Browsing by Author "Madariaga Cifuentes, Carlos Felipe Ignacio"

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    Análisis de firma de corriente para detectar fallas de rotor en máquinas de inducción comerciales alimentadas mediante variador de frecuencia.
    (Universidad de Concepción, 2026) Espinoza Torres, Diego Andrés; Madariaga Cifuentes, Carlos Felipe Ignacio
    El análisis de firma de corriente de motor, Motor Current Signature Analysis (MCSA), ha sido ampliamente estudiado y aplicado en la industria desde la década de 1980 para el diagnóstico de motores de inducción alimentados directamente desde la red, siendo un método destacado por su naturaleza no invasiva y bajo costo de implementación. Sin embargo, el aumento de uso de Variadores de Frecuencia (VDF) de la última década ha supuesto un reto para su implementación debido a limitaciones en escenarios de velocidad y frecuencia variable. Esta memoria presenta el desarrollo, implementación y validación experimental de un algoritmo de diagnóstico utilizando la transformada rápida de Fourier (FFT), el cual permite identificar firmas de falla de rotor, específicamente barras rotas, mediante el procesamiento de señales de corriente y velocidad en motores alimentados a través de variadores de frecuencia, evaluando si es posible un diagnóstico y determinando que parámetros afectan el diagnóstico, como la frecuencia de conmutación, estrategia de control y frecuencia de alimentación. La validación se desarrolla de forma experimental en el Laboratorio de Ensayo de Máquinas Eléctricas (LEME), utilizando Hardware in the loop (HITL) a través de MicroLabBox de dSPACE, un motor de inducción jaula de ardilla (MIJA) y un VDF operado con un lazo de control abierto y un control cerrado escalar V/f, evaluando operaciones en estado estacionario con distintos niveles de carga. Los resultados muestran que el algoritmo es robusto frente al ruido de conmutación del VDF para todas las pruebas experimentales realizadas, sin que este afecte en la tasa de detección. Se observa un mejor desempeño en lazo cerrado donde es posible detectar en un rango amplio de frecuencias de alimentación, en lazo abierto la tasa de detección disminuye a medida que se disminuye la frecuencia de alimentación, evidenciando la importancia del control utilizado para asegurar un diagnóstico correcto.
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    Detección de fallas de rotor en máquinas de inducción comerciales usando análisis de flujo magnético de dispersión (Stray Flux).
    (Universidad de Concepción, 2026) Burgos Ríos, Leonardo Luis; Madariaga Cifuentes, Carlos Felipe Ignacio
    Los MI son considerados por diversos autores como el “caballo de batalla” de la industria moderna. Esta denominación, sustentada en su uso masivo a nivel global, refleja la importancia de asegurar su operación adecuada y confiable con el fin de evitar paradas no deseadas, reducir costos de mantenimiento, minimizar pérdidas de producción y prolongar la vida útil de los equipos. Entre las fallas que afectan a los MI, las fallas rotóricas, particularmente la rotura de barras, representan aproximadamente un 9% del total de averías. En esta Memoria de Título (MdeT) se aborda el diagnóstico de este tipo de falla mediante el desarrollo de un algoritmo basado en el análisis de señales de flujo magnético de dispersión (SFSA). Se presenta una introducción a los MI, sus fallas típicas y los principales métodos de diagnóstico. Posteriormente, se realiza una revisión de la literatura enfocada en la detección de fallas de barras rotas mediante esta técnica, y se describe la metodología base que sustenta la propuesta desarrollada. Sobre esta base, se plantea una metodología basada en la integración de la potencia espectral en una banda de frecuencias característica de falla de barra rota. Además, se define un índice diagnóstico 𝛾, que cuantifica la desviación de una medición individual respecto a la variabilidad natural del sistema en condición sana. La validación del método se realiza en dos etapas: simulación por elementos finitos, utilizando un modelo 2D de un motor perteneciente al LEME de la UdeC, y validación experimental en laboratorio sobre el mismo motor. La medición del flujo magnético de dispersión se realiza mediante un sensor de bobina desarrollado específicamente para la adquisición de estas señales. Los resultados evidencian una mejora significativa en la capacidad discriminatoria frente a la metodología convencional. La integración de potencia en banda reduce la dispersión en aproximadamente un 37% en términos lineales. La metodología base presenta amplificaciones entre 5 y 22 veces a carga nominal, las cuales se disminuyen a 1.7 veces en vacío, evidenciando una pérdida significativa de sensibilidad en condiciones de baja carga. En contraste, el índice 𝛾 mantiene valores entre 25 y 150 en condición defectuosa, frente a un máximo de 6.13 en condición sana en todo el rango de velocidades evaluado. Esto, junto con su naturaleza escalar, permite definir un umbral preliminar de 𝛾 > 25 como criterio de detección de falla, estableciendo un indicador único, objetivo y directamente aplicable.
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    Detección de fallas de rotor en máquinas de inducción comerciales usando técnicas avanzadas de análisis de corriente en régimen transitorio.
    (Universidad de Concepción, 2026) Fernández Rebolledo, Martín Nicolas; Madariaga Cifuentes, Carlos Felipe Ignacio
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    Evaluación numérica de máquina de imanes permanentes de flujo axial y doble rotor para aplicaciones de baja velocidad y alto torque.
    (Universidad de Concepción, 2026) Hernández Baeza, Patricio Alejandro; Tapia Ladino, Juan Antonio; Madariaga Cifuentes, Carlos Felipe Ignacio
    En la presente Memoria de Título se desarrolla la evaluación numérica de una máquina síncrona de imanes permanentes de flujo axial, configuración de doble rotor y estator central, orientada a aplicaciones de baja velocidad y alto torque. Para ello, se realizó una revisión bibliográfica sobre máquinas de flujo axial y radial, considerando sus principales topologías, aplicaciones y variables de desempeño. A partir de este análisis, se identificaron parámetros relevantes como torque electromagnético, torque cogging, torque ripple y eficiencia. Posteriormente, se efectuó el dimensionamiento geométrico y electromagnético de la máquina mediante mediciones directas del prototipo disponible y antecedentes técnicos reportados en trabajos previos. Con esta información, se desarrolló un modelo tridimensional en ANSYS Electronics Desktop utilizando análisis por elementos finitos, incorporando rotores, imanes permanentes, dientes de estator, bobinados y entrehierros. Además, se determinaron las condiciones de excitación y operación empleadas durante las simulaciones. Finalmente, se realizaron simulaciones bajo condiciones energizadas y desenergizadas para analizar la influencia del entrehierro sobre el comportamiento electromagnético de la máquina. Se evaluaron variables como torque electromagnético, torque cogging, torque ripple, voltaje inducido, eficiencia y distribución de flujo magnético. Los resultados evidenciaron que la variación del entrehierro influye significativamente sobre la capacidad de desarrollar torque y sobre la calidad de operación de la máquina.
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    Suitability of axial-flux matrix-rotor induction motors for low-speed high-torque applications: a robust design approach.
    (Universidad de Concepción, 2024) Madariaga Cifuentes, Carlos Felipe Ignacio; Tapia Ladino, Juan Antonio
    Low-speed high-torque (LSHT) electrical machines have been dominated by permanent magnet synchronous machines, given their high torque density, efficiency and power factor. Nevertheless, in direct-drive low-speed applications, a solution consisting of a conventional induction machine and a mechanical converter is used considering the self-starting capability of the IM and acceptable efficiency of the system. The solution for direct-drive LSHT applications is to adopt machines with inherently low speed, self-starting capacity, and high performance, which has not been possible to date from conventional induction machines and synchronous reluctance machines. In this regard, this thesis addresses the sizing, analysis, and optimization of axial flux induction motors with a novel matrix structure rotor (AF-MRIM) to meet the requirements of LSHT applications. Furthermore, in order to identify the competitivity of these machines and their application niche, opening a path to further research on this promising topology, considering both deterministic and robust design features. Firstly, an analytical pre-sizing methodology focusing on the main and particular design parameters of an AF-MRIM is provided, considering guidelines for a suitable selection of the matrix rotor structure. A semi-analytical tool based on finite element simulations was specifically devised to quickly assess the performance of AF-MRIM, simplifying the matrix rotor structure, and enabling the time-efficiency design and multi-objective optimization of an AF-MRIM, unfeasible to perform with conventional techniques so far. Secondly, several finite-element tools and solutions to assess the effect of unavoidable, manufacturing and assembly tolerances on the performance of asynchronous and synchronous machines are presented, meant to serve as input for a detailed comparative analysis between different machine designs from deterministic and robust design approaches. Finally, a detailed comparison of optimized AF-MRIM with other non-conventional and conventional topologies is provided, considering raw performance and robust design capability. Two objective speeds (250 and 500 rpm) are evaluated by means of specific design optimization and robustness assessment of the different topologies. It was demonstrated that an optimized AF-MRIM has superior performance among rare-earth free topologies but does not reach the performance and torque density of an optimized PMSM. Nonetheless, the MRIM has the highest robustness ratings of all the four selected topologies. At last, it was found that the proposed matrix-rotor IM is actually suitable for LSHT applications, with significant superiority at 250 rpm, direct-drive operation; and slight advantages at 500 rpm when compared to prominent rare-earth free topologies.
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