Rezumatul etapei a II-a

Obiectivul principal al etapei a II-a constă în proiectarea structurii software și hardware a prototipului sistem regenerativ de acţionări electrice. În cadrul specificatiilor software s-a stabilit o structură logică a sistemului de control al convertorului de reţea. Structura interfeţei şi procesarea programului au o distribuţie paralelă, similară cu structura reţelei unui sistem de supervizare.

Fiecare componentă a sistemului de supraveghere (SCADA) este asociată unui proces din structura de program. În procesele de supervizare comanda procesului este implementată prin PLC. În funcţie de complexitatea algoritmilor de comandă aferenţi buclelor de curent şi de tensiune s-au evidenţiat trei variante de implementare.

De asemenea, pentru acest sistem, s-au stabilit diagrama de stări şi tranziţia acestora, sistemul de operare şi limbajul de programare. Pentru placa de control s-au specificat date tehnice a sursei de alimentare, a conectivităţii standard cu exteriorul, tipurile de semnale furnizate spre alte componente ale sistemului propriu sau cu componente din alte sisteme de acţionare electrică, precum şi tipuri de semnale de reacţie. Astfel, s-au configurat intrările/ieşirile plăcii de comandă, posibile plăci opţionale de comunicare. S-au analizat mai multe topologii de surse de alimentare c.c.-c.c. şi c.c.-c.a. după performanţe, numărul de componente, densitate de putere, eficienţă, preţ.

Au fost analizate principalele moduri de comunicaţie, evidenţiindu-se standardul CAN (Controller Area Network), care suportă viteze de până la 1 Mb/s, fiind deci un protocol SAE (The Society of Automotive Engineers) clasa C, adecvat aplicațiilor de control real-time. Folosirea Ethernet-ului și a tehnologiilor legate de internet pot schimba arhitectura de automatizare actuală, centralizată, într-una descentralizată cu inteligență distribuită, fiind un mijloc de modularizare a sistemului de acţionare electrică. În vederea configurării prototipului şi raportării la tehnologiile actuale, s-a efectuat o mobilitate externă, la Universitatea Pamukkale, Turcia.

Pentru punerea în funcţiune a echipamentelor în laboratorul de cercetare înfiinţat s-a proiectat şi realizat un tablou electric pentru conectarea la reţeaua de alimentare trifazată a clădirii. În baza echipamentelor achiziţionate în prima şi a doua etapă, în prezent sunt configurate patru standuri experimentale: 1) o configuraţie integrată convertor static de putere c.a.-c.a (back-to back) cu regenerare; 2) o configuratie stand alone, în care, pe partea de reţea, conversia c.a-c.a se realizează printr-un circuit intermediar de curent continuu cu ajutorul a două convertoare statice de putere (c.a.-c.c. şi c.c-c.a). 3)convertor c.a.-c.a. fără recuperare cu motor asincron cuplat cu o structura identică 4) convertor regenerativ c.a-c.c. ce poate fi cuplat la diverse tipuri de sarcină, topologie stand-alone. La convertoarele statice de putere achiziţionate au fost efectuate teste de regim staţionar şi de regim dinamic.

În cadrul activităţii de dezvoltare a proiectului împreună cu stabilirea dimensiunilor relative s-a proiectat o macheta a unui ascensor la scară redusă astfel încât să poată fi instalată în laboratorul de cercetare, au fost subliniate standardele de referinţă, condiţii de mediu admisibile, modularizarea structurii de putere. Pentru convertorul de reţea au fost stabilite date tehnice principale, aspecte generale, moduri de proiectare, compatibilitate cu alte produse.

În funcţie de condiţiile de funcţionare, ciclul de sarcină impus şi tipul de modulaţie s-a proiectat puntea cu tranzistoare de putere IGBT. În circuitul de putere au fost determinate tensiunile de referinţă şi a limitelor de supratensiune şi subtensiune din circuitul intermediar de c.c. luând în calcul tensiuni de alimenatare de la reţea de 400Vca şi 480Vca. În baza diagramelor fazoriale in regim de regenerare si de absorbţie de curent, precum şi după tipul modulaţiei, se determină valorea efectivă a tensiunii de fază maximă (in condiţii de tensiune minimă Vdc_min), limita de pierdere a controlului (tensiunea Vdc trebuie sa fie superioară limitei de pierderii a controlului, considerându-se o margine a benzii de control de 10%). S-au proiectat circuitul de preîncărcare şi circuitul de ventilaţie. Luând în considerare semnalele tipice necesare într-o acţionare electrică alimentat printr-un convertor de reţea cu comutaţie forţată s-au realizat schema electronică a convertorului, circuitele de putere şi de achiziţii date şi s-au proiectat circuitele imprimate aferente. Proiectarea componentelor de putere reactive de circuit (bobina de filtrare si condensatorul) s-a realizat ţinând cont de obţinerea unui factor de distorsiune armonica sub 5%, pentru bobina de reţea şi pentru condensator s-a considerat funcţionarea convertorului în regim staţionar, în regim dinamic şi în regim de modulaţie întreruptă.Rezultatele obţinute la proiectare au fost validate prin simulare numerică.

De asemenea, s-a proiectat si sistemul de răcire pentru puntea cu tranzistoare. Există realizat, în faza primară, un model experimental pentru circuitul de putere, la care s-au efectuat măsurători de funcţionare în regim dinamic şi staţionar. În cadrul activităţii software de reglare și proiectare interfață om-mașină se tratează o acţionare de curent continuu comandată prin intermediul unei console tactile, printr-un joystick virtual realizat în mediul de lucru LabVIEW.

Diseminarea a fost realizată prin publicarea internațională a rezultatelor în fluxul științific principal internațional, concretizându-se în 15 articole științifice publicate sau acceptate, a unui capitol de carte acceptat pentru publicare la o editura internatională de prestigiu. De asemenea, membrii echipei de cercetare au organizat seminarii/workshopuri internaţionale, sesiune specială (tutorial) la simpozionul internaţional ISEEE2013, au participat la manifestări tehnico-științifice din domenii specifice proiectului (workshop-uri, simpozioane internaționale, târguri internaționale), participarea la un curs de formare în domeniul managementului de proiect şi cercetării, schimb de experienţă în cadrul Universităţii Politehnica din Bucureşti si a Universităţii Pamukkale din Turcia. Proiectul a generat înfiinţarea unui laborator de cercetare (2013).