Optimización de un motor de reluctancia conmutada mediante uso de software de elementos finitos

Abstract

Este estudio aborda la optimización de una máquina de reluctancia conmutada (MRC) para evaluar su desempeño en comparación con un motor sincrónico de imanes permanentes, enfocado en aplicaciones de torque automotriz. La optimización se realizó empleando los programas de análisis por elementos finitos de Ansys, recientemente adquiridos por la Universidad Técnica Federico Santa María. El objetivo de esta comparación fue determinar si las MRC pueden competir con las máquinas líderes en el sector automotriz, como los motores sincrónicos y asincrónicos. Para esto, los resultados obtenidos se complementaron con datos de la literatura, permitiendo un análisis de factores como rendimiento, costo, producción, mantenimiento, control y operación. Los resultados indican que las MRC presentan una competitividad limitada en aplicaciones de torque automotriz. A pesar de sus ventajas, como resistencia a condiciones adversas, capacidad para operar a altas temperaturas, alto torque inicial, bajo costo de materiales y adecuado control de torque y velocidad, su desempeño se ve comprometido en aspectos clave como la eficiencia, variabilidad del torque, peso y volumen, que resultan fundamentales en este ámbito. En cuanto a los programas utilizados, Ansys Electronics Desktop y Ansys Motor-CAD ofrecen amplias capacidades de simulación para productos y máquinas eléctricas y electrónicas; sin embargo, se encuentran en una fase inicial en cuanto a la optimización de MRC. Aunque estos programas permiten modelar dichas máquinas, sus funcionalidades de optimización son limitadas y se enfocan principalmente en modelos previamente optimizados. This study focuses on the optimization of a switched reluctance machine (SRM) to evaluate its performance compared to a permanent magnet synchronous motor, specifically for automotive torque applications. The optimization was carried out using finite element analysis programs from Ansys, recently acquired by the Federico Santa María Technical University. The purpose of this comparison was to assess whether SRMs can compete with leading machines in the automotive sector, such as synchronous and asynchronous motors. For this purpose, the results obtained were complemented with data from the literature, allowing an analysis of factors such as performance, cost, production, maintenance, control, and operation. The results indicate that SRMs show limited competitiveness in automotive torque applications. Despite advantages such as resistance to adverse conditions, the ability to operate at high temperatures, high initial torque, low material cost, and adequate torque and speed control, SRM performance is compromised in key aspects such as efficiency, torque variability, weight, and volume, which are fundamental in this field. Regarding the programs used, Ansys Electronics Desktop and Ansys Motor-CAD provide extensive simulation capabilities for electrical and electronic products and machines; however, they are still in an initial phase for SRM optimization. Although these programs allow for modeling such machines, their optimization functionalities are limited and mainly focus on previously optimized models.