La alumna Leire Elorza Azpiazu obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE
La alumna Leire Elorza Azpiazu obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE
La alumna Leire Elorza Azpiazu obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE
- Título de tesis: Partial discharge-free electrical machine design for electromobility drives based on wide bandgap semiconductors
Tribunal:
- Presidencia: Andrea Cavallini (University of Bologna)
- Vocalía: Claudia Martis (Technical University of Cluj-Napoca)
- Secretaría: Francisco Javier Poza Lobo (Mondragon Unibertsitatea)
Resumen:
La transición hacia una movilidad sostenible ha acelerado el desarrollo de los vehículos eléctricos, en los que los convertidores de banda prohibida ancha (WBG) han permitido una mayor densidad de potencia y eficiencia. No obstante, su conmutación rápida ha planteado retos de fiabilidad en los sistemas de aislamiento, pudiendo reducir su vida útil al aumentar el riesgo de descargas parciales (PD).
En esta tesis doctoral se han propuesto herramientas y directrices para diseñar sistemas de aislamiento fiables en accionamientos con convertidores WBG. El trabajo se ha estructurado en tres líneas: (1) estimar el voltaje de inicio de PD (PDIV) en condiciones representativas, (2) analizar factores de diseño y fabricación y (3) evaluar la durabilidad del aislamiento bajo estrés térmico y eléctrico mediante marcadores diagnósticos.
Los modelos de PDIV desarrollados, el Extended Dakin’s y parallel-plate, que se han validado en 140 muestras de hilos circulares y rectangulares sometidos a diversas condiciones, han obtenido errores promedios de -5,3% y -2,5%. Estos modelos, con cálculos más rápidos y sin requerir experimentación, han igualado la precisión de los métodos por simulación. Aunque se han diseñado inicialmente para el aislamiento entre espiras, también se han mostrado eficaces para el aislamiento a tierra, destacando el modelo Extended Dakin’s, que no requiere ajuste de parámetros.
La influencia de los procesos de fabricación se ha estudiado en colaboración con empresas industriales. Se han evaluado técnicas de bobinado y los beneficios de la aplicación de la resina. Las mediciones de PDIV han permitido detectar debilidades de diseño de forma temprana, contribuyendo así a diseños y productos finales más robustos.
Los ensayos de envejecimiento han confirmado que las altas temperaturas y el estrés eléctrico asociado a convertidores WBG reducen la durabilidad del aislamiento. No se ha observado un fallo acelerado del envejecimiento termomecánico respecto al isotérmico, indicando que el esfuerzo mecánico no domina en todos los materiales. Se ha demostrado que los marcadores basados en PD, son los indicadores más fiables de fallo inminente.
Los resultados respaldan la integración del modelado y validación del aislamiento en el desarrollo de máquinas. Se prevé como trabajo futuro ampliar la validación de modelos y evaluar el aislamiento entre espiras según técnicas de bobinado, entre otros.