Управление на възбудата на синхронна машина чрез използване на ключ

Съдържание

• Работен принцип на синхронната машина с използване на чопър

• Допълнително развитие на синхронната машина с използване на чопър

• Заключение за синхронната машина с използване на чопър

Основни ученia:

• Определение на управлението на възбудата: Управлението на възбудата се дефинира като управление на DC полето на синхронната машина, за да се контролира нейното изпълнение.

• Работен принцип: Работният принцип на синхронната машина с използване на чопър включва увеличаване на напрежението и управление чрез PWM сигнали, за да се постигне желаната възбуждаща сила.

• Преимущества на чопъра: Използването на чопър за управление на възбудата предлага висока ефективност, компактен размер, плавно управление и бърз отговор.

• Компоненти в цепта на чопъра: Ключови компоненти включват MOSFET, импулсна ширина на модулация (PWM) сигнал, правоъгълник, кондензатор, индуктор и защитни устройства като MOV и предпазен пръстен.

• Бъдещи подобрения: Бъдещите разработки могат да включват затворена система за управление при променящи се натоварвания и прецизни компоненти, за да се подобри изпълнението и намали температурните ефекти.

Синхронната машина е универсална електрическа машина, използвана в различни области, като генериране на енергия, поддържане на постоянна скорост и корекция на фактора на мощност. Фактора на мощност се контролира чрез управление на DC полето на възбудата. Този труд се фокусира върху това колко ефективно можем да контролираме полето на възбудата на синхронната машина.

Традиционните методи за DC възбуда срещат проблеми с охлаждане и поддръжка поради наличието на плъзгащи се пръстени, щетки и комутатори, особено когато рейтингът на генератора се увеличава. Съвременните системи за възбуда се стремят да намалят тези проблеми, като минимизират броя на плъзгащите контакти и щетки.

Тази тенденция доведе до развитието на статична възбуда с използване на чопър. Съвременните системи използват полупроводникови переключващи устройства като диод, тиристори и транзистори. В електрониката на мощността обработва се значително количество електрическа енергия, най-типичните устройства са AC/DC преобразуватели.

Мощността обикновено варира от десетки до няколко стотици ватта. В промишлеността един типичен приложение е регулируемият привод, използван за контрол на скоростта на индукционен двигател. Системите за преобразуване на мощност се класифицират според типа на входния и изходния мощности.

• AC към DC (правоъгълник)

• DC към AC (инвертор)

• DC към AC (DC към DC преобразувател)

• AC към AC (AC към AC преобразувател)

Тя се занимава както с ротационно, така и със статично оборудване за генериране, пренос и използване на големи количества електрическа мощност. DC-DC преобразувателят е електронна схема, която преобразува източника на пряка ток от едно напрежение на друго.
Преимуществата на преобразувателите на мощността са следните-

• Висока ефективност поради малките загуби в полупроводниковите устройства на мощността.

• Висока надеждност на системата за преобразуване на мощността.

• Дълъг живот и малко поддръжка поради липсата на движещи се части.

• Гъвкавост в управлението.

• Бърз динамичен отговор в сравнение с електромеханичната система за преобразуване.

Има и някои значителни недостатъци на преобразувателите на мощността, като следните-

• Цепите в системата за преобразуване на мощността имат тенденция да генерират хармоники в системата за доставка, както и в цепта на натоварване.

• AC към DC и DC към AC преобразуватели работят при нисък входен фактор на мощност при определени условия на работа.

• Регенерацията на мощността е трудна в системата за преобразуване на мощността.

В този проект средното напрежение в полето на синхронната машина се контролира с използване на повишен чопър. Повишен чопър е DC към DC преобразувател, който предоставя по-високо контролирано изходно напрежение от фиксирано входно DC напрежение.

MOSFET е полупроводниково устройство, което е пълноценно контролируемо ключово устройство (ключ, чийто включване и изключване могат да бъдат контролирани). MOSFET се използва като ключово устройство в тази схема на повишен чопър. Входният терминал на MOSFET се задвижва от сигнал за модулация на ширината на импулса (PWM), който се генерира с помощта на микроконтролер. Питането на чопъра се взема от диоден мостов правоъгълник чрез преобразуване на еднофазен AC/DC.

Тази схема за управление на възбудата е изключително ефективна и компактна, благодарение на участие на електроника на мощността. В много промишлени приложения, като контрол на реактивната мощност, подобряване на фактора на мощност на преносната линия, е необходимо да се промени възбудата.

Този привод взима мощност от фиксиран DC източник и я преобразува в променливо DC напрежение. Системите с чопър предлагат плавно управление, висока ефективност, по-бърз отговор и възможност за регенерация. Основно чопърът може да се разглежда като DC еквивалент на AC трансформатор, тъй като те се държат по идентичен начин. Тъй като чопърът включва едностепенно преобразуване, той е по-ефективен.

Работен принцип на синхронната машина с използване на чопър

За да разберем подробностите на плана на проекта, нека разгледаме тази блок-схема по-долу:

От горната диаграма можем да кажем, че за 230V вход на пълновълновия правоъгълник изходното напрежение е 146 (приблизително) и напрежението в полето на машината е 180V, така че трябва да повишим напрежението чрез повишен чопър. Сега коригираното DC напрежение се подава в полето на синхронната машина. Изходното напрежение на чопъра може да се промени, като се промени цикъла на работа, за да направим генератор на импулси с променяема ширина на импулса, и това може да се направи с помощта на микроконтролер.

В микроконтролера, сравнявайки случайна последователност на сигнал с постоянна величина, можем да генерираме импулс, но за да се избегнат ефектите от натоварване, е препоръчително да използваме електрическа изолация, за това използваме оптокуплер. Кондензатор е използван в схемата на чопъра, за да се премахне рипленията от изходното напрежение. Е симулирано, че индукторът, използван в схемата на чопъра, трябва да е способен да обработва 2-3 A ток по време на краткосрочен замыкание. Освен желаното изходно напрежение, трябва да проектираме схемата, така че да издържа всякакви аварийни ситуации.

• За защита от прекомерно напрежение ще използваме метален оксиден варистер (MOV), чиято резистивност зависи от напрежението.

• За защита от прекомерен ток можем да използваме първо действащ ограничител на тока предпазен пръстен.

За подобряване на качеството на формата на вълната можем да използваме филтрираща схема, основно L или LC филтър на изхода на мостовия правоъгълник. Диодът, който е използван, трябва да има малко време за обратно възстановяване, тук можем да използваме бързо възстановяващ диод.

Стойности на компонентите в схемата, които са използвани

Входно DC напрежение = 100V
Импулсно напрежение = 10V, Цикъл на работа = 40%
Честота на рязане = 10 KHz
R = 225 ом (Както е изчислено от рейтинга на машината)
L = 10mH
C = 1pF

Данни, получени от изхода
Изходно напрежение: 174 V (Средно)
Ток на натоварване: 0.775 A (Средно)
Ток на източника: 0.977 A

Допълнително развитие на синхронната машина с използване на чопър

Има все още много пространство за бъдещо развитие, което би подобрило системата и увеличило нейната бизнес стойност.

Затворена система за управление

Областите на приложение, където потребителите работят с променящо се натоварване, изискват затворена система за управление, за да се поддържа постоянна възбуда. Референтното напрежение и фактическото изходно напрежение ще бъдат сравнени първо и ще бъде генериран сигнал за грешка. Този сигнал за грешка ще реши цикъла на работа на чопъра.

Намаление на температурния ефект

Използването на прецизен кондензатор, комутационен диод определено ще подобри изпълнението, но те ще допринесат за цената на проекта.

Заключение за синхронната машина с използване на чопър

В нашия проект разработихме и реализирахме нискоценен и потребителски удобен контролер за възбуда с използване на чопър. Целевите потребители на системата са промишленостите, които изискват плавно, ефективно и малко устройство, което дава широко разнообразие от изменения на напрежението. Такъв тип проект е наистина полезен в промишлените области на развиващите се страни като Индия, където енергийната криза е голяма загриженост.

Научихме много през проекта. Получихме урок за командна работа, координация, лидерство, докато минавахме през различните фази на разработката на проекта. Бяхме предизвикани от сложността на технологиите, необходими за изграждането на системата. Това ни помогна да свържем и приложим теоретичните знания, които получихме по време на курса по инженерство.

Никой от нас не имаше опит с електронно управление на двигателя преди проекта. Трябваше да научим различни концепции и техники бързо и да ги приложим в системата. Проектът ни предостави и възможност да съберем опит в генерирането на импулсни сигнали и областта на управление на power MOSFET. Този проектен опит значително обогати нашите знания и засили техническите ни умения.