Anregungsregelung von Synchronmaschinen mit Chopper
Inhaltsverzeichnis
Funktionsprinzip des Synchronmaschinen mit Chopper
Weitere Entwicklung der Synchronmaschine mit Chopper
Zusammenfassung der Synchronmaschine mit Chopper
Wichtige Erkenntnisse:
Definition der Anregungssteuerung: Die Anregungssteuerung ist definiert als die Verwaltung der Gleichfeldanregung in einer Synchronmaschine, um deren Leistung zu steuern.
Funktionsprinzip: Das Funktionsprinzip einer Synchronmaschine mit Chopper beinhaltet das Steigern der Spannung und ihre Steuerung durch PWM-Signale, um die gewünschte Anregung zu erreichen.
Vorteile des Choppers: Die Verwendung eines Choppers für die Anregungssteuerung bietet hohe Effizienz, kompakten Bau, sanfte Steuerung und schnelle Reaktionszeit.
Komponenten im Chopper-Schaltkreis: Wichtige Komponenten sind ein MOSFET, ein Pulsbreitenmodulationssignal, ein Gleichrichter, ein Kondensator, ein Spule und Schutzgeräte wie MOV und Sicherung.
Zukünftige Verbesserungen: Zukünftige Entwicklungen können geschlossene Regelkreise für variable Lasten und präzise Komponenten zur Verbesserung der Leistung und zur Reduzierung von Temperaturauswirkungen beinhalten.
Eine Synchronmaschine ist eine vielseitige elektrische Maschine, die in verschiedenen Bereichen eingesetzt wird, wie Stromerzeugung, Konstanthalterung der Drehzahl und Blindleistungsregelung. Blindleistungsregelung erfolgt durch die Steuerung der Gleichfeldanregung. Diese Arbeit konzentriert sich darauf, wie effizient wir die Feldanregung einer Synchronmaschine steuern können.
Konventionelle Gleichstromanregungsmethoden stoßen auf Kühl- und Wartungsprobleme aufgrund von Schlupfringen, Bürsten und Umrichtern, insbesondere bei steigenden Leistungsangaben des Generators. Moderne Anregungssysteme zielen darauf ab, diese Probleme durch die Minimierung der Anzahl der gleitenden Kontakte und Bürsten zu reduzieren.
Diese Entwicklung hat zur Einführung statischer Anregung mit Chopper geführt. Moderne Systeme verwenden Halbleiter-Schaltgeräte wie Dioden, Thyristoren und Transistoren. In der Leistungselektronik wird eine erhebliche Menge an elektrischer Energie verarbeitet, wobei AC/DC-Wandler die gängigsten Geräte sind.
Die Leistungsbereiche reichen typischerweise von einigen zehn bis mehreren hundert Watt. In der Industrie ist eine häufige Anwendung die variablen Drehzahlregler, die zum Steuern der Geschwindigkeit von Induktionsmotoren verwendet werden. Leistungswandlersysteme werden nach ihren Eingangs- und Ausgangsleistungstypen klassifiziert.
AC zu DC (Gleichrichter)
DC zu AC (Umrichter)
DC zu DC (DC zu DC-Wandler)
AC zu AC (AC zu AC-Wandler)
Es handelt sich sowohl um rotierende als auch um statische Ausrüstung zur Erzeugung, Übertragung und Nutzung großer Mengen an elektrischer Energie. Ein DC-DC-Wandler ist ein elektronischer Schaltkreis, der eine Quelle von Gleichstrom von einem Spannungsniveau auf ein anderes umwandelt.
Vorteile von Leistungselektronik-Wandlern sind wie folgt-
Hohe Effizienz aufgrund geringer Verluste in Leistungshalbleiterbauelementen.
Hohe Zuverlässigkeit von Leistungselektronik-Wandlersystemen.
Lange Lebensdauer und weniger Wartung aufgrund des Fehlens beweglicher Teile.
Flexibilität im Betrieb.
Schnelle dynamische Reaktion im Vergleich zu elektromechanischen Wandlersystemen.
Es gibt auch einige signifikante Nachteile von Leistungselektronik-Wandlern, wie folgt-
Schaltkreise in Leistungselektroniksystemen neigen dazu, Harmonische im Versorgungsnetz sowie im Lastschaltkreis zu erzeugen.
AC zu DC- und DC zu AC-Wandler arbeiten unter bestimmten Betriebsbedingungen mit einem niedrigen Leistungsfaktor.
Die Regeneration von Energie ist in Leistungselektronik-Wandlersystemen schwierig.
In diesem Projekt wird die mittlere Spannung über dem Feld einer Synchronmaschine mithilfe eines Boost-Choppers gesteuert. Ein Boost-Chopper ist ein DC zu DC-Wandler, der eine höhere gesteuerte Ausgangsspannung aus einer festen Eingangsspannung liefert.
MOSFET ist ein leistungselektronisches Halbleiterbauelement, das ein vollständig kontrollierbarer Schalter ist (ein Schalter, dessen Einschalten und Ausschalten beide kontrolliert werden können). MOSFET wird als Schaltgerät in diesem Boost-Chopper-Schaltkreis verwendet. Der Gate-Anschluss des MOSFET wird durch ein Pulsbreitenmodulationssignal (PWM) angesteuert. Dieses Signal wird mithilfe eines Mikrocontrollers erzeugt. Die Versorgungsspannung des Choppers wird von einem Diodenbrückengleichrichter durch die Umwandlung von Einphasen-AC/DC entnommen.
Dieses Schema der Feldanregungssteuerung ist extrem effizient und kompakt, da es leistungselektronische Schaltkreise einsetzt. In vielen industriellen Anwendungen, wie der Reaktivleistungssteuerung, der Verbesserung des Leistungsfaktors von Übertragungsleitungen, ist es erforderlich, die Feldanregung zu ändern.
Diese Antrieb nimmt Energie von einer festen Gleichquellenquelle und wandelt sie in eine variable Gleichspannung um. Chopper-Systeme bieten sanfte Steuerung, hohe Effizienz, schnellere Reaktionszeit und Regenerierungsmöglichkeit. Im Grunde kann ein Chopper als Gleichstromäquivalent eines Wechselstromtransformators betrachtet werden, da sie sich in ähnlicher Weise verhalten. Da Chopper nur eine Stufe der Umwandlung benötigen, sind sie effizienter.
Funktionsprinzip der Synchronmaschine mit Chopper
Um Details des Projektplans zu verstehen, betrachten wir das folgende Blockdiagramm:
Aus dem obigen Diagramm können wir sagen, dass für eine 230V-Eingabe eines Vollwellengleichrichters die Ausgangsspannung 146 V (ungefähr) beträgt. Die Feldspannung der Maschine beträgt 180 V, daher müssen wir die Spannung über den Spannungssteiger-Chopper erhöhen. Nun wird die angepasste Gleichspannung an das Feld der Synchronmaschine gefüttert. Die Ausgangsspannung des Choppers kann durch Änderung des Tastverhältnisses variiert werden. Dazu müssen wir einen Pulsgenerator mit einstellbarer Pulsbreite erstellen, was mit Hilfe eines Mikrocontrollers möglich ist.
Im Mikrocontroller können wir durch Vergleich eines zufälligen Sequenzsignals mit einer konstanten Amplitude ein Pulssignal erzeugen. Um Belastungseffekte zu vermeiden, ist eine elektrische Isolierung ratsam. Hierfür verwenden wir einen Optokoppler. Ein Kondensator wurde im Chopper-Schaltkreis verwendet, um Rippeln aus der Ausgangsspannung zu entfernen. Es wurde simuliert, dass die Spule, die im Chopper-Schaltkreis verwendet wird, während der Kurzschlussperiode 2-3 A Strom verarbeiten kann. Neben der gewünschten Ausgangsspannung sollten wir den Schaltkreis so entwerfen, dass er auch bei Fehlbedingungen standhält.
Für den Überspannungsschutz verwenden wir Metalloxidvaristoren (MOV), deren Widerstand von der Spannung abhängt.
