En esta tesis se hacen contribuciones al control de los motores de reluctancia autoconmutados (switched reluctance motors) de potencias comprendidas entre 0.25 y 10 kW. En primer lugar, después de una breve introducción histórica, se ubica al motor de reluctancia autoconmutado en el contexto de los accionamientos eléctricos y se analiza su constitución, modelo y principio de funcionamiento. A continuación se hace una relación de sus ventajas e inconvenientes, de sus principales aplicaciones comerciales así como de sus expectativas futuras. En segundo lugar, tras un breve repaso sobre el estado del arte del control de los motores de reluctancia autoconmutados se estudian y comparan las distintas estructuras de los convertidores estáticos utilizados en este tipo de accionamientos y se hace una descripción de las distintas alternativas utilizadas para la detección de las corrientes y de la posición rotórica/velocidad. Seguidamente se presentan las distintas estrategias de control que se pueden aplicar, al control de par medio, en los motores de reluctancia autoconmutados y se describen las distintas posibilidades de implementación de las citadas estrategias de control.En tercer lugar, se presenta un accionamiento para motor de reluctancia autoconmutado de bajo coste que permite regulación de velocidad y de par con ángulos de conmutación constantes. El control de este accionamiento se ha construido mediante componentes discretos analógicos y digitales. Respecto a los sensores se ha utilizado un único sensor de corriente y el sensor de posición/velocidad se ha construido mediante tres optointeruptores y un disco ranurado. Sobre la base de este accionamiento se ha estudiado la influencia de diferentes estrategias de control construidas principalmente por distintos tipos de reguladores (PWM, histéresis, PWM con regulación de corriente) sobre algunos parámetros característicos de funcionamiento del motor como rendimiento y ruido audible. En cuarto lugar, se presenta una plataforma para el diseño de accionamientos digitales para motores de reluctancia autoconmutados, utilizando como base una placa de control Dspace Ace kit 1104 CLP. Sobre esta plataforma se han desarrollado tres alternativas distintas de control de par medio para SRM a partir de las señales procedentes de tres optointerruptores. La primera consiste un control en línea (online) de los ángulos de inicio y bloqueo de conducción para aplicaciones de velocidad variable, que no requiere del conocimiento de la curvas de magnetización del SRM sino de unos pocos datos del motor. El ángulo de inicio de la conducción se calcula mediante la regla de Bose y el ángulo de bloqueo en base a la teoría del ángulo de bloqueo de Gribble. La segunda alternativa se trata de un control que incluye un bloque optimizador del rendimiento en el cual a partir de los ángulos de inicio y bloqueo de conducción obtenidos con el control antes descrito, se van modificando estos ángulos en línea (online) mediante un algoritmo hasta minimizar la potencia de entrada y por tanto maximizar el rendimiento. En la tercera de las alternativas propuestas se pretende optimizar el rendimiento a partir de una tabla, obtenida experimentalmente, en la que se recogen los ángulos de inicio y de bloqueo de la conducción que minimizan la potencia de entrada del accionamiento para distintas zonas de funcionamiento, con márgenes de velocidad previamente establecidos. Se ha realizado, además, una comparación del rendimiento entre los resultados obtenidos aplicando distintas alternativas de control digital con el que se obtiene con un accionamiento con motor de inducción alimentado con un equipo comercial de control vectorial. Se ha estudiado, también, la influencia de las distintas alternativas de control digital que optimizan el rendimiento sobre el rizado del par y el ruido audible.Finalmente se relacionan las aportaciones realizadas, se presentan las conclusiones finales y se apuntan futuras líneas de trabajo. / In this thesis contributions are made to the Electronic Control of the Switched Reluctance Motors (SRM) to a given margin of power between 0.25 -10 kW.Following a brief historical introduction to SRM's, the SRM is placed in the context of the electric drives, its constitution, its model, and afterward its principles of operation are then analyzed. Following this a relationship between its advantages and drawbacks are then carried out along with its commercial applications and future expectations.Secondly, after a brief review on the state-of-the-art of SRM controls, several structures of power converter used in these types of drives are studied. Then different alternatives to the current and position/speed sensing are described. Subsequently, the different control strategies, likely to be applied to the average torque in SRM, are presented as well as the different implementing possibilities to the afore-mentioned control strategies.Thirdly, a low-cost drive of the SRM which permits regulation of speed with constant commutation angles is proposed. The control of this drive has been built by means of analogical and digitally discrete components. With respect to the sensors, a single current sensor has been used and the position/speed sensor has been build by means of three optical-interrupters and a slotted disc. Regarding the basics of this drive, we have studied how some motor parameters such as efficiency and acoustic noise have been influenced by the different strategies of control which were mainly built by different types of regulators (Pulse-Width Modulation PWM, Hysteresis, PWM with current regulation) with some characteristic parameters focusing on the motor's operation, such as efficiency and acoustic noise.Fourth, a platform is presented for a design of the digital SRM drives by using as a base the Dspace Ace kit 1104 CLP. On this platform, three distinct alternative averaging torque controls have been developed for SRM starting from the signals coming from three optical-interrupters. The first alternative consists of an online control of the turn-on and turn-off angles for variable speed applications which does not depend on curves of magnetization but on a few parameters of the motor. The turn-on angle is calculated through Bose's law and the turn-off angle is calculated through Gribble's turn-off angle theory. The second alternative consists of a control that includes a performance turn off optimizer in which starting from the turn-on and turn-off conduction obtained from the aforementioned control modifying itself online by means of an algorithm in order to minimize input power and maximize performance. The third alternative tries to maximize efficiency from a table, experimentally obtained, which picks up the turn-on and turn-off angles minimizing the drive input power in distinct operational zones with margins of speed pre-established. An efficiency and electrical consumption comparison between the results obtained applying different digital control alternatives and with a commercial vector-controlled induction motor drive of the same size is included. The influence of different digital control alternatives that optimize efficiency on torque ripple and acoustic noise is also studied.Finally, all the contributions were brought together, final conclusions presented and a summary of future lines of work offered.

En los últimos años, investigadores de diferentes laboratorios y universidades han mostrado un interés creciente en el estudio del motor de reluctancia autoconmutado (SRM). Aunque sus aplicaciones industriales son escasas se presenta como una alternativa a los accionamientos convencionales debido a su construcción simple y robusta, a sus bajos costes de manufactura y a su elevado rendimiento, además de poder escoger entre diversas topologías de convertidor estático, prácticamente todas tolerantes a fallos.En esta tesis se hacen aportaciones al diseño y al dimensionamiento de SRM trifásicos para un margen de potencias comprendido entre 0,25 kW y 10 kW, partiendo de las ecuaciones básicas de la conversión electromecánica, dedicando especial atención a la saturación. Se hacen contribuciones a la caracterización del SRM mediante métodos analíticos, numéricos y experimentales, comparando los resultados obtenidos con los diferentes métodos.Inicialmente se abordan temas de carácter general, como son la ubicación del SRM en el marco de los accionamientos eléctricos, una breve introducción histórica y sus aplicaciones industriales actuales, su constitución y principio de funcionamiento, así como la producción de par.A continuación se presentan las pautas básicas de diseño de la estructura electromagnética para el rango de potencias entre 0,25 kW y 10 kW, aplicadas a la construcción de dos prototipos de 3 fases con configuraciones polares 6/4 y 12/8. Se procede a la caracterización magnética de los prototipos construidos utilizando métodos analíticos, numéricos y experimentales, efectuando una comparación de los resultados obtenidos con cada método.Posteriormente se procede al estudio de modelos que permiten la simulación del SRM, modelos lineales sin considerar el efecto de la saturación y modelos no lineales. Dentro de los modelos no lineales, se presenta el ajuste de las curvas de magnetización mediante diferentes alternativas novedosas, aplicadas al caso de que se conozcan todas las curvas de magnetización y al caso de que únicamente se disponga de su conocimiento en las posiciones alineada y no alineada. Se procede a la simulación de los prototipos diseñados y construidos utilizando los modelos propuestos con control mediante pulso único y con control de histéresis, comparándose los resultados obtenidos con resultados experimentales.Seguidamente se efectúa un estudio de la influencia de diversas variables constructivas de la estructura electromagnética sobre la base de los dos prototipos, variables como el entrehierro, el número de espiras, los ángulos polares, la anchura de los yugos y el material magnético utilizado. También se estudia la influencia de diversas variables de control sobre el funcionamiento del motor, como la influencia del ángulo de disparo, del ángulo de conducción y de la referencia de corriente.Se presentan los resultados experimentales de los ensayos de laboratorio efectuados en los dos prototipos, y se efectúa una propuesta final de metodología en el proceso de dimensionamiento.Finalmente se relacionan las aportaciones realizadas, se presentan las conclusiones y se apuntan futuras líneas de trabajo.

En esta tesis se hacen contribuciones a la simulación interactiva de motores de reluctancia autoconmutados desde la perspectiva de la ingeniería concurrente.En primer lugar, después de una breve introducción histórica, se sitúa el motor de reluctancia autoconmutado (SRM) en el marco de los accionamientos eléctricos y se introducen los principios básicos de la ingeniería concurrente utilizando el prototipado rápido de accionamientos eléctricos.En segundo lugar se presenta la constitución del accionamiento con SRM y sus principios de funcionamiento. Se especifican los antecedentes en el modelado de los SRM y se presenta un tratamiento original de las curvas de magnetización.Seguidamente se trata la simulación de los accionamientos eléctricos desde la perspectiva de la ingeniería concurrente. Tras estudiar la evolución de la simulación (analógica, numérica, analógica digital, multidisciplinar, física, etc.), se muestran los procedimientos de la ingeniería concurrente que parten del modelado del accionamiento con SRM usando las técnicas SIL (Software In the Loop) que permiten escoger y ajustar los controles más adecuados usando un prototipo virtual del accionamiento y que integra los procedimientos utilizados en las técnicas HIL (hardware in the loop), concretándose todo ello en una plataforma digital para el desarrollo de los accionamientos con SRM.A continuación se procede, después de hacer una descripción general del accionamiento programado, a detallar los programas utilizados en la simulación interactiva de los diferentes componentes (convertidor estático, detectores de posición, sensores de corriente, cargas, etc) del accionamiento completo con SRM, considerando diferentes estrategias de control (pulso único, control de corriente mediante histéresis y PWM) y condiciones de funcionamiento (régimen permanente, transitorios y faltas).Posteriormente, se diseña una plataforma para el desarrollo de accionamientos con SRM en tiempo real mediante un entorno de prototipado rápido. Esta plataforma es flexible modular y robusta permitiendo; configurar distintas topologías del convertidor, implementar distintas estrategias de control en tiempo real tanto para el convertidor como para el accionamiento, evitando los problemas habituales de prueba y ajuste, que tanto tiempo hacen perder en el diseño convencional de accionamientos, para centrar la atención y los esfuerzos en los conceptos y aspectos clave de los accionamientos con SRM.Una vez construida la plataforma de desarrollo, esta se utiliza para contrastar y validar los resultados obtenidos mediante la simulación SIL, constatándose además la capacidad de la plataforma para el desarrollo de accionamientos de SRM, así como sus ventajas para la enseñanza e investigación en este tipo de accionamientos. Finalmente, se enumeran las aportaciones realizadas, se presentan las conclusiones finales y se describen futuras líneas de investigación. / In this thesis, contributions are made to the interactive simulation of switched reluctance motors (SRMs) from the perspective of concurrent engineering.Firstly, after a brief introduction to the history of switched reluctance motors (SRMs), they are placed in the context of electric drives. The basic principles of concurrent engineering are then described by means of the rapid prototyping of electric drives.Secondly, the design of drives using SRMs and the principles behind their operation are presented. An overview of SRM modeling is given and an original treatment of magnetization curves is presented.Subsequently, the simulation of electric drives from the perspective of concurrent engineering is carried out. After a study of how simulation (analogical, numerical, analogical-digital, multidisciplinary and physical) has evolved, the procedures of concurrent engineering are demonstrated. The procedures start out by modeling drives with SRMs using SIL (software-in-the-loop) techniques. This makes it possible to choose and to fit the most suitable controls by using a virtual prototype of the drive and integrating the procedures used in HIL (hardware-in-the-loop) techniques. The final outcome is a digital platform for the development of drives using SRMs.After a general description of the drive, the programs used in the interactive simulation of the components (static converters, position detectors, current sensors, loads, etc.) of the complete drive with an SRM are described. Various strategies ranging from control (single pulse, control of current by means of hysteresis and PWM) to conditions of operation (permanent, transitory and faulty schemes) are also considered.A platform for the development of drives using SRMs in real time by means of rapid prototyping is designed. This platform is flexible, modular and robust, which makes it possible to configure different topologies for the converter and to implement different control strategies in real time for the converter and the drive. This avoids the habitual problems of testing and adjusting, which take up a great deal of time in conventional drive design, thus making it possible to focus on the drive's conceptual features.Once the development platform has been built, it is used to validate the results obtained by means of SIL simulation. The platform's capacity to contribute to the development of SRM drives and its advantages for teaching and research in this particular field are demonstrated.Finally, all the original contributions are put forward, the conclusions are presented and future lines of research are described.