Desarrollo de una herramienta software para diseñar y analizar motores eléctricos

Abstract

En la actualidad, el creciente uso de motores eléctricos en campos en los que antes eran poco comunes y la innovación de estos en contextos en los que ya estaban presentes hace necesario metodologías de diseño y modelos innovadores que den respuesta a las nuevas necesidades de la sociedad y del mercado. La importancia en la ingeniería de la eficiencia energética y la densidad de potencia requieren la optimización de máquinas eléctricas que ya estaban adaptadas a la industria. El encarecimiento y la escasez de materiales con los que se fabricaban clásicamente estas máquinas hacen vital diseños que sin sacrificar características tengan un menor consumo de estos recursos. La selección rápida y la reducción de tiempo en las primeras etapas del diseño permiten al diseñador actual concentrarse en la etapa clave para los casos descritos, la optimización del producto. No es válido simplemente el motor que cumpla la labor que debe realizar, importa especialmente como la va a realizar. ¿Motores de precisión con mínimo rizado de par? ¿Motores con eficiencias cercanas al 100%? ¿Motores con un par enorme pero con un tamaño reducido? Esto hace que se replantee el hecho de optar por un motor genérico y se empiece a contemplar el utilizar el motor apropiado para la labor apropiada. La familia de motores brushless está actualmente evolucionando rápidamente, dando lugar a nuevas geometrías y nuevas aplicaciones. Desde los motores de imanes superficiales, de poco rizado de par y gran densidad de potencia hasta los motores de reluctancia síncrona de bajas pérdidas y coste moderado. El presente proyecto estudia diferentes motores de la familia brushless AC. En particular, se orienta a la programación de un software de diseño asistido de esta tipología, que debe permitir diseñar de manera sencilla desde el inicio hasta el motor sin optimizar. En primer lugar, se presentan las máquinas eléctricas y se analizan en general sus diferentes características, dando algunas pautas de diseño. A continuación se expone la estructura y funcionamiento del software de diseño de motores eléctricos explicando cada una de las etapas que lo componen. Seguidamente se desarrolla la metodología de diseño de un motor de imanes superficiales. Finalmente, se explica como se ha modelado el motor de imanes superficiales y se repasan los resultados de los análisis, simulados por el programa, de varios brushless.