jueves, 21 de noviembre de 2024 · 0 min read
Una nueva herramienta para maximizar la eficiencia de motores híbridos y eléctricos
A medida que aumenta la demanda por tecnologías sostenibles y eficientes, comprender los detalles de la eficiencia de los motores eléctricos se vuelve crucial. El módulo de software para Análisis de Motores de Dewesoft lidera este campo, permitiendo a los ingenieros visualizar de manera integrada la potencia eléctrica y mecánica, así como las propiedades de un motor. Este enfoque integrado, combinado con el módulo de potencia DewesoftX , revoluciona el cálculo y uso de los parámetros de potencia eléctrica.
En este artículo descubrirás:
Cómo calcular la eficiencia de los motores eléctricos.
Cómo se realiza el análisis de eficiencia.
Los elementos claves para probar motores eléctricos.
Los módulos de Análisis de Motores y Potencia DewesoftX combinan datos eléctricos con mediciones de torque mecánico y rotación. Esta integración es completamente fluida, en marcado contraste con el uso de analizadores de potencia y sistemas de adquisición de datos (DAQ) separados, que a menudo generan datos desincronizados y fragmentados. La solución de Dewesoft proporciona datos sincronizados e integrados, permitiendo una comprensión integral de la eficiencia y las pérdidas de los motores mediante mapeos de eficiencia personalizables en 2D/3D.
La importancia del análisis de motores eléctricos
El análisis de motores eléctricos es indispensable en el mundo actual, especialmente para vehículos híbridos y eléctricos. El módulo de Análisis de Motores transforma los componentes en el dominio del tiempo de una potencia trifásica en marcos estacionarios ortogonales (αβ) mediante las transformaciones de Clarke y Park. Estas transformaciones convierten la corriente y el voltaje de CA en componentes de CC, lo que simplifica los cálculos de eficiencia y permite una evaluación más clara de las fases y una investigación detallada de la rotación mecánica.
La transformación de Clarke convierte el marco ABC del dominio del tiempo en un marco estacionario de dos componentes αβ, mientras que la transformación de Park transforma el marco αβ en el marco de referencia dq. Esta combinación es esencial para analizar la eficiencia de los motores eléctricos, particularmente en aplicaciones como el frenado regenerativo y la optimización del consumo de combustible.
Cuando se usan juntas, estas transformaciones simplifican los cálculos de eficiencia al convertir de manera efectiva la corriente y el voltaje de CA a componentes equivalentes en CC. Además, ofrecen un enfoque superior para evaluar las fases (Clarke) y analizar el voltaje y la corriente en relación con la rotación mecánica (Park).
Configuración del sistema simplificada
El módulo de Análisis de Motores ofrece una configuración rápida e intuitiva. Los ingenieros seleccionan las mediciones y salidas deseadas, y el software se encarga del resto. La interfaz amigable del sistema asegura que todos los datos sean visibles durante las mediciones y puedan reproducirse posteriormente. Los gráficos del registrador de gráficos pueden ampliarse o reducirse mediante cursores, lo que permite a los ingenieros visualizar datos con cualquier resolución en los ejes de tiempo y amplitud. Esta funcionalidad es crucial para análisis detallados, lo que hace que la solución de Dewesoft sea ideal para mejorar la eficiencia en vehículos híbridos y eléctricos.
Las configuraciones básicas de las transformaciones de Clarke y Park se muestran en un punto de operación estático del motor. La eficiencia del convertidor de frecuencia se calcula con base en la potencia del motor y la batería. Un sensor resolutor se utiliza para determinar el ángulo mecánico y la velocidad.
La configuración del sistema dentro del módulo de eficiencia de motores es rápida y sencilla. Los ingenieros simplemente seleccionan las casillas para las mediciones y salidas deseadas, y el software se encarga del resto.
Todos los datos son visibles durante la medición y también pueden reproducirse posteriormente. Los gráficos del registrador pueden ampliarse o reducirse mediante cursores para visualizar los datos con cualquier resolución en los ejes de tiempo y amplitud. Todos los tipos de widgets gráficos son completamente configurables antes, durante y después de la medición.
Condicionamiento avanzado de señales para mediciones precisas
El acondicionamiento preciso de señales es fundamental en las pruebas de fórmulas de eficiencia de motores eléctricos. Dewesoft ofrece opciones de acondicionamiento de señales de alta precisión, ancho de banda y aislamiento. Estas incluyen amplificadores para señales de alta tensión y corriente, además de compatibilidad con una amplia gama de sensores, como galgas extensométricas, acelerómetros, termopares y sensores de temperatura RTD. Esta flexibilidad es esencial para aplicaciones como la adquisición de datos (DAQ) en diversas industrias.
La compatibilidad del sistema se extiende a todos los principales tipos de contadores, codificadores, sensores de RPM, sensores de torque y más. Puede utilizar cualquier sensor de corriente, desde pinzas AC/DC hasta sensores fluxgate, asegurando una recopilación de datos integral. Además, la capacidad de conectar otros sensores e interfaces, como CAN BUS, CAN FD, IMU y datos GNSS, así como cámaras de video de alta y baja velocidad, amplía la versatilidad del sistema.
Combinando el análisis de potencia eléctrica y motores mecánicos
La combinación del análisis de potencia eléctrica y motores mecánicos ofrece numerosas ventajas. Al comprender el mapa de eficiencia de un motor, los operadores pueden garantizar un rendimiento óptimo y una mayor durabilidad. Esta integración permite observar la operación del motor en los cuatro cuadrantes, cuantificando el desempeño en los modos de tracción y generación, y tanto en direcciones hacia adelante como en reversa. Esta capacidad es crucial para aplicaciones que buscan una mayor eficiencia, como los vehículos híbridos y eléctricos.
El análisis de parámetros como el torque ripple puede revelar posibles problemas mecánicos, lo que permite realizar mantenimientos a tiempo y prevenir fallas. La detección temprana de anomalías mejora la seguridad y evita condiciones de operación peligrosas. Un análisis detallado del rendimiento ayuda a los ingenieros a ajustar algoritmos de control para una mejor operación y a establecer comparativas de desempeño entre diferentes diseños de motores, seleccionando así la mejor opción para sus aplicaciones.
Capacidades clave del sistema de análisis de motores
El sistema de Análisis de Motores cuenta con varias capacidades clave que mejoran su funcionalidad:
Transformaciones de Clarke y Park: Estas transformaciones matemáticas simplifican los cálculos de eficiencia al convertir voltaje y corriente de CA a CC. Esto es esencial para evaluar la potencia en tiempo real del motor, calculada a partir de sensores mecánicos en el eje.
Compatibilidad con cualquier sensor de contador/tacómetro/encoder: El módulo integrado de matemáticas para contadores permite monitorear el rendimiento del motor en diferentes condiciones operativas, identificando las regiones de máxima eficiencia.
Manejo de todo tipo de señales y sensores: El sistema puede procesar entradas de alta tensión y corriente, así como amplificadores para galgas extensométricas, presión, torque, temperatura, desplazamiento y más.
Entradas digitales y datos de bus: Es compatible con fuentes analógicas, salidas digitales y datos de bus de diversas interfaces, asegurando una recolección de datos sincronizada.
Mapeo de eficiencia: Los ingenieros pueden visualizar el desempeño del motor en diferentes condiciones operativas, identificando puntos óptimos para el ahorro de energía y la prolongación de la vida útil.
Análisis de múltiples fases: El sistema puede analizar motores en configuraciones de una fase, dos fases, tres fases y más, asegurando una evaluación integral y operación armónica.
Alta tasa de muestreo: Capturar datos a intervalos rápidos permite obtener información de alta resolución sobre el comportamiento del motor, ayudando a detectar eventos transitorios y anomalías.
Pruebas de inversores: Evaluar el desempeño y la eficiencia de los inversores garantiza un suministro de energía limpio y estable, mientras se optimiza la curva de eficiencia del motor eléctrico.
Generación de reportes potentes: El software DewesoftX permite crear reportes altamente gráficos inmediatamente después de la grabación, facilitando la interpretación de los datos.
Hardware DAQ ideal para pruebas de eficiencia de motores
Para el mayor ancho de banda, el instrumento SIRIUS XHS DAQ de Dewesoft, SIRIUS® XHS, es ideal. Este módulo compacto y robusto ofrece ADCs SAR de 16 bits con una velocidad de muestreo de hasta 15 MS/s por canal. Para aplicaciones que requieren un alto rango dinámico, puede configurarse como un ADC de 24 bits con un rendimiento de delta-sigma de 24 bits a hasta 2 MS/s por canal. El módulo SIRIUS XHS se conecta a cualquier computadora con Windows mediante USB 3.0, lo que lo convierte en una herramienta versátil para diversos escenarios de prueba.
Para aplicaciones menos exigentes, los instrumentos SIRIUS DualCore® ofrecen una velocidad de muestreo de 200 kS/s, resolución de 24 bits y un rango dinámico superior a 150 dB. Estos instrumentos son adecuados para aplicaciones en electrónica industrial y de consumo, proporcionando una adquisición de datos confiable y precisa.
Obtén más información sobre SIRIUS XHS:
Para aplicaciones menos exigentes en electrónica industrial y de consumo, se pueden utilizar los instrumentos SIRIUS DualCore®, que ofrecen una velocidad de muestreo de 200 kS/s, resolución de 24 bits y un rango dinámico superior a 150 dB.
Obtén más información sobre SIRIUS DualCore:
Pruebas de motores de combustión interna
A pesar del enfoque actual en los motores eléctricos, no debemos olvidar que los vehículos híbridos también contienen un motor de combustión interna. El complemento de analizador de combustión para el software DewesoftX permite realizar pruebas en motores de gasolina, etanol, diésel, hidrógeno y otros tipos. Este sistema se utiliza para investigación y desarrollo (I+D), optimización de motores y pruebas de sistemas de encendido, sistemas de escape y mecanismos de control de válvulas.
El mismo hardware de adquisición de datos (DAQ) SIRIUS puede utilizarse para conectar sensores de presión y otros sensores en el motor. Cada módulo SIRIUS proporciona ocho entradas analógicas compatibles con todos los sensores principales: carga, IEPE, voltaje, deformación, torque, temperatura y más. Además, admite cualquier sensor de RPM estándar, como los utilizados en vehículos (por ejemplo, engranaje 60-2), codificadores, CDM+Trg, entre otros. También incluye un puerto CAN o CAN FD totalmente sincronizado para la adquisición de datos CAN de alta velocidad de forma directa y sincronizada. El software DewesoftX ofrece soporte adicional para OBDII, J1939 y archivos CAN DBC para una configuración de canales sencilla.
Los analizadores de combustión de Dewesoft envían los resultados del análisis a los bancos de prueba mediante el protocolo AK o a sistemas como ETAS INCA y similares a través de CAN.
Aplicaciones más allá de las pruebas de eficiencia de motores
El análisis avanzado de motores va más allá de las pruebas de eficiencia de motores eléctricos. Es crucial en numerosos campos, incluidos maquinaria industrial, aeroespacial, marítimo, investigación y electrodomésticos. La optimización de la eficiencia es un objetivo común en estas aplicaciones. A continuación, se presentan algunos usos adicionales:
Determinación de parámetros operativos ideales: Establecer las condiciones óptimas para la operación del motor, mejorando su rendimiento y eficiencia.
Pruebas de rendimiento a lo largo del tiempo: Monitorear y analizar el desempeño a largo plazo para identificar tendencias y posibles problemas.
Detección y predicción de fallas: Identificación temprana de fallas para prevenir fallos y minimizar tiempos de inactividad.
Alineación eléctrica y mecánica: Garantizar que los componentes eléctricos y mecánicos trabajen de manera armoniosa.
Configuración y ajuste de inversores: Optimización de los ajustes de inversores para mejorar el rendimiento y la eficiencia del motor.
Análisis de torque ripple: Detección y solución de irregularidades en el torque para prevenir problemas mecánicos y mejorar la operación.
Mejora de algoritmos de control: Personalizar los algoritmos para optimizar el control y la eficiencia del motor.
Visualización de operación en cuatro cuadrantes: Analizar el desempeño del motor en todos los modos de operación para una evaluación integral.
Configuración y optimización del control del inversor: Ajuste fino de inversores para maximizar la eficiencia y el rendimiento.
Conclusión
Los rápidos avances en la tecnología de vehículos eléctricos e híbridos requieren análisis de motores más rápidos y precisos. El software de Análisis de Motores de Dewesoft, combinado con el módulo de Potencia DewesoftX, ofrece una solución ideal para los ingenieros que buscan optimizar el rendimiento y la eficiencia de los motores.
Este enfoque integrado garantiza una recopilación y análisis de datos completos, mejorando el desarrollo y la optimización de motores eléctricos y electrónica de potencia.
Ya sea en vehículos híbridos, maquinaria industrial o electrónica de consumo, la capacidad de medir y mejorar la eficiencia es fundamental. Las herramientas de Dewesoft permiten a los ingenieros alcanzar una mayor eficiencia, reducir el consumo de combustible y minimizar la huella de carbono de sus aplicaciones. Con características como mapeo de eficiencia y pérdidas, análisis de frenado regenerativo y capacidades detalladas de generación de reportes, Dewesoft asegura que los ingenieros cuenten con las herramientas necesarias para impulsar la innovación y la sostenibilidad en las pruebas de eficiencia de motores.