¿Qué impulsa las máquinas eléctricas y los inversores?

El mundo depende cada vez más de la electricidad. Los sistemas de accionamiento eléctricos están presentes en nuestra vida en muchas formas: desde las lavadoras hasta los coches eléctricos. No obstante, los fabricantes se enfrentan a un desafío: deben mejorar la eficiencia global de los sistemas, inversores y motores eléctricos. Los métodos típicos que se utilizan para hacer pruebas de eficiencia y rendimiento ofrecen resultados con una fiabilidad limitada.

Sin embrago, la innovadora solución eDrive Testing de HBM es diferente: combina un transductor de par, un analizador de potencia y un sistema de adquisición de datos de medición para registrar señales mecánicas y eléctricas de forma síncrona y dinámica y llevar a cabo análisis en tiempo real.

Una base de datos sólida es esencial para obtener mejoras significativas en las transmisiones eléctricas, así como en los motores, convertidores y generadores asociados. La eficiencia se puede medir con un vatímetro. Pero eso no basta para caracterizarla. Y los datos de un vatímetro tampoco sirven para diseñar estrategias de mejora de la eficiencia. Se necesita información que permita trazar las pérdidas de eficiencia de forma inequívoca hasta su origen. En la actualidad se están demandando soluciones innovadoras que proporcionen esa información.

Hasta ahora era muy difícil analizar las causas de las pérdidas de energía

El método tradicionalmente empleado para determinar la eficiencia en la conversión de energía de los motores eléctricos consiste en instalar analizadores de potencia a la entrada de estos y transductores de par a la salida. Este tipo de equipos se siguen utilizando. La diferencia entre la potencia eléctrica medida y la salida mecánica generada por el motor eléctrico es la pérdida de energía.

Ahora bien, este procedimiento no permite extraer conclusiones fiables sobre las causas de esas pérdidas. Además, los instrumentos de medición, que a menudo proceden de distintos fabricantes, deben ser objeto de un laborioso proceso de sincronización antes de las pruebas. Y eso requiere un tiempo precioso. Además, con frecuencia el proceso desemboca en errores de medición. Asimismo, los requisitos técnicos dificultan las mediciones de potencia altamente dinámicas (más de 50 mediciones por segundo).

Otro de los problemas de los analizadores de potencia disponibles en el mercado es que solo ofrecen resultados finales cuando, en la investigación de base, son precisamente los datos en bruto los que aportan información esencial para comprender el proceso en cuestión, lo que a su vez desemboca en enfoques productivos para obtener ganancias en eficiencia.

La solución pasa por un único sistema sencillo e integrado

HBM ha desarrollado una solución, consistente en un sistema eficiente e integral de un único proveedor: una combinación del sistema de adquisición de datos Genesis HighSpeed y el transductor de par T12HP. Este potente dúo está perfectamente coordinado, de modo que permite llevar a cabo ensayos a largo plazo en sistemas de accionamiento eléctricos, con diagramas de conexión perfectamente conocidos y sin los problemas de la sincronización. A partir de ahora, es muy sencillo realizar mediciones continuas de hasta una hora con un máximo de un millón de mediciones por segundo en cada canal y elaborar mapas de eficiencia con cientos de mediciones puntuales en intervalos de un segundo.

Los desarrolladores pueden acceder fácilmente a los datos brutos resultantes para llevar a cabo un análisis detallado durante la medición. Esto permite obtener un valioso conocimiento para la optimización de la eficiencia de los sistemas de accionamiento eléctricos. Este nuevo sistema constituye la respuesta de HBM, en forma de desarrollo avanzado, a la demanda de los usuarios de resultados de cálculo como, por ejemplo, los vectores espaciales de corriente, las corrientes d y q o el momento del entrehierro.

"Trabajamos en el campo de los inversores y las máquinas y sistemas de accionamiento eléctricos en la Universidad Politécnica de Turín, y elegimos el sistema de adquisición y registro de datos Gen3i de HBM para la caracterización, identificación y supervisión de inversores electrónicos de potencia, máquinas y transmisiones eléctricas. Gen3i puede registrar y almacenar magnitudes eléctricas (corrientes y tensiones PWM) y mecánicas (velocidad de giro, par y posición). También nos interesa su rápida frecuencia de muestreo, su alta precisión, la sincronización exacta que tiene en cuenta el retardo de los sensores, y el aislamiento eléctrico. Gen3i aúna las ventajas de un analizador de potencia a la hora de adquirir datos con las de un potente registrador y analizador de datos, y nos permite posprocesar grandes cantidades de datos de medición obtenidos de un motor eléctrico."

Prof. Aldo Boglietti, Prof. Radu Bojoi, Prof. Paolo Guglielmi e Ing. Eric Armando, de la Universidad Politécnica de Turín

Análisis directo de datos en bruto: visualización inmediata de resultados

La potente solución eDrive Testing de HBM guarda en continuo y con alta resolución todos los datos en bruto relevantes para incrementar la eficiencia, así como las corrientes eléctricas, la tensión, el par, la velocidad de giro e incluso la temperatura del motor de un sistema. Otra ventaja: todos los valores de potencia importantes (potencia efectiva, reactiva y aparente, factor de potencia, etc.) se visualizan en tiempo real, igual que con un analizador de potencia.

La página SETUP del software Perception se basa en esta aplicación. En cuanto se selecciona el tipo de circuito y los sensores de corriente, se puede empezar a medir.
La página LIVE del software Perception muestra las magnitudes características calculadas, como los valores RMS, la potencia efectiva, la frecuencia básica o una vista de osciloscopio de las curvas de tiempo y su espectro.

Las ventajas del sistema son aún más evidentes en los análisis adicionales. Gracias a las potentes funciones de cálculo y a una base de datos de fórmulas, se pueden llevar a cabo análisis directamente en el sistema mientras se realizan las mediciones. Hasta ahora, esto solo podía hacerse utilizando paquetes matemáticos separados. Un abanico prácticamente ilimitado de posibilidades incluye la determinación de diagramas de circuito equivalente o la realización de transformaciones dq0. Es posible visualizar los resultados de inmediato. Además, estos se pueden transferir a una hoja de cálculo de Excel, por ejemplo, con solo pulsar un botón.

Por último, de este modo se puede llevar a cabo un análisis del sistema verdaderamente fiable y eficiente. Las mediciones efectuadas con un sistema integrado permiten a los usuarios beneficiarse de un enorme ahorro de tiempo, flexibilidad y un bajo índice de errores.

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