Control de una fuente AC programable para la emulación del

Control de una fuente AC programable para la emulación del alternador lineal de un
generador Stirling
"El uso del Software LabVIEW nos ha permitido
controlar con gran facilidad la fuente AC gracias a
las funciones de comunicación VISA. Por otra parte,
gracias al hadware NI-USB-6211 hemos adquirido
las señales utilizadas para el control del generador.
Dicho emulador está concebido para el desarrollo
de acondicionadores de potencia."
- Francisco Prats, Universidad Miguel Hernández de Elche
El Reto:
Desarrollo de un sistema de control para una fuente AC programable que permita emular la forma de onda producida por un alternador lineal que
permanece acoplado a un generador Stirling. Dicho sistema forma parte como sistema auxiliar para la investigación en sistemas de conversión de
energía eléctrica para aplicaciones espaciales.
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de Estudio
Completo
La Solución:
Creación una interfaz mediante LabVIEW y bus GPIB para el control de una fuente AC programable modelo 2253iX de California Instruments.
Autor(es):
Francisco Prats - Universidad Miguel Hernández de Elche
Ausias Garrigós - Universidad Miguel Hernández de Elche
José Manuel Blanes - Universidad Miguel Hernández de Elche
Introducción
El uso de generadores Stirling de baja potencia y alimentados por radioisótopos para misiones espaciales es un campo de creciente interés debido a su
mayor eficiencia comparado con los métodos existentes de conversión termoeléctrica. En este sentido, el programa Advanced Stirling Radioisotope
Generator (ASRG) de la Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio (NASA) está siendo crucial para el desarrollo de esta tecnología.
Desde el punto de vista del acondicionamiento de la energía eléctrica producida por este tipo generadores, también aparecen distintos retos, entre los
que cabe destacar: conversión AC/DC, control de potencia, control de las partes móviles del generador, fiabilidad y redundancia, etc.
Así pues, es de gran utilidad disponer de un equipo que sea capaz de emular las características eléctricas del generador, ya sean estáticas o dinámicas,
que sea versátil y debidamente protegido para poder ser utilizado en las tareas de desarrollo los sistemas de conversión de energía eléctrica.
Implementación del simulador: principio de operación.
A partir de datos experimentales y mediante métodos de regresión se obtienen los parámetros eléctricos del generador que son introducidos en la
interfaz desarrollada. El punto de operación se ajusta con la carga eléctrica existente en cada momento siguiendo una dinámica determinada e
incluyendo los elementos parásitos del alternador. Ello implica que la fuente debe ser reprogramada en todo momento siguiendo unas pautas
determinadas.
Implementación del simulador: hardware.
El simulador emplea los siguientes elementos: ordenador, convertidor GPIB-USB modelo Agilent 82357B, fuente AC programable modelo California
Instruments iX2253 con conexión GPIB, tarjeta de adquisición modelo National Instruments NI-USB-6211, sonda de corriente modelo Chauvin Arnoux
E3N, sonda de tensión modelo LEM LV-25P e inductor externo para emular los elementos parásitos del alternador.
En la figura 1 se muestra el diagrama de bloque de la interconexión de los dispositivos utilizados en este emulador.
Fig. 1 Diagrama de Emulador Stirling
Implementación del simulador: diseño software.
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Para la implementación del simulador se ha utilizado el software LabVIEW de National Instruments, debido a su gran popularidad y que lo convierte en un
referente en sistemas de instrumentación. El control y parte de la monitorización del sistema se apoya en el bus de instrumentación IEEE 488.2 (GPIB).
El sistema lo completa un DAQ con comunicación USB (tarjeta NI-USB-6211 de National Instruments) para monitorizar en tiempo real las variables más
representativas del simulador.
En la interfaz principal del programa nos encontramos con un panel de control en la parte inferior izquierda, un osciloscopio virtual en el centro de la
pantalla y un panel de alarmas en la parte inferior derecha, la figura 2 muestra dicha interfaz.
Fig. 2 Captura de Pantalla del programa de control de la fuente AC para emulador Stirling
El simulador puede trabajar en distintos modos de operación en función de cuál sea la fuente de los datos de tensión y corriente medidos, desde la
propia fuente mediante comandos SCPI o bien mediante la lectura de señales del DAQ. El simulador puede trabajar en tres modos de operación
distintos: DAQ, FUENTE o VIRTUAL. La elección del modo dependerá del dispositivo utilizado para la lectura de la tensión y de la corriente. El modo
DAQ ofrece unas prestaciones mayores debido a la mayor velocidad de transferencia y número de funciones capaz de realizar. Con el modo VIRTUAL se
podrá comprobar el comportamiento ideal de los circuitos antes de ser conectados al emulador.
Verificación experimental
El simulador ha sido concebido y ha sido empleado para el desarrollo de acondicionadores de potencia. A modo de ejemplo se muestra en la figura 3 una
captura de pantalla de la interfaz en funcionamiento.
Fig. 3 Captura de Pantalla con los resultados experimentales
Conclusión
En el presente trabajo se ha implementado un simulador de generador Stirling utilizando una fuente AC programable y una interfa z de control y
monitorización basada en LabVIEW. El uso del Software LabVIEW nos ha permitido controlar con gran facilidad la fuente AC gracias a las funciones de
comunicación VISA. Por otra parte, gracias al hadware NI-USB-6211 hemos adquirido las señales utilizadas para el control del generador. Dicho
emulador está concebido para el desarrollo de acondicionadores de potencia.
Información del Autor:
Francisco Prats
Universidad Miguel Hernández de Elche
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Diagrama de emilador Stirling
Captura de Pantalla del programa de control de la fuente AC para emulador Stirling
Captura de pantalla de los resultados experimentales
Legal
Este caso de estudio (este "caso de estudio") fue desarrollado por un cliente de National Instruments ("NI"). ESTE CASO DE ESTUDIO ES PROPORCIONADO
"COMO ES" SIN GARANTÍA DE NINGUN TIPO Y SUJETO A CIERTAS RESTRICCIONES QUE SE EXPONEN EN LOS TÉRMINOS DE USO EN NI.COM.
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