El alumno Mikel Mendizabal Eizaguirre obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE
El alumno Mikel Mendizabal Eizaguirre obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE
El alumno Mikel Mendizabal Eizaguirre obtuvo la calificación SOBRESALIENTE CUM LAUDE
- Título de tesis: Vibration Estimator for the Reduction of Vibrations and Noise of Electric Machines by Control
Tribunal:
- Presidencia: David Diaz Reigosa (Universidad de Oviedo)
- Vocalía: Frédéric Druesne (Université de technologie de Compiègne)
- Secretaría: Izaskun Sarasola Altuna (Mondragon Unibertsitatea)
Resumen:
Debido a la creciente demanda de soluciones con alta densidad de potencia, el uso de las máquinas síncronas de imanes permanentes (PMSM) ha aumentado significativamente en los últimos años. Sin embargo, una mayor densidad de potencia suele conllevar un incremento en los niveles de vibración y ruido, lo que no solo reduce el confort de los usuarios, sino que también puede comprometer la fiabilidad y durabilidad de los componentes de la máquina. Por tanto, la optimización del comportamiento vibracional y acústico de las PMSM se ha convertido en un aspecto crucial.
Las estrategias basadas en control representan una alternativa más flexible y rentable que las modificaciones de diseño para reducir las vibraciones y el ruido. Para que el control sea eficaz, es necesario saber en tiempo real la vibración global de la máquina, y la señal experimental de un único sensor no suele ser una referencia fiable. Por ello, el principal objetivo de esta tesis es desarrollar un modelo capaz de predecir de forma rápida y precisa las vibraciones de las PMSM en diferentes condiciones de funcionamiento, con el fin de ser empleado como un sensor virtual en estrategias de control para la reducción de vibraciones.
Se utilizan modelos de elementos finitos (FE) detallados para caracterizar tanto las fuerzas electromagnéticas como los modos de vibración estructurales de la máquina. Se realizan simulaciones para capturar el comportamiento vibracional de la máquina en un amplio rango de condiciones de operación, cuyos resultados se incorporan en un modelo reducido multifísico mediante Look-Up Tables. Esta metodología permite mantener una precisión comparable a la de los modelos FE convencionales, reduciendo el tiempo de cálculo de varios días a unos pocos segundos.
Se analizan en detalle varios aspectos del modelado para definir pautas claras sobre su influencia en el desempeño del modelo reducido y definir el equilibrio óptimo entre precisión y eficiencia computacional. Se demuestra la gran influencia de las tolerancias de fabricación; se proponen dos métodos para modelarlas, que mejoran notablemente la precisión del modelo. Se plantea un método computacionalmente eficiente para modelar el skew del rotor, mostrando su fuerte efecto en los armónicos de vibración. También se concluye que el rotor tiene un impacto significativo en la respuesta vibratoria, mientras que las fuerzas tangenciales no muestran una gran influencia en la máquina estudiada. El uso de fuerzas concentradas permite reducir significativamente el coste computacional sin comprometer la precisión, y se definen criterios para optimizar la discretización axial y el número de modos de vibración.
El modelo propuesto se valida mediante simulaciones FE convencionales y mediciones experimentales en diferentes condiciones de funcionamiento. Los resultados confirman su capacidad para predecir con precisión tanto la amplitud como la evolución con la carga y velocidad de los principales armónicos de vibración, con un coste computacional cercano al tiempo real. Por lo tanto, se demuestra el potencial del modelo reducido para su uso como sensor virtual en estrategias de control para la reducción de vibraciones.