בקרה בהשראה של מכונה סינכרונית באמצעות צ'ופר

תוכן

• עקרון הפעולה של מכונה סינכרונית באמצעות כופך

• פיתוח נוסף של מכונה סינכרונית באמצעות כופך

• סיכום של מכונה סינכרונית באמצעות כופך

נקודות למידה עיקריות:

• הגדרת שליטה בהנעה: שליטה בהנעה מוגדרת כניהול ההנעה המישרת בשדה של מכונה סינכרונית כדי לשלוט בביצועיה.

• עקרון הפעולה: עקרון הפעולה של מכונה סינכרונית באמצעות כופך כולל העלאה של המתח וניהולו באמצעות אותות PWM כדי להשיג את ההנעה הנדרשת.

• יתרונות הכופך: שימוש בכופך לשליטה בהנעה מציעה יעילות גבוהה, גודל קומפקטי, שליטה חלקה ותגובה מהירה.

• רכיבים במעגל הכופך: רכיבים מרכזיים כוללים MOSFET, אות PWM, ממלט, קבל, מסילה, ומכשירי הגנה כמו MOV ופוזה.

• שיפורים עתידיים: שיפורים עתידיים יכולים לכלול שליטה בעיגול סגור עבור עומסים משתנים ורכיבים מדויקים לשיפור הביצועים והפחתת השפעת הטמפרטורה.

מכונה סינכרונית היא מכונה חשמלית רב תכליתית המשמשת במגוון תחומים כגון ייצור חשמל, שמירת מהירות קבועה ותיקון פקטור החשמל. פקטור החשמל מתבצע על ידי ניהול ההנעה המישרת. עבודה זו מתמקדת באיך ניתן לשלוט באופן יעיל בהנעה המישרת של מכונה סינכרונית.

שיטות הנעה מישרת קונבנציונליות נתקלות בבעיות התקררות ותחזוקה עקב טבעות החלק, מברשות וקומוטטורים, במיוחד כאשר מדרגות האלטרנטור עולות. מערכות הנעה מישרת מודרניות מנסות להפחית את בעיות אלו על ידי הפחתת מספר מגעיהם הזזים והמברשות.

eğilim bu, chopper kullanılarak statik excitation'ın geliştirilmesine yol açmıştır. Modern sistemler, diod, tiristor ve transistör gibi yarıiletken anahtar cihazlarını kullanır. Güç elektroniğinde, AC/DC dönüştürücüler en tipik cihazlardır.

Güç aralığı genellikle onlara hatta birkaç yüz watt arasında değişir. Endüstride yaygın bir uygulama, indüksiyon motoru hızını kontrol etmek için kullanılan değişken hız sürücüsüdür. Güç dönüştürme sistemleri, giriş ve çıkış güç türlerine göre sınıflandırılır.

• AC to DC (mmlt)

• DC to AC (inverter)

• DC to AC (DC to DC converter)

• AC to AC (AC to AC converter)

Bu, dönen ve sabit ekipmanların, geniş miktardaki elektrik enerjisinin üretimi, iletimi, kullanımıyla ilgilenir. DC-DC dönüştürücü, bir doğrudan akım kaynağını bir gerilim seviyesinden diğerine dönüştüren elektronik devredir.
Güç elektronik dönüştürücülerinin avantajları aşağıdaki gibidir-

• Yarıiletken güç cihazlarındaki düşük kayıp nedeniyle yüksek verimlilik.

• Güç elektronik dönüştürücü sisteminin yüksek güvenilirliği.

• Hareketli parçaların olmaması nedeniyle uzun ömürlülük ve az bakım gerekliliği.

• İşlem esnekliği.

• Elektromekanik dönüştürücü sisteme kıyasla hızlı dinamik yanıt.

Güç elektronik dönüştürücülerde ayrıca bazı önemli dezavantajlar da bulunmaktadır, bunlar şunlardır-

• Güç elektronik sistemlerdeki devreler, belirli çalışma koşullarında besleme sistemi ve yük devresinde harmonik oluşturma eğilimindedir.

• AC to DC and DC to AC converter operate at low input power factor under certain operating condition.

• Güç elektronik dönüştürücü sistemlerinde güç yeniden oluşturma zordur.

Bu projede, senkron makinenin alanındaki ortalama gerilim bir boost chopper kullanılarak kontrol edilmektedir. Boost chopper, sabit giriş DC geriliminden daha yüksek kontrol edilmiş çıkış gerilimi sağlayan bir DC to DC dönüştürücüdür.

MOSFET, tamamen kontrollü bir anahtar olan (açılışı ve kapanışı her ikisi de kontrol edilebilen) bir güç elektronik yarıiletken cihazdır. Bu Boost chopper devresinde MOSFET, anahtar cihazı olarak kullanılmaktadır. MOSFET'in kapısı, mikrodenetleyici kullanılarak üretilen bir darbe genişliği modülasyon (PWM) sinyali ile sürülür. Chopper'ın besleme gerilimi, tek fazlı AC/DC dönüştürme sonucunda diyot köprü düzelticiden alınmaktadır.

Bu alan tahrik kontrol şeması, güç-elektronik devrelerin kullanılması nedeniyle oldukça verimli ve kompakttır. Reaktif güç kontrolü, iletim hattının güç faktörünün iyileştirilmesi gibi birçok endüstriyel uygulamada, alan tahrikinin değiştirilmesi gerekmektedir.

Bu sürücü, sabit DC kaynağından güç alır ve değişken DC gerilime dönüştürür. Chopper sistemleri, pürüzsüz kontrol, yüksek verimlilik, daha hızlı yanıt ve yeniden oluşturma imkanı sunar. Temel olarak, bir Chopper, AC transformatörün DC eşdeğeri olarak düşünülebilir çünkü benzer şekilde davranırlar. Chopper, bir aşamalı dönüşüm içerdiği için daha verimlidir.

Chopper Kullanarak Senkron Makinenin Çalışma Prensibi

Proje planının ayrıntılarını anlamak için aşağıdaki blok diyagramını inceleyelim:

Yukarıdaki diyagramdan, tam dalga diktektörünün 230V girişinde çıkış geriliminin 146 (yaklaşık) olduğunu söyleyebiliriz. Makinenin alan gerilimi 180V olduğu için, gerilimi step up chopper ile yükseltmemiz gerekiyor. Şimdi ayarlanmış DC gerilimi, senkron makinenin alanına besleniyor. Chopper'ın çıkış gerilimi, duty cycle'ı değiştirerek değişebilir. Bunu yapmak için, ayarlanabilir darbe genişliğine sahip bir pulsgenaratör oluşturmalıyız ve bu, Mikrodenetleyici yardımıyla yapılabilir.

Mikrodenetleyicide, rastgele bir sinyal dizisini sabit büyüklükte bir sinyal ile karşılaştırarak bir pulssinyali oluşturabiliriz, ancak yük etkisini önlemek için elektriksel yalıtım yapmak tavsiye edilir. Bunun için bir Opto coupler kullanıyoruz. Chopper devresinde, çıkış geriliminden titreşimleri kaldırmak için bir kapasitör kullanılmıştır. Simülasyon yapılmıştır, chopper devresinde kullanılan indüktörün kısa devre dönemlerinde 2-3 A akımı işlemeye yetecek kapasitede olması gerektiği belirlenmiştir. İstenen çıkış gerilimi dışında, devrenin herhangi bir hat durumuna dayanabilmesi için tasarlanması gerekir.

• Aşırı gerilim koruması için, direnci gerilime bağlı olan metal oksit varyistörleri (MOV) kullanacağız.

• Aşırı akım koruması için, ilk hareket eden akım sınırlama fazı kullanabiliriz.

Dalga formunun kalitesini artırmak için, köprü diktektörünün çıkışında temel olarak L veya LC filtre devresi kullanabiliriz. Burada kullanılacak diodun ters kurtarma süresi düşük olmalıdır, hızlı kurtarma diodu kullanılabilir.

Kullanılan devre bileşenlerinin değerleri

Giriş DC Gerilimi = 100V
Darbe gerilimi = 10V, Duty = 40%
Kesme frekansı = 10 KHz
R = 225 ohm (Makinanın derecelerinden hesaplandı)
L = 10mH
C = 1pF

Çıktıdan elde edilen veriler
Çıkış gerilimi: 174 V (Ortalama)
Yük akımı: 0.775 A (Ortalama)
Kaynak akımı: 0.977 A

Chopper Kullanarak Senkron Makinenin Daha İleri Geliştirilmesi

Sistem ve iş değeri artırmak için gelecekte geliştirilecek birçok alan var.

Kapalı döngü kontrolü

Değişken yük ile ilgilenen kullanıcılar, sabit tahrik sağlamak için kapalı döngü kontrol şemasına ihtiyaç duyar. Referans gerilimi ve gerçek çıkış gerilimi önce karşılaştırılır ve hata sinyali oluşturulur. Bu hata sinyali, chopper'ın duty cycle'ını belirler.

Sıcaklık etkisinin azaltılması

Dokunmatik kapasitör ve anahtarlama diodunun kullanımı, performansı kesinlikle iyileştirecektir, ancak projenin maliyetini artıracaktır.

Chopper Kullanarak Senkron Makinenin Sonuçları

Projemizde, düşük maliyetli ve kullanıcı dostu bir tahrik kontrolörü tasarladık ve uyguladık. Sistemin hedef kullanıcıları, pürüzsüz, verimli ve küçük bir kontrolör gerektiren endüstrilerdir. Bu tür projeler, enerji krizi büyük bir endişe olan Hindistan gibi gelişmekte olan ülkelerin endüstriyel alanlarında gerçekten faydalıdır.

Projeden çok şey öğrendik. Projenin çeşitli aşamalarını geçerken takım çalışması, koordinasyon ve liderlik derslerini aldık. Sistemi inşa etmek için gereken teknolojilerin karmaşıklığı bize zorluk sundu. Bu, mühendislik eğitimimiz boyunca edindiğimiz teorik bilgileri ilişkilendirmemize ve uygulamamıza yardımcı oldu.

Projeden önce hiç kimse motora elektronik kontrol konusunda deneyim sahibi değildi. Farklı kavramları ve teknikleri hızlı bir şekilde öğrenmek ve sistemde uygulamak zorundaydık. Proje aynı zamanda, pulssinyal oluşturma ve güç MOSFET kontrol alanında deneyim kazanmamıza da fırsat sağladı. Bu proje deneyimi, bilgi bankamızı büyük ölçüde zenginleştirdi ve teknik becerilerimizi ağırlaştırdı.