על אומדן המדינה בכוננים חשמליים
עקרונות תכנון ויישומים של בקרת מצב הזזה עבור כוננים חשמליים. מטופלים המושגים הבסיסיים, המתמטיקה וההיבטים העיצוביים של מערכות בעלות מבנה משתנה, כמו גם אלה עם מצבי הזזה כמצב פעולה עיקרי. הטיעונים העיקריים בעד בקרת מצב הזזה הם הפחתת פקודות, הליך תכנון ניתוק צימוד, דחיית הפרעות, חוסר רגישות לווריאציות של פרמטרים ויישום פשוט באמצעות ממירי הספק. אלגוריתמי הבקרה ועיבוד הנתונים המשמשים במערכות מבנה משתנה מנותחים. הפוטנציאל של מתודולוגיית בקרת מצב הזזה מודגם עבור רבגוניות של כוננים חשמליים ומטרות פונקציונליות של שליטה.
כוננים חשמליים בעלי הספק גבוה ו/או מתח גבוה. ממירים מרובי-שכבות: (1) יכולים ליצור מתחים כמעט-סינוסואידיים עם מיתוג תדר בסיסי בלבד; (2) אין להם כמעט הפרעות אלקטרומגנטיות או מתח משותף; ו-(3) מתאימים לכוננים חשמליים גדולים בדירוג מתח ומתח גבוה. מהפך המפל מתאים באופן טבעי לכוננים חשמליים של רכבים גדולים מכיוון שהוא משתמש במספר רמות של מקורות מתח DC, אשר יהיו זמינים מסוללות או מתאי דלק. הממיר עם דיודות גב אל גב הוא אידיאלי היכן שקיים מקור מתח AC זמין, כגון ברכב חשמלי היברידי. תוצאות סימולציה וניסויים מראות את העדיפות של שני הממירים הללו על פני כוננים מבוססי אפנון רוחב-פולס דו-מפלסי. ממירים מרובי-מפלסים עבור כוננים חשמליים גדולים.
מאז 1994, אוניברסיטת מינסוטה מבצעת ארגון מחדש של קורסי אלקטרוניקה חשמלית ומכונות/כוננים חשמליים שחלפו זמן רב. מבנה מחדש זה מאפשר לשלב בקרה דיגיטלית בקורסים ראשונים, ובכך ללמד את התלמידים מה עליהם ללמוד, מה שהופך את הקורסים הללו למושכים ומספק המשכיות חלקה לקורסים מתקדמים. על ידי מצגת תמציתית בשני קורסים בלבד לתואר ראשון, ארגון מחדש זה מניע את הסטודנטים לקחת קורסים קשורים בבקרים לוגיים ניתנים לתכנות, מיקרו-בקרים ויישומי מעבד אותות דיגיטלי. על אומדן המדינה בכוננים חשמליים.זה מבטיח השכלה מהשורה הראשונה בעלת משמעות במקום העבודה כמו גם בהשכלה לתארים מתקדמים המובילה לקריירה מכוונת מחקר ופיתוח. לארגון מחדש זה מספר מרכיבים. נושאים מיושנים שמבזבזים זמן ומטעים תלמידים נמחקים. כדי לשלב בקרה בקורסים הראשונים, פותחו גישות ייחודיות להעברת מידע בצורה יעילה יותר. בקורס הראשון באלקטרוניקה כוח, אבן בניין מזוהה בטופולוגיות של ממירי כוח נפוצות. ארגון מחדש של קורסים ראשונים באלקטרוניקה כוח וכוננים חשמליים המשלב בקרה דיגיטלית.
עם כמעט שני שלישים מהחשמל העולמי הנצרך על ידי כוננים חשמליים, אין זה צריך להתפלא שהשליטה הנכונה שלהם מייצגת חיסכון ניכר באנרגיה. לשימוש היעיל בכוננים חשמליים יש גם יישומים מרחיקי לכת בתחומים כמו אוטומציה של מפעלים (רובוטיקה), תחבורה נקייה (רכב היברידי-חשמלי) וניהול משאבי אנרגיה מתחדשים (רוח ושמש). Advanced Electric Drives משתמש בגישה מבוססת פיזיקה כדי להסביר את המושגים הבסיסיים של בקרת כונן חשמלי מודרני ופעולה בתנאים דינמיים. הסופר נד מוהן, מנהיג בן עשרות שנים בחינוך ומחקר של מערכות אנרגיה חשמליות (EES), חושף כיצד השקעה של בקרות מתאימות, סימולציות מתקדמות של MATLAB ו- Simulink, וחשיבה מוקדמת בתכנון מערכות אנרגיה מתורגמת לחיסכון משמעותי באנרגיה ו דולרים. מציע לתלמידים אלטרנטיבה רעננה לטיפולים מתמטיים סטנדרטיים של טרנספורמציה בציר dq של כמויות פאזה abc, כוננים חשמליים מתקדמים: ניתוח, בקרה ומידול באמצעות MATLAB/Simulink.
מצד אחד מתוכנן צופה לא ליניארי, ואילו מצד שני מצב המהירות מוערך באמצעות הנגזרת המלוכלכת מהמיקום הנמדד. הנגזרת המלוכלכת היא גרסה משוערת של הנגזרת המושלמת שמציגה שגיאת אומדן שניתחה כמה פעמים ביישומי כונן. מסיבה זו, ההצעה שלנו בעבודה זו מורכבת מהמחשת מספר היבטים על הביצועים של הנגזר המלוכלך בנוכחות אי-ודאויות מודל וגם מדידות רועשות. לשם כך, מוצג מקרה בוחן. מחקר המקרה בוחן הערכת מהירות הרוטור במנוע צעדי מגנט קבוע, על ידי הנחה שמיקום הרוטור ומשתנים חשמליים נמדדים. בנוסף, מאמר זה מציג הערות לגבי הקשר בין נגזרות מלוכלכות לצופים, וכן מוזכרים היתרונות והחסרונות של שתי הטכניקות.
שיטה סטטיסטית לאופטימיזציה של מכונות חשמליות המשמשת עבור כוננים חשמליים.
ניתנת שיטה לבחירה ואופטימיזציה של מערכת הנעה חשמלית על ידי ניתוח נושאים קריטיים לאיכותיים של מערכת ההנעה החשמלית לפי תיאוריית Six Sigma. הנושאים הקריטיים לאיכות כוללים משקל, נפח, אמינות, יעילות ועלות. ניתן להעריך גישות עיצוב שונות כדי לבחור עיצוב אופטימלי. גישות התכנון עשויות לכלול סוג מכונה חשמלית, מערכת קירור, אינטגרציה חשמלית וממשק חשמלי-מכני.
יסודות כוננים חשמליים, מציג את הנושאים הבסיסיים והמושגים הבסיסיים העומדים בבסיס מכונות חשמליות, אלקטרוניקת כוח וכוננים חשמליים עבור סטודנטים להנדסת חשמל ברמת התואר הראשון. על אומדן המדינה בכוננים חשמליים.רוב הספרים הקיימים על כוננים חשמליים מתרכזים בממירים ובניתוח צורות גל (התעלמות מדינמיקת עומסים מכנית), או במאפייני המנוע (הנותנים זמן קצר לניתוח ממירים ובקרים). ספר זה מספק סקירה מלאה של הנושא, ברמה הנכונה לתלמידי EE. הספר לוקח את הקוראים דרך ניתוח ותכנון של מערכת כוננים חשמליים שלמה, כולל כיסוי של עומסים מכניים, מנועים, ממירים, חישה ובקרים. בנוסף לשמש כטקסט, ספר זה משמש כעזר שימושי ומעשי למהנדסי כוננים חשמליים מקצועיים.
הדמיית חומרה בלולאה היא היום שיטה סטנדרטית לבדיקת ציוד אלקטרוני בתעשיית הרכב. מכיוון שכוננים חשמליים והתקני חשמל חשובים יותר ויותר ביישומי רכב, יש לשלב מערכות מסוג זה בסימולציית החומרה-בלולאה. ממירי כוח והנעים חשמליים משמשים ביישומים רבים ושונים בכלי רכב כיום (מערכת הנעה היברידית חשמלית או חשמלית, מערכות היגוי חשמליות, ממירי DC-DC וכו'). המגוון הרחב של יישומים, טופולוגיות ורמות הספק מביא למגוון גישות ופתרונות שונים לבדיקות חומרה בתוך הלולאה. מאמר זה נותן סקירה כללית של הדמיית חומרה-בלולאה של אלקטרוניקת כוח וכוננים חשמליים בתעשיית הרכב. הטכנולוגיות הזמינות כיום מתוארות ומתארות אתגרים עתידיים.
מדידה מדויקת של הפסדי חשמל במכשירים בעלי יעילות גבוהה היא קשה. תקני מדידה לממירים תעשייתיים ולכוננים חשמליים שלמים, כולל מנועים וממירים כאחד, ייכנסו לתוקף בקרוב, ויש לכלול שיטות מדידה עבור מכשירים אלו. בשיטה הקלורימטרית, הפסדי ההספק נמדדים ישירות. עם זאת, הקלורימטרים שהוצגו בעבר הם בעיקר מערכות מותאמות, ולכן, בדרך כלל יש להם קונסטרוקציות מסובכות מאוד. לפיכך, ישימותם להערכת כוננים חשמליים כלליים מוגבלת.על אומדן המדינה בכוננים חשמליים. תפיסת מדידה קלורימטרית פונקציונלית מוצעת במחקר זה עבור הפסדי הספק של עד 2 קילוואט. אובדן הספק כזה יכול להיות מיושם עם ממירי הספק אלקטרוניים של עד 110 קילוואט. בניית הקונספט פשוטה וקלת משקל. הוא אינו מצריך מבנה מורכב או שטח גדול באתר המדידה. הקונספט ניתן להרחבה וניתן לשכפול עבור גדלים שונים. ניתן למדוד מכשירים שונים עם כבלים שונים ללא בעיות. קונספט קלורימטרי למדידת הפסדי הספק עד 2 קילוואט בכוננים חשמליים.
דוד עזר SIM 321 קלט דיגיטלי 6ES7 321 -1BL00 - 2AA0 1
דוד עזר SIM 321 קלט דיגיטלי 32 CH 6ES7 321 -1BL00 - 0AA0 1
דוד עזר SIM 321 קלט דיגיטלי 16 CH 6ES7 321 -1BH02 - 0AA0 1
דוד עזר SIM 322 פלט דיגיטלי 32 CH 6ES7 322 -1BL00 - 0AA0 1
דוד עזר SIM 322 פלט דיגיטלי 16 CH 6ES7 322 -1BH01 - 0AA0 1
דוד עזר SIM 331 קלט אנלוגי 8 ערוצים 24V 13Bit 6ES7 331 - 1KF01- 0AB0 1
דוד עזר SIM 331 קלט אנלוגי 8 CH 6ES7 331 - 7KF02 - 0AB0 1
דוד עזר SIM 331 קלט אנלוגי 8 CH 6ES7 331 - 7HF01 - 0AB0 2
אקס דווד SIM 332 פלט אנלוגי 8 CH 6ES7 332 - 5HF00 - 0AB0 1
אקס דוד SIM 332 פלט אנלוגי 4 CH 6ES7 332 - 5HD01 - 0AB0 1
מכונות חקלאיות מודרניות חייבות לפעול בצורה היעילה ביותר. לעתים קרובות הם כבר מצוידים במערכות בקרה אלקטרוניות. הכוננים של הכלים החקלאיים של היום הם בעיקר מכניים או הידראוליים. פיתוחים ושיפורים אחרונים בהנעים חשמליים מחזקים את ישימותם במכונות חקלאיות. צריכת דלק מופחתת כתוצאה מיעילות גבוהה ונהלי העבודה האוטומטיים הם בעלי עניין מסוים. במונחים של ארכיטקטורת מערכת ניתן להפיק מה שנקרא מבנים אגרו-היברידיים ממערכות רכב-היברידיות. יש להגדיר ולבחור אותם בשילוב עם הפונקציונליות הנדרשת. יוצגו כמה תוצאות בסיסיות של סקר בקרב יצרני כלי עבודה ומכונות אוסטריים בנוגע לעניין בכוננים חשמליים והפוטנציאל.
מערכת הנעה חשמלית עם מספר יחידות של נהג היא צורה עיקרית של בקרת הילוכים. נהיגה סינכרונית חשמלית היא לרוב הבעיה המרכזית של המערכת. העיקרון הבסיסי של בקרה סינכרונית ושלושה סוגים של שיטות בקרה סינכרונית מוצגים במאמר זה, ומאפייניהם נדונים בפירוט.
המודלים מוצגים בצורת מעגל שווה כדי לשמר את הזהות של פרמטרים לא ליניאריים. המעגלים, המסומנים כצורת Γ או הפוך Γ, הם פשוטים יותר מהמעגל הרגיל בצורת T. הפרמטרים שלהם נקבעים בקלות ממדידות סופניות. ההשפעות העיקריות של אי-ליניאריות מגנטית כלולות במודלים בצורה מדויקת יותר מזו המתקבלת בדרך כלל עם מעגלים קונבנציונליים בצורת T. נדון גם מודלים של הרמוניות זמן.
סוגים שונים של הדמיית חומרה-בלולאה עבור כוננים חשמליים 。הדמיות חומרה-בלולאה (HIL) משמשות יותר ויותר להערכת ביצועים של כוננים חשמליים. סימולציות תוכנה מובילות לפיתוח שליטה במערכת הנלמדת. במקרה זה, בדרך כלל, מניחים שהפשטות רבות יפחיתו את זמן החישוב. לפני יישום בזמן אמת של הבקרה, סימולציות HIL יכולות להיות שלב מתווך שימושי מאוד. כך התקן חומרה מוכנס בלולאה על מנת לקחת בחשבון את האילוצים האמיתיים שלו. במאמר זה מוצעים שלושה סוגים שונים של הדמיית HIL: רמת האות, רמת הספק ורמה מכנית. ניתנת דוגמה למערכת המתיחה של קורקינט חשמלי.
זיהוי אותות הוא בעיה נפוצה ביישומי כונן חשמלי. מאמר זה מציע שימוש בהמרות גלים כדי לחלץ ולזהות רכיבי תדר ספציפיים. בתחילה, מדידות זרם מאפליקציית מתח/הרץ קבועים מסוננים באמצעות גלים שונים והתוצאות בהשוואה לשיטות סינון קונבנציונליות. לאחר מכן, מוצעת שיטה פסאודו-אדפטיבית המבוססת על גלים אשר מתאימים את רמת הפירוק בהתאם למהירות הרוטור. לבסוף, גלים משמשים בסכימת הערכת מהירות הזרקה בתדר גבוה ומוצגות כעדיפות על שיטות קונבנציונליות במקרים כאלה, כאשר המידע השימושי עשוי להיות בתדירות גבוהה יותר ובעל רכיבי תדר לא מדויקים. תוצאות ניסוי וסימולציה מאמתות את ההצהרות הללו.
שני נושאים הם עדיין אתגר גדול בתכנון וביישום של כוננים חשמליים מבוקרים מתקדמים, כלומר, שחזור אנרגיית הבלימה ויכולת הנסיעה של מערכת ההנעה. מלבד הפתרונות הרגילים, כגון ממירי גב אל גב ומטריצה, נעשה שימוש בגישה המבוססת על ממיר הכונן הקדמי של דיודה רגיל המצויד באלמנט אחסון אנרגיה ביישומים מסוימים, כגון כונני מתיחה והרמה. גישה זו נכנסה למוקד לאחרונה עם הפיתוח המהיר של קבלים אלקטרוכימיים שכבה כפולה, מה שנקרא קבלים אולטרה. כדי להשיג גמישות מערכת ויעילות טובה יותר, הקבלים האולטרה מחוברים לכונן באמצעות ממיר dc-dc. הממיר נשלט בצורה כזו שתגשים את מטרות הבקרה: בקרת מתח ה-dc-bus, מצב הטעינה האולטרה-קבלים וסינון שיא הספק. במאמר זה, דנו בהיבטי הדוגמנות והבקרה של הכונן החשמלי המבוקר באמצעות הקבל האולטרה כמכשיר לאחסון אנרגיה וכמכשיר חירום לאספקת חשמל.
עיצוב בקר המהירות עבור כוננים חשמליים חסרי חיישנים המבוססים על טכניקות AI: מחקר השוואתי בקרי המהירות המבוססים על (1) רשת עצבית הזנה קדימה, (2) רשת עצבית מטושטשת ו-(3) טאקאגי-סוגנו המתארגנת בעצמה ( TS) מודל מבוסס כללים מתוכננים. מתבצע ניתוח השוואתי של התנהגות הכונן עם שלושת הסוגים הללו של בקרי מהירות מבוססי בינה מלאכותית. בנוסף, מתבצעת השוואה ביחס לביצועי הכונן המתקבלים עם בקר PI אופטימלי קונבנציונלי. מחקר סימולציה מפורט של מספר ארעיות מצביע על כך שהביצועים הטובים ביותר, במונחים של דיוק ומורכבות חישובית, מוצעים על ידי בקר Takagi-Sugeno המארגן את עצמו. הבקרים פותחו ונבדקו עבור מפעל הכולל מנוע DC נרגש בנפרד במהירות משתנה.
מנקודת המבט של EMC, השילוב של מערכות הנעה חשמליות במכוניות של היום מהווה אתגר מהותי. מערכת ההנעה החשמלית היא רכיב חדש המורכב ממקור מתח גבוה, ממיר תדרים, מנוע חשמלי וכבלים בעלי הספק גבוה מסוככים או לא מסוככים. התייחסות למערכת ההנעה החשמלית החדשה הזו או לרכיביה כרכיב רכב קונבנציונלי מבחינת נהלי בדיקת EMI ומגבלות פליטות יוביל לבעיות חוסר תאימות משמעותיות. במאמר זה נחקרות סוגיות ה-EMC הקשורות לשילוב מערכת הנעה חשמלית במכונית נוסעים קונבנציונלית. רכיבי מערכת ההנעה נותחו שהם מקורות רעש או חלק מנתיב הצימוד בתוך המערכת החשמלית החדשה של המכונית. ניתן להשתמש בתוצאות שהתקבלו גם כדי לקבוע את רמות הרעש המקובלות באפיק מתח גבוה של מערכת הנעה חשמלית.
הרמוניות מופחתות ממיר צד-קו מבוקר PWM עבור כוננים חשמליים מתוארים אפנן רוחב פעימה מופחת הרמונית ויישומו לבקרה של ממיר כוח צד-קו בעל שלוש רמות עבור כונן AC משתנה במהירות. סכימת אפנון רוחב הדופק עבור מהפך מקור המתח קובעת כל רגע מיתוג אינדיבידואלי על בסיס איזון וולט-שנייה המתעדכן באופן רציף בין וקטור הייחוס לווקטור מצב המיתוג בפועל. רצף הפולסים שנוצר מוצג כאסינכרוני. ספקטרום הפורייה מאופיין בהיעדר רכיבי נשא נפרדים בעלי משרעת גבוהה. פליטת הרעש האקוסטי המוקרן ממרכיבים מגנטיים מופחתת. תוצאות ניסוי התקבלו מממיר טרנזיסטור המופעל מאספקת החשמל התעשייתית של 660V. מתח הקישור DC הוא 1200 וולט.
לממירים מסורתיים דו-מפלסים של אפנון רוחב דופק בתדר גבוה (PWM) עבור כונני מנוע יש מספר בעיות הקשורות למיתוג בתדר גבוה שלהם, אשר מייצר קצבי מתח במצב משותף ושינוי מתח גבוה (dV/dt) לפיתולי המנוע. ממירים רב-שכבתיים פותרים את הבעיות הללו מכיוון שהמכשירים שלהם יכולים לעבור בתדר נמוך בהרבה. על אומדן המדינה בכוננים חשמליים.שתי טופולוגיות שונות מרובות רמות מזוהות לשימוש כממיר כוח עבור כוננים חשמליים: מהפך מפל עם מקורות DC נפרדים; וממיר דיודה מהודק גב לגב. מהפך המפל מתאים טבעי לכוננים חשמליים של רכבים גדולים בגלל דירוגי ה-VA הגבוהים האפשריים ומכיוון שהוא משתמש במספר רמות של מקורות מתח DC אשר יהיו זמינים מסוללות או מתאי דלק. ממיר דיודה מהודק גב אל גב הוא אידיאלי כאשר מקור מתח AC זמין, כגון רכב חשמלי היברידי. תוצאות סימולציה וניסויים מראות את העדיפות של שני ממירי הספק אלו על פני כוננים מבוססי PWM.
מתואר הרעיון של אפנן PWM בעל הרמוניה מופחתת, כפי שיושם עבור בקרה של ממיר כוח בצד קו עבור כוננים חשמליים במהירות משתנה. אלגוריתם ה-PWM קובע את משך ההפעלה של כל וקטור מיתוג בהתבסס על התצפית של וקטור הייחוס של משתנה הזמן. מכיוון שאין התייחסות לאות נושא בתדר קבוע, דפוסי הפולסים שנוצרים הופכים לא-סינכרוניים. התכונה החיונית של שיטה זו היא לייצר ספקטרום הרמוני קו-רציף שבו לכל רכיבי התדר יש גדלים פחות או יותר שווים. זהו יתרון בהשוואה לסכימות בקרת PWM מבוססות-נשא המציגות רכיבי נשא ופס-צד בספקטרום ההרמוני שלהם בעלות משרעת גבוהה. פליטת הרעש האקוסטי המוקרן ממשרן מסנן AC מופחת.
