Contribucion al control de motores de reluctancia autoconmutados
Authors:   , Perat Benavides José Ignacio 
Published: July 2023

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. <br/><br/>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. <br/><br/>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.<br/><br/>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. <br/><br/>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.<br/><br/>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.<br/><br/>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.<br/><br/>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.<br/><br/>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.<br/><br/>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.<br/><br/>Finally, all the contributions were brought together, final conclusions presented and a summary of future lines of work offered.