Tesis

En las últimas décadas, las tendencias de desarrollo de accionamientos eléctricos compactos y de alta eficiencia de los motores se han centrado en máquinas síncronas de imanes permanentes (PMSM) equipadas con imanes basados en elementos de tierras raras. Sin embargo, los componentes de imanes permanentes afectan drásticamente al coste de construcción del motor. Este aspecto se ha vuelto aún más crítico debido a la volatilidad de los precios de los elementos de tierras raras. Es por ello que se ha tenido en cuenta el concepto de motor de reluctancia síncrono asistido por imán permanente (PMaSynRM), puesto que ofrece una densidad de par comparable y eficiencias similares al PMSM, aunque a un precio más bajo acreditado por el uso de imanes hechos de compuestos de ferrita. Aunque la unidad PMaSynRM es muy compleja debido a las inductancias no lineales resultantes de los efectos de saturación cruzada profunda, esto también es cierto para los motores PMSM polifásicos que han ganado mucha atención en los últimos años, en los que la potencia se divide proporcionalmente por el mayor número de fases. Además, ofrecen un funcionamiento tolerante a errores mientras una o más fases están inactivas debido a fallos de la máquina, del inversor o del sensor. Sin embargo, el número de fases aumenta aún más la complejidad general del diseño de modelado y control. Está claro, pues, que una combinación multifásica con el concepto PMaSynRM tiene beneficios potenciales, pero dificulta los métodos de modelado estándar y las técnicas de desarrollo de sistemas de accionamiento. Esta tesis consiste en un modelado pormenorizado, diseño de control e implementación de una unidad PMaSynRM de cinco fases para aplicaciones normales tolerantes a fallas en fase abierta.

El aumento de la dependencia de la electricidad en la sociedad moderna hace que la fiabilidad de los sistemas de transmisión de energía sea un punto clave. Este objetivo se puede conseguir monitorizando continuamente los parámetros de la red eléctrica, por lo que se pueden predecir con antelación posibles modos de fallo. Se puede hacer utilizando las tecnologías de la información y la comunicación (1CT) y las tecnologías de Internet de las cosas (loT) existentes que incluyen instrumentación y sistemas de comunicación inalámbrica, formando así una red de sensores inalámbricos (WSN). Los conectores eléctricos se encuentran entre las partes más críticas de cualquier sistema eléctrico y, por tanto, pueden actuar como nodos de este VVSN. Por tanto, el objetivo fundamental de esta tesis es el diseño, desarrollo y validación experimental de una solución IOT autoalimentada para el seguimiento en tiempo real del estado de salud de un conector de subestación de alta tensión y componentes relacionados de la subestación eléctrica. Esta nueva familia de conectores de alimentación se llama SmartConnector e incorpora un sistema de recogida de energía térmica que alimenta a un microcontrolador que controla un transmisor y varios sensores electrónicos para medir la temperatura del conector, la corriente y la resistencia de contacto eléctrico ( ECR).

La tendencia en el desarrollo de convertidores de potencia se centra en realizar sistemas eficientes con alta densidad de potencia, fiabilidad y bajo coste. Los retos para cubrir los nuevos requisitos de los convertidores de potencia se centran principalmente en el uso de nuevas tecnologías de dispositivos de conmutación tales como MOSFET de carburo de silicio (SiC). Los MOSFET de SiC tienen mejores características que sus homólogos de silicio; tienen una baja resistencia a la conducción, pueden funcionar a mayores velocidades de conmutación y pueden funcionar a niveles de temperatura y tensión más altos. Pese a las ventajas de los transistores SiC, el funcionamiento a altas frecuencias de conmutación, con estos dispositivos, revelan nuevos retos. Las rápidas velocidades de conmutación de los MOSFET SiC pueden provocar sobretensiones y sobreintensidades que provocan problemas de interferencia electromagnética (EMI). Por ese motivo, el desarrollo de los controladores de puerta (GD) es una etapa fundamental en el diseño de circuitos de MOSFET SiC. La reducción de los problemas a altas frecuencias de conmutación, aumentando así su rendimiento, permitirá aprovechar estos dispositivos y conseguir sistemas más eficientes y de alta densidad de potencia. Esta Tesis consiste en un estudio, diseño y desarrollo de controladores de puerta activa (AGD) con el objetivo de mejorar el rendimiento de conmutación de los MOSFET de SiC aplicados a convertidores de potencia de alta frecuencia. Cada etapa desarrollada en lo que se refiere a los GD se valida mediante pruebas y estudios experimentales. Además, los GD desarrollados se aplican a los convertidores para sistemas de carga inalámbrica de baterías de vehículos eléctricos. Los resultados muestran la eficacia de los GD propuestos y su viabilidad en convertidores de potencia basados en dispositivos MOSFET SiC.