Sistema de bombeo de agua suministrado por un generador fotovoltaico y con un motor de reluctancia conmutada utilizando un variador basado en un convertidor multilevel con interruptores reducidos
Autores: Pires, Vitor Fernão; Foito, Daniel; Cordeiro, Armando; Amaral, Tito G.; Chen, Hao; Pires, Armando; Martins, João F.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Sistema de bombeo de agua suministrado por un generador fotovoltaico y con un motor de reluctancia conmutada utilizando un variador basado en un convertidor multilevel con interruptores reducidos
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Sistemas de bombeo
Energías renovables
Generador fotovoltaico
Motor de reluctancia conmutada
Sistema de electrónica de potencia
Convertidor multilevel
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 15
Citaciones: Sin citaciones
Los sistemas de bombeo juegan un papel fundamental en muchas aplicaciones. Una de las aplicaciones en las que estos sistemas son muy importantes es para bombear agua. Sin embargo, en el contexto del mundo real, el uso de energías renovables para abastecer este tipo de sistema se vuelve esencial. Así, este documento propone un sistema de bombeo de agua alimentado por un generador fotovoltaico. Además, debido a sus características interesantes, como su bajo costo de fabricación, la ausencia de elementos de tierras raras, su diseño simple y robustez para sistemas de bombeo, se utiliza un motor de reluctancia conmutada. El sistema de electrónica de potencia que se utilizará en el generador y para controlar el motor consiste en un convertidor de tipo buck-boost con una salida bipolar y un convertidor multilevel. El convertidor buck-boost adoptado utiliza solo un interruptor, por lo que su topología puede considerarse como una derivación de la combinación de un convertidor Zeta con un convertidor buck-boost. Otro aspecto importante es que este convertidor permite una corriente de entrada continua, lo cual es deseable para los paneles. La topología seleccionada para controlar el motor es un convertidor multilevel. Esta topología propuesta fue adoptada con el propósito de reducir el número de semiconductores de potencia. También se propone un algoritmo de punto de máxima potencia asociado con el convertidor buck-boost para obtener la máxima potencia de los paneles. Esto se desarrollará basado en el concepto de la derivada temporal de la potencia y el voltaje. Se verificará que con el aumento de la irradiancia solar, la potencia generada también aumentará. A partir de este estudio de caso particular, se verificará que los cambios en la irradiancia de 1000 W/m a 400 W/m corresponderán a un cambio en la velocidad del motor de 1220 rpm a 170 rpm. Las características y el funcionamiento del sistema propuesto se verificarán a través de varios estudios de simulación y experimentales.
Descripción
Los sistemas de bombeo juegan un papel fundamental en muchas aplicaciones. Una de las aplicaciones en las que estos sistemas son muy importantes es para bombear agua. Sin embargo, en el contexto del mundo real, el uso de energías renovables para abastecer este tipo de sistema se vuelve esencial. Así, este documento propone un sistema de bombeo de agua alimentado por un generador fotovoltaico. Además, debido a sus características interesantes, como su bajo costo de fabricación, la ausencia de elementos de tierras raras, su diseño simple y robustez para sistemas de bombeo, se utiliza un motor de reluctancia conmutada. El sistema de electrónica de potencia que se utilizará en el generador y para controlar el motor consiste en un convertidor de tipo buck-boost con una salida bipolar y un convertidor multilevel. El convertidor buck-boost adoptado utiliza solo un interruptor, por lo que su topología puede considerarse como una derivación de la combinación de un convertidor Zeta con un convertidor buck-boost. Otro aspecto importante es que este convertidor permite una corriente de entrada continua, lo cual es deseable para los paneles. La topología seleccionada para controlar el motor es un convertidor multilevel. Esta topología propuesta fue adoptada con el propósito de reducir el número de semiconductores de potencia. También se propone un algoritmo de punto de máxima potencia asociado con el convertidor buck-boost para obtener la máxima potencia de los paneles. Esto se desarrollará basado en el concepto de la derivada temporal de la potencia y el voltaje. Se verificará que con el aumento de la irradiancia solar, la potencia generada también aumentará. A partir de este estudio de caso particular, se verificará que los cambios en la irradiancia de 1000 W/m a 400 W/m corresponderán a un cambio en la velocidad del motor de 1220 rpm a 170 rpm. Las características y el funcionamiento del sistema propuesto se verificarán a través de varios estudios de simulación y experimentales.