BcnRail INNOVA Proyectos estratégicos ferroviarios de … · srm rail accionamiento con motor de...

BcnRail INNOVA

Proyectos estratégicos ferroviarios de I+D+i

SRM Rail

Pere Andrada & Ignasi Perat

[email protected]

Nº Expediente: PTR-2014-0351

SRM RAIL

ACCIONAMIENTO CON MOTOR DE RELUCTANCIA AUTOCONMUTADO (SWITCHED

RELUCTANCE MOTOR) UNA ALTERNATIVA PARA LA TRACCIÓN ELÉCTRICA FERROVIARIA

BcnRail Innova 17 de noviembre 2015


2

SRM RAILDesde 1980 los motores asíncronos trifásicos con jaula de ardilla,

utilizando estrategias de control vectorial o control directo de

par se han convertido en los motores de tracción por excelencia,

desbancando a los motores con colector que durante más de

100 años habían sido la única alternativa para la propulsión

eléctrica ferroviaria.


3

SRM RAILEn los últimos años los motores síncronos con imanes

permanentes han despertado un gran interés, especialmente

después que el 3 de abril de 2007, el tren Alstom AGV V-150

batiera el record mundial de velocidad sobre raíles, 574.8 km/h,

utilizando dos bogíes con motores con imanes permanentes.


4

Bogie AGV mostrando disposición motoressíncronos y detalle del rotor con imanes.FUENTE ALSTOM

SRM RAILAunque hoy en día hay un gran sensibilidad por incrementar el

rendimiento, obtener elevadas densidades de potencia y una

mayor fiabilidad en los motores de tracción y a pesar del interés

despertado por los motores síncronos con imanes permanentes.

Todo parece indicar que el motor asíncrono trifásico continuará

siendo el motor de referencia para la tracción eléctrica

ferroviaria.

Sin embargo existen alternativas a los motores asíncronos

trifásicos y a los motores síncronos con imanes permanentes

pero faltan estudios que avalen su viabilidad


5

SRM RAIL

El proyecto SRM RAIL que ahora presentamos pretende cubrir

en parte estas carencias proponiendo a los accionamientos con

motores de reluctancia autoconmutados SRM (SWITCHED

RELUCTANCE MOTORS) como una seria alternativa a los motores

asíncronos trifásicos para tracción eléctrica ferroviaria.


6

SRM RAIL


En 1843, 17 años antes que la compañía

Siemens Halske presentara su locomotora

en la feria comercial de Berlín, R. Davidsonconstruyó un primitivo motor de reluctancia

que impulsó una locomotora en la línea

férrea entre Glasgow y Edimburgo (Escocia)

en un tramo de 2 km en los alrededores de

Falkirk. Esta iniciativa no prosperó por las

limitaciones de los interruptores mecánicos

utilizados para la conmutación y por el

rápido desarrollo posterior de los motores

de c.c.

SRM UN INICIO PRECOZ

7

SRM RAILSRM EL MOTOR ELÉCTRICO MÁS SIMPLE


8

SRM RAILPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE MOTORES DE RELUCTANCIA SRM


9

SRM RAILNº Expediente: PTR-2014-0351

10

SRM RAILNº Expediente: PTR-2014-0351

11

SRM RAILSRM CARACTERÍSTICA PAR-VELOCIDAD IDEAL PARA LA TRACCIÓN ELÉCTRICA


12

MAV (N·m)

MMMMAVAVAVAV = = = = KKKK////ωωωω

MMMMAVAVAVAV = = = = KKKK////ωωωω2222

ωN

Característica de par constante

Característica de potencia constante

Característica natural

MMMMAVAVAVAV = = = = KKKK

ω (rad/s)ωV

Control de corriente Control de corriente Control de corriente Control de corriente ((((HistéresisHistéresisHistéresisHistéresis) ) ) )

IIIIREFREFREFREF

Control de ángulos Control de ángulos Control de ángulos Control de ángulos ((((VariablesVariablesVariablesVariables))))

θθθθonononon,,,,θθθθoffoffoffoffSin ControlSin ControlSin ControlSin Control

Control de tensiónControl de tensiónControl de tensiónControl de tensión((((PWMPWMPWMPWM) ) ) )

DDDD

SRM RAILFUNCIONAMIENTO EN LOS 4 CUADRANTES


13

SRM RAILVENTAJAS DE LOS ACCIONAMIENTOS CON SRM

� Simplicidad constructiva (rotor sin jaula de ardilla ni imanespermanentes)

� Su característica par velocidad se adapta muy bien a lasnecesidades de la tracción eléctrica

� Tolerancia a faltas.

� Diversos estudios han demostrado que el motor dereluctancia tiene rendimientos más altos y mayor densidad depar (Nm/kg) y de potencia (W/kg) que el motor asíncronotrifásico, aunque algo inferiores al motor síncrono con imanespermanentes.


14

SRM RAILINCONVENIENTES DE LOS ACCIONAMIENTOS CON SRM

� Elevado nivel de ruido audible.

� Importante rizado de par.

� El convertidor electrónico de potencia aunque tiene el mismo

número de interruptores de estado sólido que un inversor

trifásico presenta una configuración que no es estándar.


15

SRM RAIL

La finalidad de este proyecto es probar la viabilidad de losaccionamientos con SRM en tracción ferroviaria. Para ello sepropone diseñar, construir y ensayar un accionamiento con SRMpara una aplicación de tranvía o metro ligero con unasespecificaciones concretas que se adapten a este tipo devehículos:

� Potencia 120-150 kW.

� Tensión 400-800 V.

� Característica par velocidad de par constante deaproximadamente 750 Nm entre 0 y 2000 rpm y potenciaconstante de alrededor de 150 kW entre 2000 y 4500 rpm.


16

SRM RAIL

Para poder hacer una comparación lo más realista posible y

reducir costes en la construcción del prototipo lo ideal sería

utilizar la misma carcasa, con el mismo tipo de refrigeración, así

como el mismo reductor o transmisión mecánica entre motor y

ruedas motrices que el que se utilizaría en el caso de propulsar

el tranvía o metro ligero mediante motores de tracción

asíncronos. En cuanto al convertidor electrónico de potencia,

aunque su topología es distinta, sería deseable aprovechar al

máximo los elementos comunes.


17

SRM RAIL

EL PROYECTO COMPRENDERÁ

� Definición de las especificaciones del accionamiento para undeterminado vehículo ferroviario.

� Diseño del accionamiento incluyendo:

• El diseño del SRM evaluando diferentes alternativas comopor ejemplo SRM convencional con estructura 12/8 o SRMcon circuitos magnéticos cortos con estructura 12/10.

• Un dimensionamiento optimizado tanto electromagnéticocomo térmico y considerando, además, criterios deecodiseño.


18

SRM RAIL

EL PROYECTO COMPRENDERÁ

� El diseño del convertidor electrónico de potencia.

� Las estrategias de control adecuadas al funcionamiento delvehículo ferroviario elegido, incluyendo el frenado, y laminimización del rizado de par y del ruido audible.

� Simulación del accionamiento incluyendo la línea decontacto, convertidor electrónico de potencia, motor y lasdiferentes estrategias de control consideradas.

� Construcción del accionamiento y ensayo en banco depruebas y condiciones de operación.


19

SRM RAIL

CONCLUSIONES

� En el proyecto SRM RAIL se propone, en base a sus ventajas, alos accionamientos con SRM como una alternativa a los

motores asíncronos trifásicos y a los motores síncronos con

imanes permanentes para la tracción eléctrica ferroviaria.

� El proyecto SRM RAIL pretende hacer una evaluación criticade los accionamientos SRM para tracción eléctrica diseñando,

construyendo y ensayando un accionamiento con SRM para

una aplicación de tranvía o metro ligero.


20

MUCHAS GRACIAS PORVUESTRA ATENCIÓN !!


21

BcnRail INNOVA Proyectos estratégicos ferroviarios de … · srm rail accionamiento con motor de...

Documents

Transcript of BcnRail INNOVA Proyectos estratégicos ferroviarios de … · srm rail accionamiento con motor de...