Pagkumpol sa Pagpangulo sa Synchronous Machine Gamit ang Chopper

Sulod

• Prinsipyo sa Pagtrabaho sa Synchronous Machine Gamit ang Chopper

• Pangunahing Pag-unlad sa Synchronous Machine Gamit ang Chopper

• Kaklase sa Synchronous Machine Gamit ang Chopper

Key learnings:

• Definisyon ng Excitation Control: Ang excitation control ay inilalarawan bilang pagmamaneho ng DC field excitation sa synchronous machine upang kontrolin ang kanyang performance.

• Prinsipyo sa Pagtrabaho: Ang prinsipyo sa pagtrabaho ng synchronous machine gamit ang chopper ay kasama ang pagtaas ng voltage at pagkontrol nito sa pamamagitan ng PWM signals upang makamit ang inaasahang excitation.

• Mga Advantages ng Chopper: Ang paggamit ng chopper para sa excitation control ay nagbibigay ng mataas na epektibidad, maliit na sukat, smooth na kontrol, at mabilis na tugon.

• Mga Komponente sa Chopper Circuit: Ang mga pangunahing komponente ay kinabibilangan ng MOSFET, pulse width modulation signal, rectifier, capacitor, inductor, at mga protection devices tulad ng MOV at fuse.

• Pangunahing Pag-unlad: Ang mga pag-unlad sa hinaharap ay maaaring maglaman ng closed-loop control para sa variable loads at precision components upang mapabuti ang performance at bawasan ang epekto ng temperatura.

Ang synchronous machine ay isang versatile na electric machine na ginagamit sa iba't ibang larangan, tulad ng power generation, pagsustina ng constant speed, at power factor correction. Power factor control ay ginagawa sa pamamagitan ng pagmamaneho ng DC field excitation. Ang thesis na ito ay nakatuon kung paano natin mahusay na kontrolin ang field excitation ng synchronous machine.

Ang mga conventional na DC excitation methods ay may mga isyu sa cooling at maintenance dahil sa slip rings, brushes, at commutators, lalo na kapag tumaas ang alternator ratings. Ang modernong excitation systems ay nagnanais na bawasan ang mga problema na ito sa pamamagitan ng pagbawas sa bilang ng sliding contacts at brushes.

Ang trend na ito ay nagresulta sa pag-unlad ng static excitation gamit ang chopper. Ang mga modernong sistema ay gumagamit ng semiconductor switching devices tulad ng diode, thyristors, at transistors. Sa power electronics, isang malaking bahagi ng electrical energy ang pinoproseso, kung saan ang AC/DC converters ang pinaka-typical na devices.

Ang power range ay karaniwang nasa tens hanggang several hundred watts. Sa industriya, isang karaniwang aplikasyon ay ang variable speed drive na ginagamit upang kontrolin ang speed ng induction motor. Ang mga power conversion systems ay nakaklasipika batay sa kanilang input at output power types.

• AC to DC (rectifier)

• DC to AC (inverter)

• DC to AC (DC to DC converter)

• AC to AC (AC to AC converter)

Ito ay tumatalakay sa parehong rotating at static equipment para sa generation, transmission, at utilization ng malaking bilang ng electrical power. DC-DC converter ay isang electronic circuit na nagcoconvert ng source ng direct current mula sa isang voltage level sa isa pa.
Ang mga advantages ng power electronic converters ay bilang sumusunod-

• Mataas na epektibidad dahil sa mababang loss sa power semiconductor devices.

• Mataas na reliabilidad ng power electronic converter system.

• Matagal na buhay at mas kaunting maintenance dahil sa walang moving parts.

• Flexibility sa operasyon.

• Mabilis na dynamic response kumpara sa electromechanical converter system.

Mayroon din ilang mahalagang disadvantages ng power electronic converters tulad ng mga sumusunod-

• Ang circuit sa power electronic system ay may tendensyang bumuo ng harmonics sa supply system at load circuit.

• AC to DC at DC to AC converter ay gumagana sa mababang input power factor sa ilang kondisyon ng operasyon.

• Regeneration ng power ay mahirap sa power electronic converter system.

Sa proyektong ito, ang average voltage sa field ng synchronous machine ay kontrolado gamit ang boost chopper. Ang boost chopper ay isang DC to DC converter na nagbibigay ng mas mataas na controlled output voltage mula sa fixed input DC voltage.

Ang MOSFET ay isang power electronic semiconductor device na isang fully controlled switch (isang switch na kontrollado ang turn on at turn off). MOSFET ang ginagamit bilang switching device sa Boost chopper circuit na ito. Ang gate terminal ng MOSFET ay driven ng pulse width modulation (PWM) signal. Na ito ay generated sa pamamagitan ng microcontroller. Ang supply voltage ng chopper ay kinuha mula sa diode bridge rectifier sa pamamagitan ng conversion ng single phase AC/DC.

Ang scheme ng field excitation control na ito ay napakaepektibo at compact sized, dahil sa involvement ng power-electronic circuitry. Sa maraming industrial applications, tulad ng reactive power control, power factor improvement ng transmission line kinakailangan ang pagbabago ng field excitation.

Ang drive na ito ay kumukuha ng power mula sa fixed DC source at convert ito sa variable DC voltage. Ang mga chopper systems ay nagbibigay ng smooth control, mataas na epektibidad, mas mabilis na tugon, at regeneration facility. Sa esensya, ang Chopper ay maaaring ituring bilang DC equivalent ng AC transformer dahil sila ay kumikilos nang identikal. Dahil ang chopper ay may isang stage conversion, sila ay mas epektibo.

Prinsipyo sa Pagtrabaho ng Synchronous Machine Gamit ang Chopper

Para maintindihan ang detalye ng project plan, tingnan natin ang block diagram sa ibaba:

Mula sa diagram sa itaas, masasabi natin na para sa 230V input ng full wave rectifier, ang output voltage ay 146 (Approx.) ang field voltage ng machine ay 180V kaya kailangan nating taasan ang voltage sa pamamagitan ng step up chopper. Ngayon, ang adjusted DC voltage ay ipinapadala sa field ng synchronous machine. Ang output voltage ng chopper ay maaaring i-vary sa pamamagitan ng pagbabago ng duty cycle, kaya kailangan nating gawin ang pulse generator ng adjustable pulse width, at ito ay maaaring gawin sa tulong ng Microcontroller.

Sa microcontroller, sa pamamagitan ng pag-compare ng random sequence signal sa constant magnitude, maaari tayong bumuo ng pulse signal, pero upang iwasan ang loading effect, mas mainam ang electrical isolation. Para dito, ginagamit natin ang Opto coupler. Ang capacitor ay ginagamit sa chopper circuit upang alisin ang ripple mula sa output voltage. Ito ay na-simulate na ang inductor na ginagamit sa chopper circuit ay dapat maaaring hawakan ang 2-3 A ng current sa panahon ng short circuit period. Bukod sa inaasahang output voltage, dapat rin nating disenyan ang circuit upang makuha ang anumang fault condition.

• Para sa overvoltage protection, gagamit tayo ng metal oxide varistors (MOV) na resistance depende sa voltage.

• Para sa overcurrent protection, maaari nating gamitin ang unang acting current limiting Fuse.

Upang mapabuti ang kalidad ng waveform, maaari nating gamitin ang filter circuit, basic L o LC filter sa output ng bridge rectifier. Ang diode na ginagamit ay dapat may kaunti reverse recovery time, dito maaari nating gamitin ang fast recovery diode.

Mga halaga ng mga komponente ng circuit na ginamit

Input DC Voltage = 100V
Pulse voltage = 10V, Duty = 40%
Chopping frequency = 10 KHz
R = 225 ohm (As calculated from the machine rating)
L = 10mH
C = 1pF

Data obtained from the output
Output voltage: 174 V (Average)
Load current: 0.775 A (Average)
Source current: 0.977 A

Pangunahing Pag-unlad ng Synchronous Machine Gamit ang Chopper

Mayroon pa ring maraming lugar para sa pag-unlad sa hinaharap na magpapabuti sa sistema at magpapataas ng kanyang business value.

Closed loop control

Sa mga application areas kung saan ang user ay nakikipag-ugnayan sa variable load, kailangan ng closed loop control scheme upang panatilihin ang constant excitation. Ang reference voltage at actual output voltage ay ikokompara muna at isang error signal ang bubuo. Ang error signal na ito ay magdedesisyon sa duty cycle ng chopper.

Reduction sa temperature effect

Ang paggamit ng precision capacitor, switching diode ay tiyak na mapapabuti ang performance, ngunit ito ay dadagdagan ang cost ng proyekto.

Kaklase sa Synchronous Machine Gamit ang Chopper

Sa aming proyekto, nailathala at ipinatupad namin ang isang mababang-cost at user-friendly na excitation controller gamit ang Chopper. Ang target users ng sistema ay ang mga industriya na nangangailangan ng smooth, efficient, at maliit na controller na nagbibigay ng wide range ng voltage variation. Ang tipo ng proyekto na ito ay talagang useful sa mga industriyal na larangan ng mga developing countries tulad ng India, kung saan ang energy crisis ay isang malaking concern.

Napag-aralan namin marami sa proyekto. Nakamit namin ang lesson ng teamwork, coordination, at leadership habang dumaan sa iba't ibang yugto ng pag-unlad ng proyekto. Hinamon kami ng complexity ng teknolohiya na kailangan upang itayo ang sistema. Tumulong ito sa amin upang ma-relate at ma-apply ang theoretical knowledge na nakuha namin sa engineering course.

Wala sa amin ang may experience sa electronic control ng motor bago ang proyekto. Kailangan namin matutunan ang iba't ibang konsepto at teknik nang mabilisan at i-apply ito sa sistema. Ang proyekto ay nagbigay din ng pagkakataon sa amin upang makapag-accumulate ng experience sa pulse signal generation at power MOSFET control area. Ang karanasan sa proyekto na ito ay lubos na nag-enrich ng aming kaalaman at nag-sharpen ng aming technical skills.