Control de una máquina de reluctancia conmutada alimentada por un inversor híbrido multinivel de capacitores flotantes

Abstract

En este trabajo se desarrolla, implementa y valida un esquema de control predictivo de conjunto finito (FCS–MPC) aplicado a una máquina de reluctancia conmutada (SRM) alimentada por un inversor híbrido multinivel de capacitores flotantes (HFCI). El estudio integra el modelado discreto del inversor, la predicción de las variables eléctricas relevantes y la ejecución en tiempo real del algoritmo de control en una plataforma digital. El inversor HFCI, que combina un capacitor flotante con tres convertidores de puente asimétrico, permite disponer de múltiples niveles de tensión, mejorando la calidad de las formas de onda respecto al convertidor tradicional de puentes asimétricos (ABC). Sin embargo, el elevado número de estados posibles del HFCI incrementa significativamente la carga computacional del controlador predictivo. Para viabilizar su implementación en tiempo real, se aplican simplificaciones basadas en el comportamiento eléctrico de la SRM y se optimiza el proceso de evaluación de estados dentro del horizonte de predicción. A partir de los modelos discretos de la máquina y del inversor, se diseña un controlador FCS–MPC capaz de predecir el comportamiento futuro del sistema y seleccionar, en cada instante de muestreo, el estado de conmutación que minimiza una función de costo orientada al seguimiento del flujo enlazado y al balance de los capacitores flotantes. Se realizan simulaciones comparativas entre el inversor HFCI y el inversor ABC, evidenciando que el HFCI reduce el rizado de corriente y mejora la forma de onda de la tensión aplicada a la máquina. Finalmente, el esquema de control se implementa experimentalmente en un banco de ensayos que incorpora la SRM acoplada a una máquina de inducción operando como carga. Los resultados experimentales confirman las tendencias observadas en simulación: el HFCI reduce la corriente máxima y el rizado de torque en comparación con el inversor ABC. No obstante, en el seguimiento de flujo ambos inversores presentan un desempeño experimental similar, atribuible a las limitaciones propias del entorno experimental. En conjunto, los resultados validan el potencial del HFCI como una topología adecuada para el control predictivo de máquinas de reluctancia conmutada y establecen una plataforma experimental sólida para futuras investigaciones.