Synkronisen koneen ajaminen chopperin avulla

Sisältö

• Synkronikoneen toimintaperiaate lyhdeohjaimen avulla

• Synkronikoneen edistäminen lyhdeohjaimen avulla

• Yhteenveto synkronikoneesta lyhdeohjaimen avulla

Tärkeät oppimiset:

• Virtausohjausmääritelmä: Virtausohjaus on määritelty hallintaan DC-kentän virtausta synkronikoneessa sen suorituskyvyn ohjaamiseksi.

• Toimintaperiaate: Synkronikoneen toimintaperiaate lyhdeohjaimen avulla sisältää jännitteen nostamisen ja sen ohjaamisen PWM-signaalien avulla saavuttaakseen halutun virtauksen.

• Lyhdeohjaimen etumat: Lyhdeohjaimen käyttö virtausohjaussovelluksissa tarjoaa korkean tehokkuuden, kompaktin koon, sileän ohjausn ja nopean vastaamisen.

• Komponentit lyhdeohjaimen piirissä: Avaintekijöitä ovat MOSFET, pulssivaltasuunnistussignaali, suodatin, kondensaattori, induktori ja suojauskomponentit kuten MOV ja sekki.

• Tulevat kehitykset: Tulevaisuudessa voidaan lisätä suljetun silmukan ohjaus muuttuville kuormille ja tarkkuuskomponentteja parantamaan suorituskykyä ja vähentämään lämpövaikutukset.

Synkronikone on monipuolinen sähkölaite, jota käytetään eri aloilla, kuten sähköntuotannossa, vakionopeuden ylläpitämisessä ja kosinifaktorin korjaamisessa. Kosinifaktorin ohjaus tehdään hallitsemalla DC-kentän virtausta. Tämä opinnäyte keskittyy siihen, miten voimme tehokkaasti ohjata synkronikoneen kentän virtausta.

Perinteiset DC-virtausmenetelmät kohtaavat jähdytys- ja huollonongelmia heijastuskieleiden, sikkojen ja kommutaattorien vuoksi, erityisesti kun vaihtovirtagenneraattorin arvostus kasvaa. Modernit virtausjärjestelmät pyrkivät vähentämään näitä ongelmia pienentämällä liukuvalioiden ja sikkojen määrää.

Tämä trendi on johtanut staattisen virtauksen kehittymiseen käyttämällä lyhdeohjainta. Moderneissa järjestelmissä käytetään puolijohtinsulkijaa, diodeja, thyristoreja ja transistoreja. Sähkötekniikassa käsitellään merkittäviä määriä sähköenergiaa, ja AC/DC-muuntimet ovat tyypillisimmät laitteet.

Tehoalue ulottuu useista desilteihin satoihin wattisiin. Teollisuudessa yleinen sovellus on vaihtelevan nopeuden ajo, jolla ohjataan induktiomotorin nopeutta. Tehonmuuntosysteemit luokitellaan niiden syöttötietojen ja ulostulotietojen perusteella.

• AC-DC (suodatin)

• DC-AC (invertteri)

• DC-DC (DC-DC-muunnin)

• AC-AC (AC-AC-muunnin)

Se käsittelee sekä pyöreitä että staattisia laitteita sähkövoiman tuotannon, siirtämisen ja käytön suurten määrien hallintaan. Sähkövoima-DC-DC-muunnin on elektroninen piiri, joka muuntaa suoran virran lähdettä yhdestä jännitteestä toiseen. Sähkötekniikan muunnin etuja ovat seuraavat-

• Korkea tehokkuus alhaisen energian kulutuksen vuoksi puolijohtinsulkijoiden avulla.

• Korkea luotettavuus sähkötekniikan muunninjärjestelmässä.

• Pitkä elinkaari ja vähemmän huoltoa liikkuvien osien puutteesta.

• Joustavuus toiminnassa.

• Nopea dynaaminen reaktio verrattuna sähkömekaanisiin muunninjärjestelmiin.

On myös joitakin merkittäviä haittoja sähkötekniikan muunninjärjestelmillä, kuten seuraavat-

• Sähkötekniikan järjestelmän piirit aiheuttavat harmonisointia sekä toimitusjärjestelmässä että kuorman piirissä.

• AC-DC- ja DC-AC-muunnimet toimivat alhaisella kosinifaktorilla tietyissä toimintatiloissa.

• Energian uudelleenluonti on vaikeaa sähkötekniikan muunninjärjestelmissä.

Tässä projektissa synkronikoneen kentän keskimääräinen jännite ohjataan boost-lyhdeohjaimen avulla. Boost-lyhdeohjain on DC-DC-muunnin, joka tarjoaa korkeamman ohjatun ulostulujännitteen kiinteästä DC-syöttöjännitteestä.

MOSFET on sähkötekniikan puolijohtinsulkija, joka on täysin ohjattava kytkin (kytkimen päälle- ja pois-kytkeminen voidaan ohjata). MOSFET käytetään kytkimeksi tässä Boost-lyhdeohjaimen piirissä. MOSFET:n portitermina ajetaan pulssivaltasuunnistussignaalilla, joka on tuotettu mikrokontrollerilla. Lyhdeohjaimen toimitusjännite on otettu diodebrädän suodattimesta yhden vaiheen AC/DC-muuntamisen kautta.

Tämä virtausohjausjärjestelmä on erittäin tehokas ja kompakti sähkötekniikan piirien ansiosta. Monissa teollisuuden sovelluksissa, kuten reaktiviteettien ohjauksessa, kosinifaktorin parantamisessa siirtolinjan on muutettava kentän virtaus.

Tämä ajo ottaa sähköä kiinteästä DC-lähteestä ja muuttaa sitä muuttuvaksi DC-jännitteeksi. Lyhdeohjaimen järjestelmät tarjoavat sileän ohjaus, korkean tehokkuuden, nopean vastaamisen ja uudelleenluontitoiminnon. Periaatteessa lyhdeohjain voi olla DC-näkökulmasta AC-muunnin samankaltainen, sillä ne toimivat identtisesti. Koska lyhdeohjaimessa on vain yksi muunnostaso, ne ovat tehokkaampia.

Synkronikoneen toimintaperiaate lyhdeohjaimen avulla

Ymmärtääksesi projektisuunnitelman yksityiskohdat, tarkastelemme alla olevaa lohkodiagrammia:

Edellä olevasta diagrammista voidaan todeta, että täysihaaran suodattimen 230V-syöttölle ulostulujännite on 146 (noin) koneen kentän jännite on 180V, joten meidän on nostettava jännite step-up-lyhdeohjaimen avulla. Nyt säädetyt DC-jännitteet syötetään synkronikoneen kenttään. Lyhdeohjaimen ulostulujännitettä voidaan muuttaa vaihtamalla taajuusraatio, jotta meidän on tehtävä säädettävä pulssiaineistogeneraattori, ja tämä voidaan tehdä mikrokontrollerin avulla.

Mikrokontrollerissa satunnaisen signaalijonon vertaamalla vakioarvoon voidaan tuottaa pulssiaineisto, mutta latauseffektin välttämiseksi on suositeltavaa sähköinen eristys, joten käytämme optokoppelia. Kondensaattori on käytetty lyhdeohjaimen piirissä poistaakseen rippeet ulostulujännitteestä. On simuloida, että induktori, jota käytetään lyhdeohjaimen piirissä, pitäisi pystyä käsittelemään 2-3 A virtaa lyhytsuljetustilanteessa. Halutun ulostulujännitteen lisäksi meidän tulisi suunnitella piiri siten, että se kestää kaikki sijaiset tilanteet.

• Ylivoltturisuojaksi käytetään metallioxidivariistoria (MOV), jonka vastus riippuu jännitteestä.

• Ylivirtasuojaksi voimme käyttää ensimmäisen toimivan sähkörajoittavan sekkin.

Aallonmuodon parantamiseksi voimme käyttää suodatuspiiriä, periaatteessa L- tai LC-suodatinta suodattimen ulostulossa. Diodeilla, jotka on käytetty, pitäisi olla vähän käänteisvuoden aikaa, joten voimme käyttää nopeaa kääntyvää diodia.

Käytettyjen piirikomponenttien arvot

Syöttö DC-jännite = 100V
Pulssiaineiston jännite = 10V, Taajuusraatio = 40%
Lyhdeohjaimen taajuus = 10 kHz
R = 225 ohm (laskettu koneen arvosta)
L = 10 mH
C = 1 pF

Ulostulodatan saanti
Ulostulujännite: 174 V (keskiarvo)
Kuormavirta: 0,775 A (keskiarvo)
Lähdenvirta: 0,977 A

Synkronikoneen edistäminen lyhdeohjaimen avulla

On vielä paljon tilaa tulevalle kehitykselle, joka parantaisi järjestelmää ja lisäisi sen liiketoiminnallista arvoa.

Suljettu silmukkaohjaus

Sovellusalat, joissa käsitellään muuttuvaa kuormaa, tarvitsevat suljetun silmukan ohjausrakenteen ylläpitääkseen vakiovirtausta. Viitetiedot ja todellinen ulostulujännite verrataan ensin, ja virhetiedot luodaan. Tämä virhetieto määrittää lyhdeohjaimen taajuusraation.

Lämpövaikutusten vähentäminen

Tarkkuuskondensaattorin, kytkentädioden käyttö parantaa varmasti suorituskykyä, mutta ne lisäävät projektin kustannuksia.

Yhteenveto synkronikoneesta lyhdeohjaimen avulla

Projektissamme suunnittelimme ja toteuttimme edullisen ja käyttäjäystävällisen virtausohjaajan lyhdeohjaimen avulla. Järjestelmän kohdekäyttäjät ovat teollisuuden aloja, jotka vaativat sileää, tehokasta ja kompaktia ohjaajaa, joka tarjoaa laajan jännitteen vaihtelualueen. Tämänkaltaiset projektit ovat hyvin hyödyllisiä kehittyvien maiden, kuten Intian, teollisuuden aloilla, joissa energiaongelma on suuri huolenaihe.

Olemme oppineet paljon projektista. Saamme opetuksen tiimityöstä, koordinoinnista, johtamisesta eri kehitysvaiheissa. Olimme haastettu teknologioiden monimutkaisuudella, jotka tarvittiin järjestelmän rakentamiseen. Tämä auttoi meitä yhdistämään ja soveltamaan teoreettista tietoa, jota olemme saaneet insinöörikoulutuksesta.

Kukaan meistä ei ollut kokenut moottorin sähköistä ohjausta ennen projektia. Meidän oli opittava eri käsitteitä ja tekniikoita nopeasti ja sovellettava niitä järjestelmään. Projekti antoi meille myös mahdollisuuden kertyä kokemusta pulssiaineistojen luomiseen ja teho-MOSFETin ohjausalalle. Projektin kokemus on huomattavasti rikastuttanut tietoutemme ja teräyttänyt teknisiä taitojamme.