de Tesis DoctoralNos proponemos plantear un método de cálculo que nos permita la construcción de un motor de inducción magnetohidrodinámica, la impulsión de fluidos conductores por campos magnéticos.El inductor de este tipo de máquinas eléctricas es similar a las máquinas lineales, y el inducido es una lámina conductora, cuyas características dependerán del tipo de fluido a impulsar.Se propone un método de cálculo de las máquinas eléctricas lineales tanto planas como tubulares, para posteriormente aplicarlo en la construcción de varios prototipos. El método de trabajo es experimental y teórico.Se diseñan tres prototipos bien diferenciados, los tres se han ensayado con un inducido sólido (aluminio) por la facilidad de su manejo y posteriormente se han ensayado dos con un fluido (agua saturada de sal) . El primer prototipo, es un motor lineal plano bilateral con un inductor alimentado a una fuente de tensión trifásica a 50 Hz, llamado M-1. La alimentación de este prototipo se hace a través de un regulador de tensión. Este prototipo se diseña con la finalidad de comprobar la viabilidad de la impulsión de fluidos por campos magnéticos. Posteriormente se construye dicho prototipo y se ensaya, los resultados se ofrecen en tablas y gráficas y se hacen las oportunas reflexiones. Después se construye una máquina lineal tubular bifásica, alimentada con una fuente de corriente a 50 Hz, llamada M-2. La potencia en bornes se consigue por variación de la tensión aplicada a la máquina. Este nuevo prototipo se diseña con varias finalidades, una de ellas es la comprobar la viabilidad de utilizar superconductores en las máquinas lineales, se trabaja con un solo conductor por ranura, para que tramos de conductor rígido puedan ser sustituidos por superconductor. Otra finalidad es la de comprobar la eficacia de un devanado bifásico en este tipo de máquinas. Este prototipo es construido y ensayado, ofreciendo los resultados en gráficas y tablas.Se construye una tercera máquina lineal tubular monofásica con espira de sombra, alimentada con una fuente de alta frecuencia, y con una fuente de Alta Tensión. Con este prototipo se quieren comprobar limitaciones de las máquinas lineales, una de ellas es la del acoplamiento magnético entre inductor e inducido a 5000 Hz, para ello se ha tenido que eliminar todo el hierro del inductor e inducido, también se quiere comprobar la eficacia del devanado inductor que es monofásico con espira de sombra. Los resultados de los tres prototipos construidos nos permiten contrastarlos con el método de cálculo propuesto, así como ver la tendencia de esta línea de trabajo. Como hechos más representativos, se puede citar, haber trabajado con un solo conductor por ranura, a alta frecuencia, la importancia de los devanados inductores en el diseño de estas máquinas, la convicción que hay que tender a potencias muy elevadas para impulsar fluidos, y que las máquinas para impulsarlos deben ser tubulares.Ph Doctoral Thesis / We intend to propose a calculation method that allow us to assemble a magnetohydrodynamic induction engine.The inductor in this kind of electrical machines is similar to that of linear machines, and the inducted part is a conductive blade, whose characteristics will depend on the type of fluid being thrusted.We are introducing a calculation method for linear electrical machines, be them plane or tubular, in order to apply it to the assembly of several prototypes. The working method is both experimental and teorethical.We have designed three well differentiated prototypes. The three of them have been tested with a solid inducted element (aluminium) because of its ease of use and, later on, two of them have been tested with a liquid fluid (salt saturated water).The first prototype is a bilateral flat linear engine with an inductor being powered by a 50Hz triphase source, called M-1. The power supply of this prototype is carried on through a power regulator. This prototype's design aims to test the feasibility of fluids thrusting by magnetic fields. Later on, the prototype is built up and tested. Results are presented in tables and charts, with the pertinent comments and discusions.Then, we build a biphase tubular linear machine, powered by a 50Hz source, called M-2. Power at the terminals is obtained by the power variation being applied to the machine. This new prototype is designed with several goals in mind. One of them is to check the viability of using superconductors in linear machines. In this case, we work with only one conductor per slot, so that some sections of this rigid conductor can be replaced by superconductors. Another target is to evaluate the efficiency of a biphase winding in this kind of machines. The prototype is built up and tested, which offers us the results being presented in tables and charts.We build a third machine, being it a monophase tubular linear machine with shading ring, powered by a high frequency source and a high tension source. With this prototype we want to check the limitations of the linear machines, one of them being the magnetic coupling between the inductive and inducted parts at 5000Hz. In order to do that, we had to remove all the iron from them (inductor and inducted). We also wanted to test the efficiency of the inductor winding, which is monophase with shading ring.The results of all the three built prototypes, allow us to compare them with our suggested calculation method, as well as the trend in this line of work.Some of the most relevant results have been to work with only one conductor per slot at a high frequency, the importance of inductive windings in the design of this machines, the conviction that thrusting fluids require a great amount of power, and finally that the machines needed to thust these fluids must be tubulars.

Quan analitzem el funcionament de les màquines elèctriques dubtem en l'elecció d'un o altre conjunt de variables, models o joc de paràmetres. En el treball que segueix hem trobat, molt sovint, resultats que es contradiuen amb les mesures experimentals, o temps de càlcul molt diferents segons el model escollit o el tipus de simulació realitzada.La necessitat d'una bona modelització es planteja com un requisit previ per a obtenir un bon control i un adequat dimensionat dels accionaments; amb aquest fi es planteja el treball amb el contingut i ordre que segueix.En primer lloc (Capítol 1) es fa un repàs de l'estat de l'art. Segueix l'estudi (Capítol 2) de models de màquines asíncrones amb caracterització de la saturació; podem plantejar diversos conjunts de variables que ho fan possible amb més o menys dificultat de càlcul i resolució. La línia escollida planteja un model transformat que redueix al mínim el nombre de paràmetres a estimar; en altres dels casos plantejats es redueix la càrrega de càlcul per a la seva resolució. Tanmateix es planteja l'anàlisi de sensibilitat de la resposta (Capítol 3) respecte les variacions dels paràmetres; òbviament hi haurà paràmetres que tindran poca o nul.la influència en la resposta del sistema, així com d'altres que tindran influència directa i immediata en la mateixa.Una vegada escollit el model o models a emprar s'han de trobar els paràmetres dels mateixos. Una primera aproximació es dedica a la determinació dels paràmetres mitjançant assajos fora de línia (Capítol 4). La determinació dels paràmetres mitjançant assajos en línia i tècniques d'estimació en temps real (Capítol 5), juntament amb la consideració d'observadors per a variables auxiliars, per exemple el flux, permeten tancar el tema d'estimació dels paràmetres. La determinació dels parells electromagnètics i de càrrega (Capítol 6), és l'objectiu final del treball. L'aplicació d'observadors i estimadors permet l'obtenció de les variables desitjades resultant un model més precís i exacte.A modus d'aplicació final s'ha construït un mesurador de parell en règim transitori; aspecte residual del treball que resulta força important ja que no disposem, actualment, d'un mesurador d'aquestes característiques. L'equip desenvolupat és format a partir d'una màquina de corrent continua i un sistema de control.Tanmateix es tracta la modelització del conjunt convertidor-màquina-càrrega (Capítol 7). No pretenem analitzar a fons la modelització del convertidor, això podria constituir un treball més específic; malgrat això la influència que presenta el tipus de senyal aplicat a la màquina aconsella la seva consideració a fi i efecte d'obtenir resultats més acurats que els que permeten la suposició d'una alimentació sinusoïdal.Un capítol final de discussions (Capítol 8) sobre els resultats obtinguts, als que segueixen aquelles aplicacions que s'entenen millorades, així com un recull de concussions tanca el cos central del treball.Es tanca el document amb una relació bibliogràfica rellevant (Bibliografia) i un apartat d'annexes on es troben desenvolupaments matemàtics: equacions de sensibilitat (Annex I), càlcul dels guanys de l'observador (Annex II), els assajos realitzats i les característiques de les màquines assajades (Annex III) i el mètode dels mínims quadrats. Aplicacions (Annex IV). / Al analizar el funcionamiento de las máquinas eléctricas dudamos acerca de la elección de, uno u otro, conjunto de variables, modelos, o conjunto de parámetros. En este trabajo se han encontrado, frecuentemente, resultados que contradicen lo medido experimentalmente, o tiempos de cálculo muy diversos según el modelo adoptado o el tipo de simulación realizada; cosa por otra parte lógica en un ámbito que admite aportaciones de mejora.La necesidad de una buena modelización actualmente se plantea como una premisa para obtener un mejor control y un adecuado dimensionado de los accionamientos; con este fin se aborda este trabajo determinando la secuenciación que sigue.En primer lugar (Capítulo 1) se repasan los antecedentes y estado actual. Seguidamente se ha planteado (Capítulo 2) el estudio de modelos de máquinas asíncronas con caracterización de la saturación; existen diversos modelos que lo posibilitan a costa de una mayor o menor dificultad de cálculo y resolución. La línea escogida toma un modelo transformado que reduce el número de parámetros a encontrar o estimar; en algunos de los modelos planteados se reduce la carga de cálculo necesaria para su resolución. Asimismo se plantea el análisis de sensibilidad de la respuesta (Capítulo 3) respecto a las variaciones de los parámetros; es evidente que habrá parámetros que tendrán escasa influencia en la respuesta del sistema, así como otros que influirán de forma directa e inmediata en la misma.Una vez establecido el modelo, o modelos a utilizar, deben encontrarse los parámetros de los mismos. Una primera parte se dedica a la determinación de parámetros mediante ensayos fuera de línea (Capítulo 4), lo que permite aproximarnos a la solución deseada. La determinación de parámetros mediante ensayos en línea y técnicas de estimación en tiempo real (Capítulo 5), junto con la consideración, en su caso, de observadores para variables auxiliares como el flujo, permiten cerrar el capítulo de estimación de parámetros.La determinación de variables auxiliares como los pares electromagnético y de carga (Capítulo 6), es el objetivo final del trabajo. La aplicación de observadores y estimadores permite la obtención de las variables deseadas, resultando un modelo mas preciso y exacto.A modo de aplicación se ha obtenido un medidor de par en régimen transitorio; aspecto colateral del trabajo que resulta relevante dado que no se dispone, actualmente, de un medidor de par con estas características. El equipo desarrollado se basa en un conjunto que comprende máquina de corriente continua y sistema de control.Finalmente se aborda la modelización conjunta del sistema convertidor-máquina-carga (Capítulo 7). No se pretende analizar a fondo la modelización del convertidor, ello podría ser objeto de un estudio más específico; no obstante la influencia que tiene el tipo de señal aplicada a la máquina, aconseja su consideración con el fin de obtener resultados más reales que una suposición de alimentación sinusoidal permitirían.Se finaliza con un capítulo final de discusiones (Capítulo 8) de los resultados obtenidos, a los que siguen aquellas aplicaciones que se entienden como mejoradas por este trabajo, así como las pertinentes conclusiones.Cierra el documento una relación bibliográfica (Bibliografía) relevante y un apartado de anexos donde se añaden deducciones matemáticas prolíficas tales como las de las ecuaciones de sensibilidad (Anexo I), el cálculo de las ganancias del observador (Anexo II) las características de las máquinas ensayadas (Anexo III) y .el método de los mínimos cuadrados. Aplicaciones (Anexo IV). / When analyzing the operation of the electric machines we doubt about the election of, one or other, group of variables, models, or group of parameters. In this work they have been, frequently, results that they contradict that measured experimentally, or very diverse times of calculation according to the adopted model or the type of carried out simulation; it sews logic on the other hand in an environment that admits contributions of improvement.The necessity of a good modelización at the moment thinks about like a premise to obtain a better control and an appropriate dimensionado of the drives; with this end this work is approached determining the sequence that continues.In the first place (Chapter 1) the antecedents and current state are reviewed. Subsequently he has thought about (Chapter 2) the study of models of asynchronous machines with characterization of the saturation; diverse models that facilitate it to coast of a bigger or smaller calculation difficulty and resolution exist. The line chosen taking a transformed model that it reduces the number of parameters to find or to estimate; in some of the outlined models he decreases the necessary calculation load for their resolution. Also he thinks about the analysis of sensibility of the answer (Chapter 3) regarding the variations of the parameters; it is evident that there will be parameters that will have scarce influence in the answer of the system, as well as others that will influence in a direct and immediate way in the same one.Once established the pattern, or models to use, they should be the parameters of the same ones. A first one leaves he dedicates to the determination of parameters by means of test outside of line (Chapter 4), what allows to approach to the wanted solution. The determination of parameters by means of on-line and real time test (Chapter 5), together with the consideration, in their case, of observers for auxiliary variables as the flux, they allow to close the chapter of estimate of parameters.The determination of auxiliary variables as the electromagnetic and load torque (Chapter 6), it is the final objective of the work. The application of observers and observers allow the obtaining of the wanted variables, being a model but I specify and exact.By way of application a meter has been obtained of even in transitory régime; colateral aspect of the work that is outstanding since he doesn't prepare, at the moment, of a meter of even with these characteristics. The developed team is based on a group that he understands machine of D.C. current and control system.Finally the combined modelización of the system converter-machine-load is approached (Chapter 7). It is not thoroughly sought to analyze the modelización of the converter, it could be it object of a more specific study; nevertheless the influence that has the sign type applied to the machine, advises its consideration with the purpose of obtaining realler results that a supposition of feeding sinusoidal would allow.You concludes with a final chapter of discussions (Chapter 8) of the obtained results, to those that follow those applications that understand each other as improved by this work, as well as the pertinent conclusions.He closes the document a bibliographical relationship (Bibliography) outstanding and a section of annexes where such fruitful mathematical deductions are added as those of the equations of sensibility (Annex I), the calculation of the observer's gains (Annex II) the characteristics of the tested machines (Annex III) and the method of the recursive least-squared method and applications (Annex IV).

This thesis is mainly devoted to the investigation of speed control methods for three phase cage induction motors with particular emphasis being given to Direct Torque Control (DTC) improved techniques.Classical Direct Torque Control has inherent disadvantages such as: problems during starting resulting from the null states, the compulsory requirement of torque and flux estimators, and torque ripple. In the classical DTC induction motor drive a voltage vector is applied for the entire period, and this causes the stator current and electromagnetic torque exceeds its reference value early during the cycle, causing a high torque ripple. Switching cycles then follows this, in which the zero switching vectors are applied in order to reduce the electromagnetic torque to reference value. This thesis suggests a technique based on applying to the inverter the selected active states just enough time to achieve the torque and flux references values. The rest of the switching period a null state is selected which won't almost change both the torque and the flux. Therefore, a duty ratio has to be determined each switching time. By means of varying the duty ratio between its extreme values (0 up to 1) it is possible to apply any voltage to the motor. The optimum duty ratio per sampling period is a non-linear function of the electromagnetic torque error, the stator flux position and the working point, which is determined by the motor speed and the electromagnetic torque. It is obvious that it is extremely difficult to model such an expression since it is a different non-linear function per working point. Therefore, this thesis is focused on performing a fuzzy-logic-based duty-ratio controller, where the optimum duty ratio is determined every switching period. Additionally, this Fuzzy Controller is adaptive and may be applied to any induction motor.A stator flux reference optimum controller is also designed, which not only helps to achieve a smaller torque ripple, but also reduces the reactive power consumption of the drive taken from the main supply. This is achieved by changing the stator flux reference value with reference being made to the correspondent torque reference value. Therefore, the stator flux reference value chosen is to be just of sufficient value to produce the desired torque Simulated results are shown in order to compare the classical DTC and the Fuzzy Logic based DTC.The control algorithms have been implemented on a PC/DSP based board that facilitates the use of parallelism in software design. A 1.5kW, three-phase induction motor drive has been designed and experimental data obtained from it in order to verify the results achieved by simulation.