O szacowaniu stanu w napędach elektrycznych
Zasady projektowania i zastosowania sterowania ślizgowego w napędach elektrycznych. Omówiono podstawowe pojęcia, matematykę i aspekty projektowe układów o zmiennej strukturze, jak również tych, w których tryby ślizgowe są podstawowym trybem pracy. Główne argumenty przemawiające za sterowaniem w trybie ślizgowym to redukcja rzędu, procedura projektowania odsprzęgania, eliminacja zakłóceń, niewrażliwość na zmiany parametrów i prosta implementacja za pomocą przekształtników mocy. Analizowane są algorytmy sterowania i przetwarzania danych stosowane w układach o zmiennej strukturze. Wykazano potencjał metodyki sterowania ślizgowego dla wszechstronności napędów elektrycznych i funkcjonalnych celów sterowania.
Napędy elektryczne dużej mocy i/lub wysokiego napięcia. Przetwornice wielopoziomowe: (1) mogą generować napięcia bliskie sinusoidalnemu wyłącznie z przełączaniem częstotliwości podstawowej; (2) prawie nie mają zakłóceń elektromagnetycznych ani napięcia w trybie wspólnym; oraz (3) nadają się do dużych napędów elektrycznych o napięciu znamionowym i wysokim napięciu. Falownik kaskadowy jest naturalnym rozwiązaniem dla dużych, całkowicie elektrycznych napędów samochodowych, ponieważ wykorzystuje kilka poziomów źródeł napięcia stałego, które byłyby dostępne z akumulatorów lub ogniw paliwowych. Konwerter z mocowaniem diodowym back-to-back jest idealny tam, gdzie dostępne jest źródło napięcia przemiennego, na przykład w hybrydowym pojeździe elektrycznym. Wyniki symulacji i eksperymentów wskazują na wyższość tych dwóch przetworników nad dwupoziomowymi napędami opartymi na modulacji szerokości impulsów. Przetwornice wielopoziomowe do dużych napędów elektrycznych .
Od 1994 roku University of Minnesota podejmuje długo oczekiwaną restrukturyzację kursów energoelektroniki i maszyn/napędów elektrycznych. Ta restrukturyzacja umożliwia zintegrowanie sterowania cyfrowego z pierwszymi kursami, ucząc w ten sposób studentów tego, czego muszą się nauczyć, czyniąc te kursy atrakcyjnymi i zapewniając płynną ciągłość kursów zaawansowanych. Dzięki zwięzłej prezentacji na zaledwie dwóch kursach licencjackich, ta restrukturyzacja motywuje studentów do wzięcia udziału w powiązanych kursach dotyczących programowalnych sterowników logicznych, mikrokontrolerów i aplikacji z procesorami sygnałów cyfrowych. O ocenie stanu w napędach elektrycznych .Zapewnia to pierwszorzędną edukację, która ma znaczenie w miejscu pracy, a także w kształceniu absolwentów, co prowadzi do kariery zorientowanej na badania i rozwój. Ta restrukturyzacja ma kilka elementów. Nieaktualne tematy, które marnują czas i wprowadzają uczniów w błąd, są usuwane. Aby zintegrować kontrolę na pierwszych kursach, opracowano unikalne podejścia, aby skuteczniej przekazywać informacje. W pierwszym kursie z energoelektroniki identyfikuje się element budulcowy w powszechnie stosowanych topologiach przekształtników mocy. Restrukturyzacja pierwszych kursów z energoelektroniki i napędów elektrycznych integrująca sterowanie cyfrowe.
Przy prawie dwóch trzecich światowej energii elektrycznej zużywanej przez napędy elektryczne, nie powinno dziwić, że ich właściwa kontrola zapewnia znaczne oszczędności energii. Efektywne wykorzystanie napędów elektrycznych ma również daleko idące zastosowania w takich obszarach, jak automatyzacja fabryk (robotyka), czysty transport (pojazdy hybrydowo-elektryczne) oraz zarządzanie zasobami energii odnawialnej (wiatr i słońce). Advanced Electric Drives wykorzystuje podejście oparte na fizyce w celu wyjaśnienia podstawowych koncepcji nowoczesnego sterowania napędem elektrycznym i jego działania w warunkach dynamicznych. Autor Ned Mohan, wieloletni lider w dziedzinie edukacji i badań nad systemami elektroenergetycznymi (EES), ujawnia, w jaki sposób zainwestowanie w odpowiednie sterowanie, zaawansowane symulacje MATLAB i Simulink oraz staranne przemyślane projektowanie systemów energetycznych przekłada się na znaczne oszczędności energii i dolarów. Oferowanie studentom nowej alternatywy dla standardowych metod matematycznych transformacji wielkości faz abc w osi dq, zaawansowanych napędów elektrycznych: analizy, sterowania i modelowania za pomocą MATLAB/Simulink.
Z jednej strony projektowany jest obserwator nieliniowy, z drugiej zaś stan prędkości jest szacowany przy użyciu brudnej pochodnej ze zmierzonej pozycji. Brudna pochodna jest przybliżoną wersją idealnej pochodnej, która wprowadza błąd estymacji kilkakrotnie analizowany w aplikacjach napędowych. Z tego powodu nasza propozycja w tej pracy polega na zilustrowaniu kilku aspektów działania brudnej pochodnej w obecności zarówno niepewności modelu, jak i zaszumionych pomiarów. W tym celu wprowadzono studium przypadku. Studium przypadku uwzględnia szacowanie prędkości wirnika w silniku krokowym z magnesami trwałymi, zakładając, że mierzone są położenie wirnika i zmienne elektryczne. Ponadto w niniejszym artykule przedstawiono uwagi dotyczące związku między brudnymi derywatami a obserwatorami, a także zwrócono uwagę na zalety i wady obu technik.
Statystyczna metoda optymalizacji maszyn elektrycznych stosowana w napędach elektrycznych.
Przedstawiono metodę wyboru i optymalizacji elektrycznego układu napędowego poprzez analizę zagadnień krytycznych dla jakości elektrycznego układu napędowego zgodnie z teorią Six Sigma. Kwestie krytyczne dla jakości obejmują wagę, objętość, niezawodność, wydajność i koszt. W celu wybrania optymalnego projektu można ocenić różne podejścia projektowe. Podejścia projektowe mogą obejmować typ maszyny elektrycznej, system chłodzenia, integrację elektryczną i interfejs elektryczno-mechaniczny.
Podstawy napędów elektrycznych, przedstawia podstawowe zagadnienia i podstawowe pojęcia leżące u podstaw maszyn elektrycznych, energoelektroniki i napędów elektrycznych dla studentów elektrotechniki na poziomie licencjackim. O ocenie stanu w napędach elektrycznych .Większość istniejących książek na temat napędów elektrycznych koncentruje się albo na przekształtnikach i analizie przebiegu (pomijając dynamikę obciążenia mechanicznego), albo na charakterystyce silników (pozwalając na analizę przekształtników i sterowników). Ta książka zawiera pełny przegląd tematu na odpowiednim poziomie dla studentów EE. Książka przeprowadza czytelników przez analizę i projektowanie kompletnego systemu napędów elektrycznych, w tym pokrycie obciążeń mechanicznych, silników, przekształtników, czujników i sterowników. Oprócz tego, że służy jako tekst, ta książka służy jako przydatne i praktyczne źródło informacji dla profesjonalnych inżynierów napędów elektrycznych.
Symulacja sprzętowa w pętli jest obecnie standardową metodą testowania sprzętu elektronicznego w przemyśle motoryzacyjnym. Ponieważ napędy elektryczne i urządzenia energoelektroniczne mają coraz większe znaczenie w zastosowaniach motoryzacyjnych, tego rodzaju systemy muszą być zintegrowane z symulacją sprzętową w pętli. Przetwornice mocy i napędy elektryczne są obecnie wykorzystywane w wielu różnych zastosowaniach w pojazdach (hybrydowy elektryczny lub elektryczny układ napędowy, elektryczne układy kierownicze, przetwornice DC-DC itp.). Szeroka gama aplikacji, topologii i poziomów mocy skutkuje różnymi podejściami i rozwiązaniami do testowania sprzętu w pętli. W artykule przedstawiono przegląd symulacji sprzętowej w pętli energoelektroniki i napędów elektrycznych w przemyśle motoryzacyjnym. Opisano obecnie dostępne technologie i nakreślono przyszłe wyzwania.
Dokładny pomiar strat mocy w urządzeniach o wysokiej sprawności jest trudny. Wkrótce wejdą w życie normy pomiarowe dla przekształtników przemysłowych i kompletnych napędów elektrycznych, w tym zarówno silników, jak i przekształtników, należy uwzględnić metody pomiarowe dla tych urządzeń. W metodzie kalorymetrycznej straty mocy mierzone są bezpośrednio. Przedstawione wcześniej kalorymetry są jednak głównie systemami szytymi na miarę, a co za tym idzie, mają zazwyczaj bardzo skomplikowaną konstrukcję. Stąd ich przydatność do oceny ogólnych napędów elektrycznych jest ograniczona.O ocenie stanu w napędach elektrycznych . W niniejszym opracowaniu zaproponowano koncepcję pomiaru kalorymetrycznego dla strat mocy do 2 kW. Taka strata mocy może być zastosowana we współczesnych przekształtnikach energoelektronicznych o mocy do 110 kW. Konstrukcja koncepcji jest prosta i lekka. Nie wymaga skomplikowanej konstrukcji ani dużej powierzchni w miejscu pomiaru. Koncepcja jest skalowalna i powielana dla różnych rozmiarów. Bez problemu można mierzyć różne urządzenia z różnymi okablowaniem. Koncepcja kalorymetryczna do pomiaru strat mocy do 2 kW w napędach elektrycznych.
Kocioł pomocniczy SIM 321 Wejście cyfrowe 6ES7 321 -1BL00 - 2AA0 1
Kocioł pomocniczy SIM 321 Wejście cyfrowe 32 CH 6ES7 321 -1BL00 - 0AA0 1
Kocioł pomocniczy SIM 321 Wejście cyfrowe 16 CH 6ES7 321 -1BH02 - 0AA0 1
Kocioł pomocniczy SIM 322 Wyjście cyfrowe 32 CH 6ES7 322 -1BL00 - 0AA0 1
Kocioł pomocniczy SIM 322 Wyjście cyfrowe 16 CH 6ES7 322 -1BH01 - 0AA0 1
Kocioł pomocniczy SIM 331 Wejście analogowe 8-kanałowe 24V 13Bit 6ES7 331 - 1KF01- 0AB0 1
Kocioł pomocniczy SIM 331 Wejście analogowe 8 CH 6ES7 331 - 7KF02 - 0AB0 1
Kocioł pomocniczy SIM 331 Wejście analogowe 8 CH 6ES7 331 - 7HF01 - 0AB0 2
Kocioł pomocniczy SIM 332 Wyjście analogowe 8 CH 6ES7 332 - 5HF00 - 0AB0 1
Kocioł pomocniczy SIM 332 Wyjście analogowe 4 CH 6ES7 332 - 5HD01 - 0AB0 1
Nowoczesne maszyny rolnicze muszą działać jak najefektywniej. Często są już wyposażone w elektroniczne systemy sterowania. Napędy dzisiejszych narzędzi rolniczych są głównie mechaniczne lub hydrauliczne. Ostatnie zmiany i ulepszenia napędów elektrycznych zwiększają ich zastosowanie w maszynach rolniczych. Pewnym zainteresowaniem jest zmniejszenie zużycia paliwa w wyniku wysokiej wydajności i zautomatyzowanych procedur pracy. Pod względem architektury systemu tak zwane struktury agro-hybrydowe można wyprowadzić z samochodowych systemów hybrydowych. Muszą być zdefiniowane i wybrane w połączeniu z wymaganą funkcjonalnością. Przedstawione zostaną podstawowe wyniki ankiety wśród austriackich producentów narzędzi i maszyn dotyczące zainteresowania napędami elektrycznymi i ich potencjału.
Podstawową formą sterowania przekładni jest elektryczny układ napędowy z kilkoma jednostkami napędowymi. Elektryczny napęd synchroniczny jest często kluczowym problemem dla systemu. W artykule przedstawiono podstawową zasadę sterowania synchronicznego oraz trzy rodzaje metod sterowania synchronicznego, a ich charakterystykę szczegółowo omówiono.
Modele są prezentowane w postaci równoważnych obwodów, aby zachować identyczność parametrów nieliniowych. Obwody oznaczone jako Γ lub odwrotne Γ są prostsze niż konwencjonalny obwód w kształcie litery T. Ich parametry można łatwo określić na podstawie pomiarów końcowych. Główne skutki nieliniowości magnetycznej są uwzględnione w modelach w sposób dokładniejszy niż zwykle uzyskiwany w przypadku konwencjonalnych obwodów w kształcie litery T. Omówiono również modelowanie harmonicznych czasowych.
Różne typy symulacji sprzętu w pętli dla napędów elektrycznych 。Symulacje sprzętu w pętli (HIL) są coraz częściej wykorzystywane do oceny wydajności napędów elektrycznych. Symulacje programowe prowadzą do opracowania sterowania badanym systemem. W tym przypadku na ogół zakłada się wiele uproszczeń, które skrócą czas obliczeń. Przed wdrożeniem kontroli w czasie rzeczywistym bardzo przydatnym etapem pośrednim mogą być symulacje HIL. W ten sposób do pętli wprowadzane jest urządzenie sprzętowe, aby uwzględnić jego rzeczywiste ograniczenia. W tym artykule zaproponowano trzy różne rodzaje symulacji HIL: poziom sygnału, poziom mocy i poziom mechaniczny. Podano przykład układu trakcyjnego skutera elektrycznego.
Identyfikacja sygnału jest częstym problemem w zastosowaniach napędów elektrycznych. W niniejszym artykule zaproponowano zastosowanie przekształceń falkowych do wyodrębnienia i identyfikacji określonych składowych częstotliwości. Początkowo pomiary prądu z aplikacji o stałym napięciu/hercach są filtrowane przy użyciu różnych falek, a wyniki porównywane są z konwencjonalnymi metodami filtrowania. Następnie proponuje się pseudoadaptacyjną metodę odszumiania, opartą na falach, które dostosowują poziom rozkładu w zależności od prędkości wirnika. Wreszcie, falki są wykorzystywane w schemacie szacowania prędkości wtrysku wysokiej częstotliwości i wykazano, że są lepsze od konwencjonalnych metod w takich przypadkach, w których użyteczne informacje mogą być przy wyższej częstotliwości i mieć nieprecyzyjne składowe częstotliwości. Wyniki eksperymentalne i symulowane weryfikują te stwierdzenia.
W dalszym ciągu dużym wyzwaniem w projektowaniu i stosowaniu zaawansowanych sterowanych napędów elektrycznych są dwie kwestie, a mianowicie odzyskiwanie energii hamowania i zdolność przejazdu układu napędowego. Poza zwykłymi rozwiązaniami, takimi jak konwertery back-to-back i macierzowe, w niektórych zastosowaniach, takich jak napędy trakcyjne i dźwigowe, stosowane jest podejście oparte na zwykłym diodowym konwerterze typu front-end-drive, wyposażonym w element magazynujący energię. Podejście to stało się ostatnio przedmiotem zainteresowania wraz z szybkim rozwojem elektrochemicznych kondensatorów dwuwarstwowych, tak zwanych ultrakondensatorów. Aby osiągnąć elastyczność systemu i lepszą wydajność, ultrakondensator jest podłączony do przemiennika za pośrednictwem konwertera DC-DC. Przetwornica jest sterowana w taki sposób, aby spełnić cele sterowania: sterowanie napięciem szyny DC, stan naładowania ultrakondensatora i filtrowanie mocy szczytowej. W artykule omówiliśmy aspekty modelowania i sterowania regeneracyjnego sterowanego napędu elektrycznego z wykorzystaniem ultrakondensatora jako urządzenia do magazynowania energii i zasilania awaryjnego.
Projekt regulatora prędkości dla bezczujnikowych napędów elektrycznych w oparciu o techniki AI: studium porównawcze Regulatory prędkości oparte na (1) sieci neuronowej ze sprzężeniem do przodu, (2) sieci neurorozmytej oraz (3) samoorganizującej się Takagi–Sugeno ( TS) zaprojektowano model oparty na regułach. Przeprowadzana jest analiza porównawcza zachowania napędu z tymi trzema typami regulatorów prędkości opartych na sztucznej inteligencji. Ponadto dokonuje się porównania w odniesieniu do wydajności napędu uzyskanej z konwencjonalnym zoptymalizowanym regulatorem PI. Szczegółowe badanie symulacyjne szeregu stanów nieustalonych wskazuje, że najlepszą wydajność, pod względem dokładności i złożoności obliczeniowej, oferuje samoorganizujący się sterownik Takagi–Sugeno. Sterowniki są opracowywane i testowane dla zakładu składającego się z silnika prądu stałego o zmiennej prędkości z obcowzbudnym silnikiem.
Z punktu widzenia EMC integracja elektrycznych systemów napędowych we współczesnych samochodach stanowi poważne wyzwanie. Elektryczny układ napędowy to nowy element składający się ze źródła zasilania wysokiego napięcia, przetwornicy częstotliwości, silnika elektrycznego oraz ekranowanych lub nieekranowanych kabli dużej mocy. Traktowanie tego nowego elektrycznego układu napędowego lub jego komponentów jako konwencjonalnego komponentu samochodowego pod względem procedur testowych EMI i limitów emisji prowadziłoby do poważnych problemów z niekompatybilnością. W artykule przeanalizowano zagadnienia EMC związane z integracją elektrycznego układu napędowego z konwencjonalnym samochodem osobowym. Przeanalizowano elementy układu napędowego będące albo źródłami hałasu, albo częścią toru sprzęgającego w nowym układzie elektrycznym samochodu. Otrzymane wyniki mogą być również wykorzystane do określenia dopuszczalnych poziomów hałasu na szynie wysokonapięciowej elektrycznego układu napędowego.
Przetwornica po stronie sieci sterowana modulacją zredukowanych harmonicznych do napędów elektrycznych Opisano modulator szerokości impulsów o zredukowanych harmonicznych i jego zastosowanie do sterowania trójpoziomowym przekształtnikiem po stronie sieci dla przemiennika częstotliwości o zmiennej prędkości. Schemat modulacji szerokości impulsu dla falownika źródła napięcia określa każdą indywidualną chwilę przełączania na podstawie stale aktualizowanej równowagi woltosekundowej między wektorem odniesienia a rzeczywistym wektorem stanu przełączania. Wygenerowana sekwencja impulsów jest asynchroniczna. Widma Fouriera charakteryzują się brakiem dyskretnych składowych nośnych o wysokiej amplitudzie. Zmniejszona zostaje emisja hałasu akustycznego wypromieniowywanego z elementów magnetycznych. Wyniki eksperymentalne uzyskano dla przekształtnika tranzystorowego zasilanego z przemysłowego zasilacza 660 V. Napięcie obwodu DC wynosi 1200 V.
Tradycyjne dwupoziomowe falowniki z modulacją szerokości impulsu o wysokiej częstotliwości (PWM) do napędów silnikowych mają kilka problemów związanych z przełączaniem wysokiej częstotliwości, które wytwarza napięcie w trybie wspólnym i wysoką zmianę napięcia (dV/dt) w uzwojeniach silnika. Inwertery wielopoziomowe rozwiązują te problemy, ponieważ ich urządzenia mogą przełączać się ze znacznie niższą częstotliwością. O ocenie stanu w napędach elektrycznych .Do zastosowania jako konwerter mocy dla napędów elektrycznych zidentyfikowano dwie różne topologie wielopoziomowe: falownik kaskadowy z oddzielnymi źródłami prądu stałego; oraz konwerter diodowy back-to-back. Falownik kaskadowy jest naturalnym rozwiązaniem dla dużych, całkowicie elektrycznych napędów samochodowych ze względu na możliwe wysokie wartości znamionowe VA i ponieważ wykorzystuje kilka poziomów źródeł napięcia stałego, które byłyby dostępne z akumulatorów lub ogniw paliwowych. Konwerter diodowy typu back-to-back jest idealny, gdy dostępne jest źródło napięcia przemiennego, takie jak hybrydowy pojazd elektryczny. Wyniki symulacji i eksperymentów pokazują wyższość tych dwóch konwerterów mocy nad napędami opartymi na PWM.
Opisano koncepcję modulatora PWM o zredukowanych harmonicznych, zastosowanego do sterowania przekształtnikiem po stronie sieci dla napędów elektrycznych o zmiennej prędkości. Algorytm PWM określa czas trwania każdego wektora przełączania w stanie załączenia na podstawie obserwacji zmiennego w czasie wektora napięcia odniesienia. Ponieważ nie ma odniesienia do sygnału nośnego o stałej częstotliwości, generowane wzory impulsów stają się asynchroniczne. Zasadniczą właściwością tej metody jest wytworzenie quasi-ciągłego widma harmonicznego, w którym wszystkie składowe częstotliwości mają mniej więcej równe wartości. Jest to zaleta w porównaniu ze schematami sterowania PWM opartymi na nośnej, które wykazują składową nośną o wysokiej amplitudzie i wstęgę boczną w swoich widmach harmonicznych. Emisja hałasu akustycznego emitowanego z cewki indukcyjnej filtra AC jest zmniejszona.
