Sobre la estimación del estado en accionamientos eléctricos
Principios de diseño de control de modo deslizante y aplicaciones a accionamientos eléctricos. Se tratan los conceptos básicos, las matemáticas y los aspectos de diseño de los sistemas de estructura variable, así como aquellos con modos deslizantes como modo de operación principal. Los principales argumentos a favor del control de modo deslizante son la reducción de orden, el procedimiento de diseño de desacoplamiento, el rechazo de perturbaciones, la insensibilidad a las variaciones de parámetros y la implementación simple mediante convertidores de potencia. Se analizan los algoritmos de control y procesamiento de datos utilizados en los sistemas de estructura variable. Se demuestra el potencial de la metodología de control de modo deslizante para la versatilidad de los accionamientos eléctricos y los objetivos funcionales de control.
Accionamientos eléctricos de alta potencia y/o alta tensión. Los convertidores multinivel: (1) pueden generar voltajes casi sinusoidales con solo conmutación de frecuencia fundamental; (2) casi no tienen interferencia electromagnética o voltaje de modo común; y (3) son adecuados para accionamientos eléctricos de gran voltaje y alto voltaje. El inversor en cascada es una opción natural para grandes unidades automotrices totalmente eléctricas porque utiliza varios niveles de fuentes de voltaje de CC, que estarían disponibles a partir de baterías o celdas de combustible. El convertidor con abrazadera de diodo espalda con espalda es ideal cuando hay disponible una fuente de voltaje de CA, como en un vehículo eléctrico híbrido. Los resultados experimentales y de simulación muestran la superioridad de estos dos convertidores sobre los convertidores basados en modulación de ancho de pulso de dos niveles. Convertidores multinivel para grandes convertidores eléctricos.
Desde 1994, la Universidad de Minnesota ha emprendido una reestructuración largamente esperada de los cursos de electrónica de potencia y máquinas/accionamientos eléctricos. Esta reestructuración permite que el control digital se integre en los primeros cursos, enseñando así a los estudiantes lo que necesitan aprender, haciendo que estos cursos sean atractivos y brindando una continuidad perfecta a los cursos avanzados. Mediante una presentación concisa en solo dos cursos de pregrado, esta reestructuración motiva a los estudiantes a tomar cursos relacionados en controladores lógicos programables, microcontroladores y aplicaciones de procesadores de señales digitales. Sobre la estimación del estado en accionamientos eléctricos.Esto garantiza una educación de primer nivel que sea significativa en el lugar de trabajo, así como en la educación de posgrado que conduzca a una carrera orientada a la investigación y el desarrollo. Esta reestructuración tiene varios componentes. Se eliminan temas obsoletos que hacen perder tiempo y engañan a los estudiantes. Para integrar el control en los primeros cursos, se desarrollan enfoques únicos para transmitir la información de manera más efectiva. En el primer curso de electrónica de potencia, se identifica un bloque de construcción en topologías de convertidores de potencia de uso común. Reestructuración de primeros cursos en electrónica de potencia y accionamientos eléctricos que integran control digital.
Con casi dos tercios de la electricidad mundial consumida por accionamientos eléctricos, no debería sorprender que su control adecuado represente un ahorro de energía apreciable. El uso eficiente de los accionamientos eléctricos también tiene aplicaciones de gran alcance en áreas como la automatización de fábricas (robótica), el transporte limpio (vehículos híbridos eléctricos) y la gestión de recursos de energía renovable (eólica y solar). Advanced Electric Drives utiliza un enfoque basado en la física para explicar los conceptos fundamentales del control de accionamiento eléctrico moderno y su funcionamiento en condiciones dinámicas. El autor Ned Mohan, líder durante décadas en educación e investigación de sistemas de energía eléctrica (EES), revela cómo la inversión en controles adecuados, simulaciones avanzadas de MATLAB y Simulink y una cuidadosa previsión en el diseño de sistemas de energía se traduce en ahorros significativos en energía y dólares Ofreciendo a los estudiantes una nueva alternativa a los tratamientos matemáticos estándar de la transformación del eje dq de cantidades de fase abc, Accionamientos eléctricos avanzados: análisis, control y modelado mediante MATLAB/Simulink.
Por un lado se diseña un observador no lineal, mientras que por otro lado se estima el estado de velocidad utilizando la derivada sucia de la posición medida. La derivada sucia es una versión aproximada de la derivada perfecta que introduce un error de estimación pocas veces analizado en aplicaciones de accionamiento. Por esta razón, nuestra propuesta en este trabajo consiste en ilustrar varios aspectos sobre el desempeño del derivador sucio en presencia tanto de incertidumbres del modelo como de mediciones con ruido. Para ello, se presenta un estudio de caso. El caso de estudio considera la estimación de la velocidad del rotor en un motor paso a paso de imanes permanentes, asumiendo que se miden la posición del rotor y las variables eléctricas. Además, este artículo presenta comentarios sobre la conexión entre los derivados sucios y los observadores, y también se destacan las ventajas y desventajas de ambas técnicas.
Método estadístico para la optimización de máquinas eléctricas utilizado para accionamientos eléctricos.
Se proporciona un método para seleccionar y optimizar un sistema de accionamiento eléctrico mediante el análisis de temas críticos para la calidad del sistema de accionamiento eléctrico de acuerdo con la teoría Six Sigma. Los temas críticos para la calidad incluyen el peso, el volumen, la confiabilidad, la eficiencia y el costo. Se pueden evaluar varios enfoques de diseño para seleccionar un diseño óptimo. Los enfoques de diseño pueden incluir el tipo de máquina eléctrica, el sistema de refrigeración, la integración eléctrica y la interfaz electromecánica.
Fundamentos de accionamientos eléctricos, presenta los temas básicos y los conceptos fundamentales que subyacen a las máquinas eléctricas, la electrónica de potencia y los accionamientos eléctricos para estudiantes de ingeniería eléctrica a nivel de pregrado. Sobre la estimación del estado en accionamientos eléctricos.La mayoría de los libros existentes sobre accionamientos eléctricos se concentran en convertidores y análisis de forma de onda (ignorando la dinámica de carga mecánica) o en las características del motor (dándole poca importancia al análisis de convertidores y controladores). Este libro proporciona una visión completa del tema, en el nivel adecuado para los estudiantes de EE. El libro lleva a los lectores a través del análisis y diseño de un sistema completo de accionamientos eléctricos, incluida la cobertura de cargas mecánicas, motores, convertidores, sensores y controladores. Además de servir como texto, este libro sirve como referencia útil y práctica para los ingenieros profesionales de accionamientos eléctricos.
La simulación de hardware en el circuito es hoy en día un método estándar para probar equipos electrónicos en la industria automotriz. Dado que los accionamientos eléctricos y los dispositivos electrónicos de potencia son cada vez más importantes en las aplicaciones automotrices, estos tipos de sistemas deben integrarse en la simulación de hardware en el circuito. Los convertidores de potencia y los accionamientos eléctricos se utilizan en muchas aplicaciones diferentes en los vehículos actuales (tren de potencia híbrido eléctrico o eléctrico, sistemas de dirección eléctrica, convertidores CC-CC, etc.). La amplia gama de aplicaciones, topologías y niveles de potencia da como resultado varios enfoques y soluciones diferentes para las pruebas de hardware en el circuito. Este documento ofrece una descripción general de la simulación de hardware en el circuito de electrónica de potencia y accionamientos eléctricos en la industria automotriz. Se describen las tecnologías actualmente disponibles y se esbozan los desafíos futuros.
La medición precisa de las pérdidas de energía en dispositivos de alta eficiencia es difícil. Los estándares de medición para convertidores industriales y accionamientos eléctricos completos, incluidos motores y convertidores, entrarán en vigor pronto, y se deben incluir métodos de medición para estos dispositivos. En el método calorimétrico, las pérdidas de potencia se miden directamente. Sin embargo, los calorímetros presentados anteriormente son principalmente sistemas personalizados y, por lo tanto, suelen tener construcciones muy complicadas. Por lo tanto, su aplicabilidad a la evaluación de accionamientos eléctricos generales es limitada.Sobre la estimación del estado en accionamientos eléctricos. En este estudio se sugiere un concepto de medición calorimétrica funcional para pérdidas de potencia de hasta 2 kW. Tal pérdida de potencia se puede aplicar con los convertidores electrónicos de potencia actuales de hasta 110 kW. La construcción del concepto es simple y ligera. No requiere una estructura compleja o un área grande en el sitio de medición. El concepto es escalable y duplicable para diferentes tamaños. Se pueden medir sin problemas diferentes dispositivos con diferentes cableados. Concepto calorimétrico para la medición de pérdidas de potencia de hasta 2 kW en accionamientos eléctricos.
Caldera auxiliar SIM 321 Entrada digital 6ES7 321 -1BL00 - 2AA0 1
Aux Caldera SIM 321 Entrada digital 32 CH 6ES7 321 -1BL00 - 0AA0 1
Aux Caldera SIM 321 Entrada digital 16 CH 6ES7 321 -1BH02 - 0AA0 1
Aux Caldera SIM 322 Salida digital 32 CH 6ES7 322 -1BL00 - 0AA0 1
Aux Caldera SIM 322 Salida digital 16 CH 6ES7 322 -1BH01 - 0AA0 1
Caldera auxiliar SIM 331 Entrada analógica 8 canales 24V 13Bit 6ES7 331 - 1KF01- 0AB0 1
Aux Caldera SIM 331 Entrada Analógica 8 CH 6ES7 331 - 7KF02 - 0AB0 1
Aux Caldera SIM 331 Entrada Analógica 8 CH 6ES7 331 - 7HF01 - 0AB0 2
Aux Caldera SIM 332 Salida Analógica 8 CH 6ES7 332 - 5HF00 - 0AB0 1
Aux Caldera SIM 332 Salida Analógica 4 CH 6ES7 332 - 5HD01 - 0AB0 1
La maquinaria agrícola moderna tiene que funcionar de la manera más eficiente. A menudo ya están equipados con sistemas de control electrónico. Los accionamientos de los implementos agrícolas actuales son principalmente mecánicos o hidráulicos. Los desarrollos y mejoras recientes en los accionamientos eléctricos refuerzan su aplicabilidad en la maquinaria agrícola. La reducción del consumo de combustible como resultado de la alta eficiencia y los procedimientos de trabajo automatizados son de cierto interés. En términos de arquitectura del sistema, las denominadas estructuras agro-híbridas pueden derivarse de los sistemas híbridos automotrices. Deben definirse y seleccionarse junto con la funcionalidad requerida. Se presentarán algunos resultados básicos de una encuesta entre fabricantes de implementos y maquinaria austriacos sobre el interés en los accionamientos eléctricos y el potencial.
El sistema de accionamiento eléctrico con varias unidades de conductor es una forma principal de control de la transmisión. La conducción síncrona eléctrica es a menudo el problema clave para el sistema. El principio básico del control síncrono y los tres tipos de métodos de control síncrono se presentan en este artículo y sus características se analizan en detalle.
Los modelos se presentan en forma de circuito equivalente para preservar la identidad de los parámetros no lineales. Los circuitos, designados como forma Γ o Γ inversa, son más simples que el circuito en forma de T convencional. Sus parámetros se determinan fácilmente a partir de mediciones terminales. Los principales efectos de la no linealidad magnética se incluyen en los modelos de una manera que es más precisa que la que normalmente se obtiene con los circuitos en forma de T convencionales. También se discute el modelado de armónicos de tiempo.
Diferentes tipos de simulación de Hardware-In-the-Loop para accionamientos eléctricos 。Las simulaciones de Hardware-in-the-loop (HIL) se utilizan cada vez más para evaluar el rendimiento de los accionamientos eléctricos. Las simulaciones de software conducen a desarrollar el control del sistema estudiado. En este caso, generalmente se asumen muchas simplificaciones para reducir el tiempo de cálculo. Antes de una implementación en tiempo real del control, las simulaciones HIL podrían ser un paso intermedio muy útil. Así, se introduce un dispositivo de hardware en el bucle para tener en cuenta sus limitaciones reales. En este artículo, se sugieren tres tipos diferentes de simulación HIL: nivel de señal, nivel de potencia y nivel mecánico. Se da un ejemplo para el sistema de tracción de un scooter eléctrico.
La identificación de señales es un problema común en las aplicaciones de accionamiento eléctrico. Este artículo propone el uso de transformadas wavelet para extraer e identificar componentes de frecuencia específicos. Inicialmente, las mediciones de corriente de una aplicación de voltaje constante/hercios se filtran utilizando varias ondículas y los resultados se comparan con los métodos de filtrado convencionales. A continuación, se propone un método de eliminación de ruido pseudoadaptativo basado en ondículas que ajustan el nivel de descomposición en función de la velocidad del rotor. Finalmente, las wavelets se utilizan en un esquema de estimación de la velocidad de inyección de alta frecuencia y se muestra que son superiores a los métodos convencionales en tales casos, donde la información útil puede estar en una frecuencia más alta y tener componentes de frecuencia imprecisos. Los resultados experimentales y simulados verifican estas afirmaciones.
Dos cuestiones siguen siendo un gran desafío en el diseño y la aplicación de accionamientos eléctricos controlados avanzados, a saber, la recuperación de la energía de frenado y la capacidad de conducción del sistema de accionamiento. Además de las soluciones ordinarias, como los convertidores back-to-back y matriciales, en algunas aplicaciones, como los accionamientos de tracción y elevación, se utiliza un enfoque basado en el convertidor de accionamiento frontal de diodo ordinario equipado con un elemento de almacenamiento de energía. Este enfoque se ha puesto de manifiesto recientemente con el rápido desarrollo de condensadores electroquímicos de doble capa, los llamados ultracondensadores. Para lograr la flexibilidad del sistema y una mejor eficiencia, el ultracondensador se conecta al variador a través de un convertidor CC-CC. El convertidor se controla de tal manera que cumpla con los objetivos de control: el control del voltaje del bus de CC, el estado de carga del ultracondensador y el filtrado de potencia máxima. En este documento, hemos discutido los aspectos de modelado y control del accionamiento eléctrico controlado regenerativo utilizando el ultracondensador como dispositivo de almacenamiento de energía y suministro de energía de emergencia.
Diseño del controlador de velocidad para accionamientos eléctricos sin sensores basado en técnicas de IA: un estudio comparativo Los controladores de velocidad basados en (1) red neuronal feed-forward, (2) red neuro-difusa y (3) autoorganización Takagi-Sugeno ( TS) modelo basado en reglas están diseñados. Se realiza un análisis comparativo del comportamiento del variador con estos tres tipos de controladores de velocidad basados en IA. Además, se realiza una comparación con respecto al rendimiento del accionamiento obtenido con un controlador PI convencional optimizado. Un estudio de simulación detallado de una serie de transitorios indica que el mejor rendimiento, en términos de precisión y complejidad computacional, lo ofrece el controlador autoorganizado Takagi-Sugeno. Los controladores están desarrollados y probados para una planta que comprende un motor de CC excitado por separado de velocidad variable.
Desde el punto de vista de EMC, la integración de los sistemas de propulsión eléctrica en los automóviles actuales representa un desafío sustancial. El sistema de accionamiento eléctrico es un nuevo componente que consta de una fuente de alimentación de alto voltaje, un convertidor de frecuencia, un motor eléctrico y cables de alta potencia blindados o no blindados. Tratar este nuevo sistema de propulsión eléctrica o sus componentes como un componente automotriz convencional en términos de procedimientos de prueba EMI y límites de emisión conduciría a problemas de incompatibilidad sustanciales. En este documento, se investigan los problemas de EMC relacionados con la integración de un sistema de accionamiento eléctrico en un automóvil de pasajeros convencional. Los componentes del sistema de propulsión se han analizado como fuentes de ruido o como parte de la ruta de acoplamiento dentro del nuevo sistema eléctrico del automóvil. Los resultados obtenidos también se pueden utilizar para determinar los niveles de ruido aceptables en un bus de alto voltaje de un sistema de accionamiento eléctrico.
Convertidor del lado de la red controlado por PWM de armónicos reducidos para accionamientos eléctricos Se describe un modulador de ancho de pulso de armónicos reducidos y su aplicación al control de un convertidor de potencia del lado de la red de tres niveles para un accionamiento de CA de velocidad variable. El esquema de modulación de ancho de pulso para el inversor de la fuente de voltaje determina cada instante de conmutación individual sobre la base de un equilibrio voltio-segundo continuamente actualizado entre el vector de referencia y el vector de estado de conmutación real. Se muestra que la secuencia de pulsos generada es asíncrona. Los espectros de Fourier se caracterizan por la ausencia de componentes portadores discretos de gran amplitud. Se reduce la emisión de ruido acústico radiado por los componentes magnéticos. Se han obtenido resultados experimentales de un convertidor de transistores operado desde la fuente de alimentación industrial de 660 V. La tensión del enlace de CC es de 1200 V.
Los inversores de modulación de ancho de pulso (PWM) de alta frecuencia de dos niveles tradicionales para accionamientos de motor tienen varios problemas asociados con su conmutación de alta frecuencia que produce voltaje de modo común y tasas de cambio de alto voltaje (dV/dt) en los devanados del motor. Los inversores multinivel resuelven estos problemas porque sus dispositivos pueden cambiar a una frecuencia mucho más baja. Sobre la estimación del estado en accionamientos eléctricos.Se identifican dos topologías multinivel diferentes para su uso como convertidor de potencia para accionamientos eléctricos: un inversor en cascada con fuentes de CC separadas; y un convertidor sujeto a diodo espalda con espalda. El inversor en cascada es una opción natural para los accionamientos totalmente eléctricos de automóviles grandes debido a las altas clasificaciones de VA posibles y porque utiliza varios niveles de fuentes de voltaje de CC que estarían disponibles a partir de baterías o celdas de combustible. El convertidor con abrazadera de diodo espalda con espalda es ideal cuando hay disponible una fuente de voltaje de CA, como un vehículo eléctrico híbrido. Los resultados experimentales y de simulación muestran la superioridad de estos dos convertidores de potencia sobre los variadores basados en PWM.
Se describe el concepto de un modulador PWM de armónicos reducidos, tal como se aplica para el control de un convertidor de potencia del lado de la línea para accionamientos eléctricos de velocidad variable. El algoritmo PWM determina la duración del estado activado de cada vector de conmutación según la observación del vector de referencia de voltaje variable en el tiempo. Dado que no se hace referencia a una señal portadora de frecuencia constante, los patrones de impulsos generados se vuelven asincrónicos. La propiedad esencial de este método es producir un espectro armónico casi continuo en el que todos los componentes de frecuencia tienen magnitudes más o menos iguales. Esta es una ventaja en comparación con los esquemas de control PWM basados en portadoras que muestran componentes de banda lateral y portadora de gran amplitud en sus espectros armónicos. Se reduce la emisión de ruido acústico radiado por el inductor del filtro de CA.
