El presente trabajo de tesis tuvo como objetivo el diseñar un sistema de freno regenerativo para bicicleta, el cual permite recuperar energía de la acción de frenado por medio de un motor eléctrico. En primer lugar, se revisaron artículos relacionados con el desarrollo de frenos regenerativos en bicicletas, así como ciclos de conducción de bicicletas en zonas urbanas. Luego, se establecieron las ecuaciones y modelos matemáticos del conjunto bicicleta y motor eléctrico, los cuales permitieron definir y analizar su comportamiento dinámico. Se usó la metodología de diseño basada en las normas DIN VDI 2221 y 2225 para desarrollar un proyecto óptimo del sistema de freno regenerativo. Se determinaron los parámetros característicos del sistema propuesto y, utilizando las ecuaciones definidas para su comportamiento dinámico, se evaluó su comportamiento en distintas condiciones de frenado mediante simulación numérica en Simulink de MATLAB. Los resultados indican que es posible recuperar hasta 1.32 kJ frenando desde 25 km/h hasta 8 km/h en 11.25 segundos, con un torque de freno constante de 10.8 Nm y considerando una superficie sin pendiente. Finalmente, se desarrolló un proyecto definitivo con la selección de los componentes principales del sistema: motor eléctrico, batería, elementos de electrónica de potencia, y módulo de control. Se desarrolló la programación del módulo de control, los planos de detalle, y una estimación de costos del proyecto, resultando en un total aproximado de USD 5,476.

Los motores síncronos son importantes en la industria debido a la posibilidad de proporcionar velocidades constantes, corregir el factor de potencia de una instalación, su alto rendimiento y capacidad de torque, etc. Sin embargo, dado al incremento en su popularidad, también han incrementado las fallas ocurridas en estos motores, especialmente en su rotor siendo la falla más común los corto circuitos en sus devanados. Por ello, existen estándares eléctricos, por ejemplo, el DL/T1525-2016, que propicia una guía para un correcto diagnóstico de fallas debido a corto circuitos, con la finalidad de determinar si existen fallas en su rotor; no obstante, estos se basan en una comparación de las mediciones de su voltaje, impedancia AC y potencia cuando el motor se encuentra en un correcto funcionamiento y cuando existe una falla. A pesar de ello, estos no proporcionan información acerca de la ubicación ni la severidad de la falla solo de su presencia en el motor por lo que se incrementas u tiempo de mantenimiento tanto para su identificación como para su corrección. El objetivo general de la presente tesis es diseñar un equipo de detección de fallas de rotores de motores síncronos para facilitar la identificación de fallas brindando información acerca de su ubicación y severidad con el propósito de disminuir tanto los tiempos como los costos del mantenimiento del motor. Para ello, se diseñó un equipo de detección de fallas que genera e inyecta pulsos cuadrados en ambos lados del devanado del rotor, para después graficar las señales reflejadas y con estas poder determinar la posición teórica de la falla y calcular la precisión del método comparándola con la ubicación real. Con la finalidad de disminuir el tiempo en el cual el motor se encuentra en mantenimiento y, de esta forma, disminuir sus costos.

Hoy en día es difícil imaginar un mundo sin motores. Existen diferentes tipos y cada uno tiene características propias que los hacen ideales para una u otra aplicación. Desde el más pequeño hasta uno de gran potencia, los motores son usados en múltiples aplicaciones. Entre la variedad de motores los más comunes son los de corriente directa y los de corriente alterna. Dentro del último grupo, se encuentran los motores asíncronos, y síncronos. De ellos, los motores síncronos, aún se pueden subdividir en dos clases atendiendo al tipo de campo inductor o de excitación con que cuentan, es decir, si emplean devanado de excitación o imanes permanentes. Estos motores tienen características superiores a los asíncronos para la aplicación en los procesos donde se requieran de velocidad constante y respuesta rápida de torque. Sin embargo, su arranque o puesta en marcha y el control de su velocidad en función a la carga es muy complejo a diferencia de los motores asíncronos. Por ello, este tipo de motores requieren de sistemas complejos para controlar velocidad y torque en diferentes regímenes de funcionamiento, dado que en cada caso el motor debe mantener sus condiciones de sincronismo. Para este caso de estudio se usó el “Motor Síncrono de Imanes Permanentes” o por sus siglas MSIP, el cual es un sistema multivariable; es no lineal, y de alto acoplamiento magnético. En este caso el control vectorial de campo orientado ofrece una solución mediante transformaciones que permiten obtener un modelo dinámico del motor reduciendo sustantivamente la complejidad matemática. Por lo tanto, esta tesis está basada en el análisis del comportamiento del motor síncrono de imanes permanentes (MSIP) y la aplicación del control de campo orientado (FOC) empleando el software Matlab/Simulink. Todo el sistema de control está dividido en etapas funcionales, siendo estas: el generador de la modulación de ancho de pulso de vector espacial (SVPWM), modelo del MSIP, modulo inversor, transformación de coordenadas y sintonización de controladores. Luego, combinando esos módulos se construyó el modelo de simulación de la respuesta de velocidad y torque, dado que son los parámetros más importantes en el funcionamiento en estado estable de los MSIP. Finalmente se obtienen las gráficas que muestran que la curva de velocidad, torque y corriente llega a la respuesta deseada para diferentes niveles de carga.