Trabajo Electronica de Potencia

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    12-Oct-2015

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<p>AlumnoADRIAN LOPEZ LUNA</p> <p>Trabajo Obligatorio de ELECTRNICA DE POTENCIAENERO 2013</p> <p>FUNDACION SAN VALEROSEAS, Centro de Formacin AbiertaZARAGOZAPropuesta de trabajo</p> <p>Vamos a aplicar los conocimientos adquiridos en la asignatura de Electrnica de Potencia para hacer un trabajo monogrfico del vehculo elctrico.</p> <p>Se pretende que el alumno sepa identificar las numerosas y fundamentales partes que componen el vehculo elctrico y estn relacionadas con la electrnica de potencia. As como hacer una descripcin de cada una ellas, su relacin a travs de esta electrnica.</p> <p>Objetivos del trabajo</p> <p>Realizar una breve descripcin general del vehculo elctrico, las partes fundamentales que lo componen y sus caractersticas actuales de mercado. Comparando estas con las de los vehculos tradicionales y analizando las ventajas e inconvenientes de ambos modelos.</p> <p>Proponer un diagrama de bloques del sistema elctrico del vehculo. En este diagrama deber especificarse el tipo de convertidor seleccionado para cada etapa, justificando la eleccin de acuerdo a los requerimientos de dicha etapa. Es decir, si diferenciamos el sistema en tres etapas (carga de bateras, suministro de potencia a motores y convertidor DC-DC para la electrnica interna) deberemos justificar la eleccin del tipo de convertidor de cada etapa de acuerdo a las funciones que va a realizar.</p> <p>Analiza los sistemas de almacenamiento de energa elctrica mediante bateras, pilas de combustible y sper condensadores, especificando ventajas einconvenientes de cada uno de ellos. </p> <p>Analiza los siguientes sistemas de carga: carga convencional, carga rpida y frenada regenerativa.Bibliografa</p> <p>Temario Electrnica de Potencia SEASLibro Electrnica de Potencia de McGraw-Hill ISBN: 978-970-10-7248-6Vehculos elctricos Nissan (www.nissan.es/coche-electrico)Vehculos elctricos Renault (www.renault-ze.comVehculos elctricos Toyota (www.toyota.es/innovation/coches_hibridos.aspx)Artculos tcnicos Iberdrola (www.iberdrola.es)Artculos tcnicos Endesa (www.endesa.com)Artculos tcnicos Acciona (www.acciona.es)Artculos tcnicos del Grupo Premo (www.grupopremo.com)</p> <p>Criterios de evaluacin</p> <p>La evaluacin, es una componente fundamental de la formacin. Este trabajo obligatorio formar parte de t calificacin final. En esta tabla, se resumen los aspectos a valorar y el porcentaje que representa cada unos de los mismos.</p> <p>% Total%ObtenidoContenidos generales</p> <p>Estructuracin, exposicin, orden, presentacin y claridad en los conceptos.10</p> <p>Temas de especialidad</p> <p>Descripcin general(7% descripcin, partes y caractersticas, 8% comparativa y anlisis)15</p> <p>Diagrama de bloques25</p> <p>Sistemas de almacenamiento(8% bateras, 7% pilas, 7% sper condensadores)25</p> <p>Sistemas de carga(7% convencional, 7% rpida, 11% regenerativa)25</p> <p>TOTAL100</p> <p>Fecha lmite de entrega del trabajo</p> <p>Antes de la fecha fin correspondiente a tu matricula.Ficha de Correccin del Trabajo (Espacio reservado para anotaciones del profesor)</p> <p>Profesor:</p> <p>Alumno (Cdigo / Nombre):</p> <p>Fecha de Entrega: Fecha de Calificacin:</p> <p>Observaciones sobre el trabajo:</p> <p>Fecha y Firma:</p> <p>Propuesta de formato de presentacin</p> <p>1. Se presentar en formato papel DIN-A4. </p> <p>2. El trabajo se presentar en formato digital. </p> <p>3. Las normas de presentacin sern las siguientes:</p> <p>Procesador: Microsoft WORD Tamao de letra: 12 ptos.Tipo de letra: sern aconsejables letras como Arial o Times New Roman.Espaciado entre lneas: 1,5Mrgenes:</p> <p>Lateral izquierdo: 3 cm.Lateral derecho: 3 cm.Margen superior: 2,5 cm.Margen inferior: 2,5 cm.</p> <p>4. El trabajo se desarrollar al final de este documento, en el espacio reservado para ello</p> <p>5. En caso de que el trabajo requiera archivos externos (dibujos Autocad, Catia, Excel, Power Point, programacin, etc.) stos debern entregarse junto al trabajo. Es posible que algunos trabajos solo consten de estos ficheros, por lo cual no tendr validez lo indicado en el punto 3.</p> <p>6. Si el trabajo consta de varios archivos deber enviarse en un solo fichero comprimido.</p> <p>7. El Trabajo se entregar en este documento va Plataforma del Teleformacon. Si el tamao del archivo a enviar excede de 5Mb, deber ponerse en contacto con el profesor para determinar el medio de envo.</p> <p>Desarrollo de trabajo</p> <p>Espacio reservado para el desarrollo del trabajo por parte del alumno.</p> <p>INDICE</p> <p>1. INTRODUCCION</p> <p>2. DESCRIPCION GENERAL DEL VEHICULO ELECTRICO</p> <p>3. PARTES QUE COMPONEN EL VEHICULO ELECTRICO</p> <p>3.1 DIAGRAMA DE BLOQUES</p> <p>3.2 TIPO DE CONVERTIDOR POR ETAPAS</p> <p>3.2.1 CARGA DEBATERIA</p> <p>3.2.2 SUMINISTRO DE POTENCIA Y CONVERTIDOR DC-DC</p> <p>3.3 SISTEMAS DE ALIMENTACION</p> <p>3.3.1 BATERIAS</p> <p>3.3.2 PILAS DE COMBUSTIBLE</p> <p>3.3.3 SUPER CONDESADORES</p> <p>4. SISTEMAS DE CARGA</p> <p>4.1 CARGA CONVENCIONAL</p> <p>4.2 CARGA RAPIDA</p> <p>4.3 CARGA REGENERATIVA</p> <p>5. CARACTERISTICAS ACTUALES DE MERCADO</p> <p>6. COMPARACION VEHICULO ELECTRICO AL VEHICULO ACTUAL</p> <p>7. CONCLUSION </p> <p>1. INTRODUCCION</p> <p>El vehculo con tecnologa elctrica como motor de propulsin actualmente se encuentra en una fase de constante estudio y evolucin, desde la industria del sector, se desarrollan a diario nuevos avances tecnolgicos que conllevan a un asentamiento ms prximo del vehculo elctrico/hibrido en el mercado actual. Muchos de estos estudios se realizan en colaboracin con empresas especializadas en la materia, que ayudan a las grandes compaas automovilsticas a facilitar y acelerar el estudio y la adaptacin de nuevas tecnologas limpias en los vehculos as como su puesta en el mercado. Con el fin de sustituir los combustibles orgnicos frente a las energas limpias y renovables, poco a poco son mayores las alternativas en el mercado ante el tradicional vehculo con motor trmico.Por parte de las empresas de automocin se est realizando una fuerte inversin para la rpida adaptacin de sus vehculos ante toda esta nueva tecnologa hibrida / elctrica, aunque aun es muy pronto para renunciar al petrleo de forma definitiva. En este trabajo vamos a explicar la tecnologa elctrica en el mundo de la automocin as como su actual puesta de mercado. 2. DESCRIPCION GENERAL DEL VEHICULO ELECTRICO</p> <p>En la actualidad el vehculo con tecnologa elctrica deriva en 2 ramas muy bien identificadas:El vehculo hibrido y el vehculo elctrico puro</p> <p>En el caso del vehculo hibrido actual, el motor elctrico sirve de apoyo al motor trmico tradicional. Esta mezcla de tecnologas proviene de la necesidad de introducir tecnologa elctrica en el sector de la automocin. Con el fin de mejorar consumos, emisiones y prestaciones. El funcionamiento de dicha tecnologa puede darse de varias maneras en esta clase de vehculos:Propulsin trmica, propulsin elctrica, o propulsin mixta.En el apartado que nos concierne a la propulsin elctrica dentro de los vehculos hbridos, estos poseen unas limitaciones tcnicas claras. Autonoma baja y prestaciones limitadas. En la mayora de los vehculos actuales en el mercado la autonoma ronda los 30- 60km de media en modo puramente elctrico y la velocidad oscila desde 0- 60km/h. Esto ayuda en los consumos de forma muy marcada ya que se reducen drsticamente, sobre todo en conduccin urbana ya que en modo elctrico el consumo de carburante es nulo. Tambin ayuda a prolongar la autonoma de los depsitos de combustibles en trminos generales y en las emisiones contaminantes ya que se reducen.</p> <p>En el modo de conduccin mixta, se determina si la conduccin puede ser nicamente elctrica, nicamente por combustible o una mezcla de los 2 segn la necesidad de conduccin o la modalidad del vehculo. Estas configuraciones de conduccin pueden ser elegidas por el propio conductor de forma manual o deforma autnoma por las centralitas electrnicas de control del propio vehculo segn la necesidad en la conduccin. Un ejemplo seria el Peugeot 508 Hybrid4 o el 3008 hybrid4</p> <p>En el origen de los vehculos hbridos se parta en su realizacin, en la mayora de los casos, de un vehculo tradicional al que se haba modificado e instalado un motor elctrico complementario y sus componentes auxiliares. Esto mellaba muchos aspectos especficos del coche, e impeda ver unos avances en prestaciones claros y factibles.Los vehculos hbridos actuales se estudian desde cero para la ubicacin de todos los elementos que componen a ambos motores, los estudios sobre chasis, suspensiones , repartos de pesos y elementos de seguridad son prioritarios para poder realizar una conduccin lo ms cmoda posible optimizando el espacio interior as como las prestaciones.</p> <p>En el caso de vehculos 100% elctricos son proyectos que parten desde cero y especficos para este tipo de propulsin. En los que se busca optimizar al mximo todas las caractersticas del vehculo.Prestaciones. Confort y seguridad tienen aqu la misma importancia y durante todo el desarrollo del vehculo, desde su diseo, estudio por ordenador, simulacin de estructuras, ubicacin de componentes, creacin de maquetas, pruebas y mejora aerodinmica, proyecto concept car design , modelo de produccin, han sido estudiados hasta el ms mnimo detalle para encontrar un equilibrio perfecto y una eficiencia energtica mayor.</p> <p>3. PARTES QUE LO COMPONEN</p> <p>Vamos a describir los principales componentes que se emplean en unvehculo elctrico puro y su funcin en el conjunto. Principalmente el vehculo elctrico divide sus componentes en 3 grandes mdulos o grupos.</p> <p>1. dispositivos de almacenamiento de energa. Formado en la actualidad por bateras, en la mayora de los casos suelen ser de iones de litio (Li-ion) o hidruro metlico de nquel (Ni-MH). Se encargan de almacenar y abastecer a los consumidores electrnicos del vehculo. Actualmente son grandes, pesadas y de autonoma limitada. Imagen conjunto bateras -cargador de Nissan Leaf.</p> <p>.</p> <p>2. convertidores de potencia. Es el conjunto de componentes electrnicos que se encargan de la gestin y aprovechamiento eficaz de la electricidad que puede haber en todo momento en el vehculo, ya sea un periodo de conduccin como en un periodo de carga de bateras. Este conjunto est compuesto de componentes electrnicos tales como rectificadores, inversores, transformadores todos ellos gestionados por unidades centrales electrnicas (ECU) que trabajan como si fuera el cerebro del vehculo, gestionando en todo momento todos los parmetros electromecnicos que puedan ocurrir para el buen funcionamiento del vehculo.Conjunto imgenes convertidor y motor del Nissan Leaf</p> <p>2. Convertidor e inversor 3. Motor elctrico propulsor </p> <p>3. motores. Estos dispositivos son los encargados de consumir energa elctrica del dispositivo de almacenamiento y transformarla en energa cintica, transforman electricidad en movimiento y provocan que las ruedas impulsen el vehculo. De manera estndar suele haber un nico motor ubicadoen uno de los ejes del vehculo. Dicho motor va conectado a las ruedas a travs de un conjunto de engranajes mecnicos reductores gestionados electrnicamente para transformar de la manera ms eficaz la electricidad en movimiento. Tambin se pueden dar casos de un motor por eje e incluso un motor por rueda. Estos son algunos de los motores elctricos empleados ms usados actualmente :Motores asncronos o de induccin, motores sncronos de imanes permanentes, dentro de este grupo podemos incluir a los motores de flujo axial, maquinas de reluctancia conmutada, motores de corriente continua sin escobillas (brushless).</p> <p>3.1 DIAGRAMA DE BLOQUES</p> <p>En el siguiente cuadro se ilustra de forma esquemtica como es el funcionamiento de un vehculo elctrico.</p> <p>Vamos a comentar brevemente dicho esquema:La entrada de lnea y caja de conexiones. Se encarga de habilitar el paso de corriente al vehculo. Existen 2 tipo s de conexiones diferenciadas, toma corriente carga normal o domestica 220/230v y toma de corriente de carga rpida o trifsica 380v/400v.Rectificador, convertidor y transformador y cargador. Modulo del vehculo encargado de modificar los valores de la electricidad de entrada de lnea en unos valores con tensin, amperaje y frecuencia deseada para las diferentes funciones del motor, bateras y componentes auxiliares. Internamente estos mdulos estn compuestos por elementos de electrnica de potencia muy sofisticados, todos ellos dirigidos por una unidad electrnica de control que realiza funciones de gestor de toda la informacin electrnica de todos los componentes en elvehculo,</p> <p>Bateras, dispositivo almacenador de la electricidad que entra en el vehculo y que posteriormente ser utilizado por el resto de componentes como fuente de energa. Actualmente son grandes, pesadas y con una capacidad aun limitada.</p> <p>Convertidor de potencia y convertidor DC/DC. Mdulos electrnicos de potencia que se encargan de modificar la electricidad que proviene de las bateras y ajustar la tensin, la intensidad de corriente y la frecuencia a los consumidores. Tanto motor como consumidores auxiliares.</p> <p>Motor. Dispositivo encargado de generar el movimiento en el vehculo, absorbe la electricidad que proviene de las bateras y transforma esa energa en desplazamiento. Suele haber uno por vehculo aunque ya existen modelos que emplean un motor por eje e incluso modelos que emplean un motor por rueda.</p> <p>Sistemas auxiliares. Son todos aquellos dispositivos que absorben energa de la batera pero no la emplean para desplazar el vehculo, es utilizada para el confort del habitculo y para dispositivos auxiliares del vehculo,Centralitas elctricas de control, Climatizacin del habitculo, elevalunas, direccin asistidas elctrica, equipo de audio son algunos ejemplos.</p> <p>3.2 TIPO DE CONVERTIDOR POR ETAPAS</p> <p>Los convertidores de potencia son procesadores de corriente y de tensin.Como su nombre bien indica modifican los parmetros de entrada en funcin de los parmetros de salida empleando para ello electrnica de potencia con tecnologa de semiconductores. Los convertidores se dividen en las siguientes categoras principales:CA a CC (corriente alterna a continua), CC aCA (continua a alterna), CC a CC (continua a continua) y CA a CA (alterna a alterna) En nuestro caso veamos qu tipos de convertidores se emplean en los siguientes casos y justificar su eleccin.</p> <p>3.2.1 CARGA DE BATERIA</p> <p>Para este apartado se emplean 2 mtodos: carga de batera y frenado regenerativo.El primero de ellos es directo, se encargara el propio cargador de la batera, segn la conexin de carga elegida; estndar 220v donde se emplea un convertidor CA-CC o rpida 380/400v se emplea un convertidor CC-CC, dicho cargador se encarga de rectificar la corriente tanto en frecuencia como en tensin e intensidad para abastecer y cargar las bateras.El segundo mtodo es el frenado regenerativo, la energa recuperada se utiliza para cargar las bateras, para ello se emplea un convertidor CA-CC de cuatro cuadrantes (del modo conmutado o convertidor de tiristores espalda con espalda) en el frente en lugar de un puente rectificador de diodos.</p> <p>3.2.2 SUMINISTROS DE POTENCIA Y DC/DC</p> <p>Las aplicaciones de accionamientos pueden englobarse en dos grandes grupos: servo-accionamientos o accionamientos de velocidad ajustable.En los servo-accionamientos, el tiemp...</p>