Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Los ensayos característicos de máquinas eléctricas se desarrollan con el fin de conocer sus principios de funcionamiento, obtener sus circuitos eléctricos equivalentes y evaluar sus comportamientos frente a diferentes condiciones. Para la puesta en marcha y en especial para la realización de los ensayos en máquinas que requieran de voltaje directo como los motores DC o los generadores de corriente alterna en su circuito de campo, se requieren fuentes de alimentación cuyo valor de voltaje pueda ser variable. Esto quiere decir que dichas fuentes no solo deben entregar una tensión continua del valor que se especifica en las características nominales de la máquina, sino también deben tener la capacidad de entregar valores de tensión menores. La presente tesis aborda el diseño y la implementación de fuentes de alimentación de tensión regulables para suministrar energía a los circuitos de campo y armadura de un motor DC shunt y al circuito de campo de un generador síncrono trifásico. Para este objetivo, en la presente tesis se realiza el estudio del motor DC y del generador síncrono trifásico; sus principios de funcionamiento, sus tipos y sus circuitos eléctricos equivalentes. También se aborda el estudio de las tecnologías actuales usadas en el diseño de las fuentes de alimentación lo que introduce a un análisis completo del diseño de las mismas. Por último, se muestran los resultados de las primeras pruebas realizadas a las fuentes implementadas. / Tesis

El presente documento de tesis expone la problemática de la micro y pequeña empresa (MYPES) y su necesidad por acceder a tecnología eficiente y de bajo costo. Dado que la principal actividad de las MYPES es la extractiva e industrial y la principal herramienta para esta actividad es el motor de inducción, centraremos nuestro estudio en los variadores de velocidad que controlan a estos motores. Para el desarrollo del variador de velocidad analizaremos las características más importantes de los motores trifásicos de inducción y las principales técnicas de control de motores que existen en la actualidad. En base a los requerimientos de eficiencia y bajo costo escogeremos el modelo más adecuado. Una vez definidas las características del variador y la lógica de control, realizaremos simulaciones para corroborar que las etapas diseñadas estén funcionando de acuerdo a lo esperado. Luego de asegurar mediante simulaciones que todo el equipo funciona de acuerdo a lo esperado, procederemos a implementar el variador y analizar en el laboratorio cada una de las etapas para contrastar la implementación versus las simulaciones. Finalmente, procederemos a formular las conclusiones y recomendaciones de las experiencias realizadas durante el desarrollo del presente trabajo. / Tesis

Las máquinas industriales son accionadas en su mayoría mediante motores eléctricos. La velocidad a la que giran fundamentalmente depende de la magnitud y frecuencia de la fuente de energía eléctrica, del número de polos del motor y del torque de la carga acoplada, los cuales no se puede modificar de manera simple. Por otra parte, dependiendo de los procesos que ejecuta la máquina, se requiere operaciones a una misma velocidad o a distintas velocidades, y en muchos casos, con valores de velocidad precisos. Por ello, para lograr la regulación de la velocidad de los motores de forma precisa, se emplea el denominado “variador de velocidad electrónico” (conocido también como “variador” o “drive” en inglés). Existen varios tipos de motores empleados en las industrias, sin embargo, el motor trifásico de inducción es el más usado. Los dos principales métodos de control de un variador electrónico de velocidad para a un motor de inducción son los denominados: control escalar y control vectorial. El objetivo principal de la tesis es implementar una tarjeta de control de la velocidad de un motor asíncrono trifásico mediante Control Clásico, para ser empleado en las prácticas del laboratorio de electrónica de potencia, en la PUCP. Con la implementación de los algoritmos del control escalar y vectorial en lazo cerrado, se estudió y comparó los valores del motor en estado transitorio mediante una simulación del comportamiento del motor a distintas velocidades y a distintos tipos de cargas, con la finalidad de determinar las ventajas y desventajas del comportamiento del motor en estado transitorio con cada tipo de control, considerando criterios técnicos definidos por la norma IEC 61800-2, tales como: precisión, sobre-impulso, tiempo de establecimiento y perturbación ante cambio de carga, en donde se pudo demostrar que el control vectorial tiene mejor respuesta en estado transitorio y en estado estable que el control escalar. Asimismo, se pudo mostrar el funcionamiento del control desacoplado del flujo magnético y torque mediante el método vectorial denominado “orientación indirecta del flujo del rotor”. / Tesis

El presente Trabajo de Tesis tiene como objetivo realizar el diseño de un Sistema de Detección de Fallas para un Motor DC, usando Observadores Proporcional Integral Generalizado (GPI). En este trabajo, inicialmente se realiza el estudio de los observadores GPI a utilizar, luego se desarrolla una metodología para aplicar este observador en un Sistema de Detección de Fallas. Para poder evaluar el desempeño del Sistema de Detección de Fallas basado en Observadores GPI, se le compara con otros Sistemas de Detección de Fallas basados en Observadores de Luenberger y Filtros Kalman. / Tesis

La presente tesis presenta una metodología para la estimación de la velocidad angular de un motor asíncrono trifásico, también llamado motor de inducción, instalado en un vehículo eléctrico. Debido a su eficiencia, robustez, bajo costo, mínimo mantenimiento y con la aparición de la estrategia de control vectorial (la cual aseguraba precisión en el control de velocidad con un adecuado torque), los motores de inducción se presentan como una alternativa conveniente para reemplazar a los motores de combustión interna en los vehículos, contribuyendo de esta manera a reducir la emisión de gases de efecto invernadero. En la búsqueda evitar añadir elementos adicionales al sistema de control, se han desarrollado metodologías que prescinden del uso de instrumentos de medición de velocidad utilizando un estimador de dicha variable. Como estrategia de estimación se utilizará en principio un observador de Luenberger con el cual se determinará el flujo magnético del rotor, para luego diseñar un sistema adaptativo con modelo de referencia (MRAS) para estimar finalmente la velocidad. Al ser un sistema no lineal y multi-variable, la dinámica del motor se describe a través de un modelo de espacio estado. Luego de presentar los conceptos teóricos que respaldan esta metodología, se modelará este sistema y se simulará el comportamiento de las variables eléctricas a través de distintos patrones de velocidad y torque, propios de un vehículo de pasajeros. Finalmente se podrán apreciar en las gráficas de los errores de estimación, la eficacia de este algoritmo. Este trabajo busca no solo presentar un algoritmo eficiente en la estimación de la velocidad angular, sino que además sirva de referencia para futuros estudios que busquen optimizar estrategias de control mediante un modelamiento que represente de la forma más fidedigna posible la dinámica de un motor de inducción. / Tesis

El presente estudio es un plan de marketing para el relanzamiento de la línea de motores eléctricos de inducción de la compañía Delcrosa S.A. Propone un curso de acción dirigido a revertir la tendencia a la baja que esta línea de productos viene registrando en sus ventas y su participación del mercado por varios años consecutivos. Busca, además, contribuir a que la compañía se encamine hacia una etapa de crecimiento rentable y sostenible.

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.

Esta tesis trabaja en el desarrollo de un Control adaptivo de un motor paralelo empleando linealización por realimentación. Debido al conocimiento impreciso de los parámetros del motor, un enfoque adaptable agrega robustez a la técnica de linealización entrada-salida que requiere la exacta cancelación de los términos no lineales. El objetivo del control es seguir una velocidad de referencia aún cuando se tenga parámetros desconocidos y perturbaciones de carga. La estabilidad de la dinámica interna es asegurada por el análisis de la dinámica de ceros. Se ha desarrollado también un observador no lineal para el torque de carga con dinámica de error lineal. Las simulaciones se efectuaron usando el programa de simulación SIMULINKTM desde MATLABTM. El desempeño del controlador adaptivo se ha probado en tiempo real usando una configuración experimental. Se presenta una metodología para elaborar un programa de control en tiempo real que corra en tiempo real usando El SIMULINK Real-Time Workshop . La respuesta de velocidad de un motor DC paralelo se forzó a seguir un modelo de referencia de segundo orden con un tiempo de establecimiento de 20 segundos y un tiempo de subida de 10 segundos. Los resultados muestran que la ley de control adaptivo efectivamente agrega robustez a la supresión exacta de los términos no lineales y garantiza la convergencia del seguimiento. / -- This thesis work deals with the development of a real-time adaptive feedback linearizing controller for a DC shunt motor. Due to the imprecise knowledge motor parameters, an adaptive approach adds robustness to an input-output linearization technique that requires exact cancellation of nonlinear terms. The control goal is to track a reference speed under unknown parameters and load disturbances. The stability of internals dynamics is assured by analysis of zero dynamics. A nonlinear observer for load torque with linear error dynamics was also developed to give a load torque estimate to the adaptive controller. The simulations were carried out using simulation software SIMULINKTM from MATLABTM. The performance of the adaptive controller was tested in real-time using a experimental setup. A methodology for building a real-time control program that runs in real time using the SIMULINK Real-Time Workshop was presented. The speed response of the DC shunt motor was forced to track a second order model reference with settling time of 20 sec. and a rise time of 10 sec. The results show that the adaptive control law effectively adds robustness to the exact cancellation of nonlinear terms and guarantees tracking convergence.

La presente tesis trata del estudio de un tipo en particular de turbinas hidráulicas que viene a ser la turbina axial semi Kaplan tubular que consiste en un diseño especial que usa un rodete Kaplan de álabes fijos al cual se antepone un distribuidor axial, también de álabes fijos, ambos montados en una carcasa cilíndrica, prescindiendo así de la carcasa espiral. Inmediatamente al conjunto anterior se le instalará un tubo de aspiración recto o acodado según sea el caso. De este modo el flujo discurre paralelo al eje sin mayores cambios de dirección lográndose así un ahorro de espacio y también de costos civiles, de materiales y de fabricación. / Tesis