Disseny de l'electrònica de potència d'una motoserra elèctrica de 2,5 kW per alimentar un motor brushless amb bateries de 36 V

Abstract

[CA] Durant els darrers anys s¿han començat a substituir aparells amb motor de combustió, per aparells elèctrics capaços de realitzar les mateixes funcions. Aquesta transformació es duu a terme tant per temes mediambientals com per qüestions de millora tecnològica. En el camp de la maquinaria agrícola, en el que s¿inclouen les motoserres, aquesta transformació està tenint lloc des de fa uns anys, però té lloc principalment en aparells de potències reduïdes. L¿objectiu últim que es persegueix en el projecte és dissenyar i construir una motoserra elèctrica de 2,5 kW amb bateries de 36 V, que és una potència relativament elevada. No obstant això, voler completar tot el projecte seria un objectiu massa ambiciós. Per tant, l¿abast d¿aquest treball és el disseny de la part elèctrica i electrònica, el qual requereix realitzar un estudi previ dels requeriments de la màquina. En el treball es realitza un estudi per a conèixer les característiques que han de complir els diferents components de la motoserra, per a què tant la part mecànica com l¿elèctrica funcionen conjuntament. A continuació, s¿elegeix el motor elèctric que compleix les especificacions per a tallar fusta. Amb el motor es dissenya el control per a obtenir el funcionament desitjat i es simula el conjunt. Seguidament, es dissenya i dimensiona l¿electrònica de potència necessària per a controlar el motor a partir de les simulacions realitzades. A més, s¿elegeixen els components addicionals per què l¿electrònica de potència funcioni. Finalment, es dissenya la placa de circuit imprès (PCB) que conté tots els components electrònics de la motoserra.

[EN] In recent years, combustion engine devices have begun to be replaced by electrical devices capable of performing the same functions. This transformation is carried out both for environmental issues and for issues of technological improvement. In the field of agricultural machinery, which includes motor-saws, this transformation is taking place for a few years, but it occurs mainly in low-power devices. The aim of the project is to design and build a 2,5 kW electric motor-saw with 36 V batteries, which is a relatively high power. However, wanting to cover the entire project would be too ambitious. Therefore, the scope of this thesis is the design of the electrical and electronic part, for which a prior study of the machine requirements is required. In this work, a study is carried out to know the characteristics that the different components of the motor-saw must meet, so that both the mechanical and electrical parts work together. Next, the electric motor that meets the specifications for cutting wood is selected. With the motor, the control is designed to obtain the desired operation and the assembly is simulated. After that, the power electronics necessary to control the motor are designed and sized based on the simulations carried out. Moreover, additional components are chosen to make the power electronics work. Finally, the printed circuit board (PCB) that contains all the electronic components of the motor-saw is designed.

[ES] Durante los últimos años se han empezado a sustituir dispositivos de motor de combustión, por dispositivos eléctricos capaces de realizar las mismas funciones. Esta transformación se lleva a cabo tanto por temas medioambientales como por cuestiones de mejora tecnológica. En el campo de la maquinaria agrícola, en el que se incluyen las motosierras, esta transformación está teniendo lugar desde hace unos años, pero se da principalmente en aparatos de baja potencia. El objetivo último que se persigue en el proyecto es diseñar y construir una motosierra eléctrica de 2,5 kW con baterías de 36 V, que es una potencia relativamente elevada. No obstante, querer abarcar todo el proyecto sería demasiado ambicioso. Por tanto, el alcance de este trabajo es el diseño de la parte eléctrica y electrónica, para el cual se requiere realizar un estudio previo de los requerimientos de la máquina. En el trabajo se realiza un estudio para conocer las características que han de cumplir los diferentes componentes de la motosierra, para que tanto la parte mecánica como la eléctrica funcionen conjuntamente. A continuación, se elige el motor eléctrico que cumple las especificaciones para cortar madera. Con el motor se diseña el control para obtener el funcionamiento deseado y se simula el conjunto. Seguidamente, se diseña y dimensiona la electrónica de potencia necesaria para controlar el motor a partir de las simulaciones realizadas. Además, se eligen los componentes adicionales para que la electrónica de potencia funcione. Finalmente, se diseña la placa de circuito impreso (PCB) que contiene todos los componentes electrónicos de la motosierra.