Styring af opspænding af synkronmaskine ved hjælp af chopper

Indhold

• Arbejdsprincip for synkronmaskine med chopper

• Videreudvikling af synkronmaskine med chopper

• Konklusion om synkronmaskine med chopper

Hovedlærdomme:

• Definition af opspændingskontrol: Opspændingskontrol er defineret som håndtering af DC-feltets opspænding i en synkronmaskine for at kontrollere dens ydeevne.

• Arbejdsprincip: Arbejdsprincippet for en synkronmaskine, der bruger en chopper, indebærer at trække spændingen op og kontrollere den gennem PWM-signaler for at opnå den ønskede opspænding.

• Fordel ved chopper: At bruge en chopper til opspændingskontrol giver høj effektivitet, kompakt størrelse, glat kontrol og hurtigt svar.

• Komponenter i chopperkredsløb: Nøglekomponenter inkluderer en MOSFET, pulsbreddeberegnet signal, rektifier, kondensator, induktor og beskyttelsesenheder som MOV og sikring.

• Fremtidige forbedringer: Fremtidige udviklinger kan inkludere lukket kredsløbskontrol for variable belastninger og præcisionskomponenter for at forbedre ydeevnen og reducere temperaturvirkninger.

En synkronmaskine er en universel elektrisk maskine, der anvendes i forskellige områder, såsom strømproduktion, konstant hastighed og effektfaktorforbedring. Effektfaktor kontrol udføres ved at håndtere DC-feltets opspænding. Denne afhandling fokuserer på, hvordan vi effektivt kan kontrollere feltopspændingen af en synkronmaskine.

Konventionelle metoder til DC-opspænding står over for køle- og vedligeholdelsesproblemer pga. slipringe, pensler og kommutatorer, især når alternators vurderinger stiger. Moderne opspændingssystemer sigter mod at reducere disse problemer ved at minimere antallet af glidende kontakter og pensler.

Denne tendens har ført til udviklingen af statisk opspænding ved hjælp af chopper. Moderne systemer bruger halvlederswitching enheder som diode, thyristorer og transistorer. I strømteknik behandles en betydelig mængde elektrisk energi, hvor AC/DC-konverter er de mest typiske enheder.

Effektklassen spænder typisk fra tiere til flere hundrede watt. I industrien er en almindelig anvendelse variabelhastighedsdrev, der bruges til at kontrollere hastigheden af induktionsmotor. Strømkonverteringssystemer klassificeres efter deres input- og outputeffektyper.

• AC til DC (rektifier)

• DC til AC (inverter)

• DC til AC (DC til DC konverter)

• AC til AC (AC til AC konverter)

Det handler både om roterende og statisk udstyr til produktion, transmission og anvendelse af store mængder elektrisk strøm. DC-DC konverter er et elektronisk kredsløb, der konverterer en kilde direkte strøm fra en spænding niveau til et andet.
Fordele ved strømtekniske konverter er som følger-

• Høj effektivitet pga. lav tab i strømhalvlederenheder.

• Høj pålidelighed af strømtekniske konverter systemer.

• Længere levetid og mindre vedligeholdelse pga. fraværet af bevægelige dele.

• Flexibilitet i drift.

• Hurtigt dynamisk svar sammenlignet med elektromekanisk konverter system.

Der er også nogle betydelige ulemper ved strømtekniske konverter som følgende-

• Kredsløb i strømtekniske system har en tendens til at generere harmonier i forsynings- og belastningskredsløbet.

• AC til DC og DC til AC konverter fungerer med lav input effektfaktor under visse driftsforhold.

• Regenerering af effekt er svær i strømtekniske konverter systemer.

I dette projekt styres det gennemsnitlige spænding over feltet af en synkronmaskine ved hjælp af en boost chopper. En boost chopper er en DC til DC konverter, der giver en højere kontrolleret outputspænding fra en fast input DC-spænding.

MOSFET er en strømhalvledersemiconductor, der er en fuldt kontrolleret skruge (en skruge, hvis tænding og slukning begge kan kontrolleres). MOSFET bruges som switching-enhed i dette Boost chopper kredsløb. Gate-terminalen på MOSFET drevet af et pulsbreddeberegnet (PWM) signal. Det er genereret ved hjælp af en mikrocontroller. Forsyningsstrømmen til chopper er taget fra en diodebro-rektifier ved konvertering af enfas AC/DC.

Dette schema for feltopspændingskontrol er ekstremt effektivt og kompakt, pga. inddragelsen af strømhalvlederkredsløb. I mange industrielle applikationer, såsom reaktiv effekt kontrol, effektfaktor forbedring af transmissionslinje, er det nødvendigt at ændre feltopspændingen.

Dette drev tager strøm fra en fast DC-kilde og konverterer den til en variabel DC-spænding. Chopper-systemer tilbyder glat kontrol, høj effektivitet, hurtigt svar og regenerering. En chopper kan grundlæggende betragtes som DC-udgaven af en AC-transformator, da de opfører sig på samme måde. Da chopper involverer en enkelt konvertering, er de mere effektive.

Arbejdsprincip for synkronmaskine med chopper

For at forstå detaljerne i projektplanen, lad os overveje dette blokdiagram nedenfor:

Fra ovenstående diagram kan vi sige, at for 230V input af en fullbølge rektifier, er outputspændingen 146 (ca.) feltspændingen på maskinen er 180V, så vi skal trække spændingen op gennem step-up chopper. Nu bliver den justerede DC-spænding fodret til feltet af den synkronmaskine. Outputspændingen fra chopper kan varieres ved at ændre duty-cyklussen for at gøre dette, skal vi lave en puls-generator med justerbart pulsbredde, og dette kan gøres med hjælp fra en mikrocontroller.

I mikrocontroller ved sammenligning af et tilfældigt sekvenssignal med en konstant størrelse, kan vi generere et puls-signal, men for at undgå belastningseffekt, er det rådligt at anvende en elektrisk isolation for at gøre dette, bruger vi en Opto coupler. En kondensator er blevet brugt i chopperkredsløbet for at fjerne ripple fra outputspændingen. Det er blevet simuleret, at induktor, der er blevet brugt i chopperkredsløbet, bør kunne håndtere 2-3 A strøm under kortslutningsperioden. Ud over den ønskede outputspænding, bør vi også designe kredsløbet, så det kan klare enhver fejltilstand.

• Til overspændingbeskyttelse vil vi bruge metaloxidvaristorer (MOV), hvis modstand afhænger af spændingen.

• Til overstrømsbeskyttelse kan vi bruge først virkende strømbegrænsende Sikring.

For at forbedre kvaliteten af bølgeformen kan vi bruge filterkredsløb, primært L eller LC-filter ved outputtet fra bro-rektifieren. Dioden, der er blevet brugt, skal have kort reverse recovery tid her kan vi bruge hurtig recovery diode.

Værdier af kredsløbskomponenter, der er blevet brugt

Input DC-spænding = 100V
Pulsspænding = 10V, Duty = 40%
Kopperfrekvens = 10 KHz
R = 225 ohm (som beregnet fra maskinens rating)
L = 10mH
C = 1pF

Data erhvervet fra outputtet
Outputspænding: 174 V (Gennemsnit)
Belastningsstrøm: 0,775 A (Gennemsnit)
Kildestrøm: 0,977 A

Videreudvikling af synkronmaskine med chopper

Der er stadig meget plads til fremtidig udvikling, der ville forbedre systemet og øge dets forretningsværdi.

Lukket kredsløbskontrol

Anvendelsesområder, hvor brugeren har at gøre med variabel belastning, har brug for et lukket kredsløbskontrolschema for at opretholde konstant opspænding. Referencespænding og faktisk outputspænding vil blive sammenlignet først, og et fejl-signal genereres. Dette fejl-signal vil bestemme duty-cyklussen for chopper.

Reduktion af temperatureffekt

Brug af præcisionskondensator, switching diode kan definitivt forbedre ydeevnen, men de vil bidrage til projektets omkostninger.

Konklusion om synkronmaskine med chopper

I vores projekt designede og implementerede vi en lavkostpris og brugervenlig opspændingskontroller ved hjælp af chopper. Målgruppen for systemet er industrier, der kræver en glat, effektiv og lille kontroller, der giver en bred spændingsvariation. Dette type projekt er virkelig nyttigt i de industrielle områder i udviklingslande som Indien, hvor energikrise er en stor bekymring.

Vi har lært meget gennem projektet. Vi fik lektionen i teamarbejde, koordination, lederskab under gennemgang af de forskellige faser i udviklingen af projektet. Vi blev udfordret af kompleksiteten af teknologier, der var nødvendige for at bygge systemet. Dette hjalp os med at relaterer og anvende den teoretiske viden, vi fik i ingeniørforløbet.

Ingen af os havde erfaring med elektronisk kontrol af motorer før projektet. Vi skulle lære forskellige koncepter og teknikker hurtigt og anvende dem i systemet. Projektet gav også en chance for os at opbygge erfaring i puls-signalgenerering og power MOSFET kontrolområde. Denne projekterfaring har væsentligt beriget vores viden og skarpet vores tekniske færdigheder.