Szinkron gép felkobzós ellenállásos felhajtása chopperrel

Tartalom

• Szinkron gép működési elvének bemutatása csípő használatával

• Szinkron gép továbbfejlesztése csípő használatával

• Következtetés a szinkron gép csípő használatáról

Főbb tanulságok:

• Indítási irányítás definíciója: Az indítási irányítást úgy definiáljuk, hogy egy szinkron gép DC mezőindításának kezelése a teljesítményének szabályozása érdekében.

• Működési elv: A szinkron gép működési elve csípő használatával az áramerősítés lépcsőzéses növelése és a PWM jel segítségével történő szabályozása, hogy elérjük a kívánt indítást.

• Csípő előnyei: A csípő használata az indítási irányításhoz magas hatékonyságot, kompakt méretet, sima irányítást és gyors válaszidőt kínál.

• A csípő áramkör összetevői: A fő összetevők között szerepel a MOSFET, a pulszus-szélesség-modulált jel, a fekterték, a kondenzátor, az induktivitás, valamint védő eszközök, mint például a MOV és a biztosító.

• Jövőbeli fejlesztések: A jövőbeli fejlesztések zárt hurok irányítást tartalmazhatnak változó terhelésekhez, valamint precíziós alkatrészeket, hogy javítsák a teljesítményt és csökkentsék a hőmérsékleti hatásokat.

A szinkron gép egy sokoldalú elektromos gép, amelyet különböző területeken használnak, mint például az energia termelés, a konstans sebesség fenntartása és a teljesítményfok szabályozása. Teljesítményfok szabályozása a DC mezőindítás kezelésével történik. Ez a disszertáció arra koncentrál, hogyan tudjuk hatékonyan szabályozni a szinkron gép mezőindítását.

A hagyományos DC indítási módszerek hűtési és karbantartási problémákkal küzdenek, különösen a csúszógyűrűk, pincsék és kommutátorok miatt, különösen, ahogy a alternátor minősítése növekszik. A modern indítási rendszerek célja ezeknek a problémáknak a csökkentése, a csúszó kapcsolatok és pincsek számának minimalizálásával.

Ez a trend vezetett a statikus indítás fejlesztéséhez csípő használatával. A modern rendszerek félvezető kapcsolóeszközöket használnak, mint például diódát, thyristort és tranzisztorokat. A tápegységekben jelentős mennyiségű elektromos energiát feldolgoznak, a leggyakoribb eszközök pedig AC/DC konverterek.

A teljesítménytartomány tipikusan többezer wattot ér. A gyártásban gyakori alkalmazás a sebesség-irányító, amely szabályozza a indukciós motor sebességét. A tápegységek típusai a bemeneti és kimeneti teljesítmény típusa szerint osztályozhatók.

• AC-ből DC-be (fekterték)

• DC-ből AC-be (inverzor)

• DC-ből AC-be (DC-ből DC-be konvertáló)

• AC-ből AC-be (AC-ből AC-be konvertáló)

Az elektromos gépek és a statikus berendezések széles körben használódnak az energia termelésére, továbbítására és nagy mennyiségű elektromos energiával történő működésre. A DC-DC konverter olyan elektronikus áramkör, amely egy forrás direct current-jét egy feszültség szintjéről egy másikra konvertálja.
A tápegységek előnyei a következők:

• Magas hatékonyság a félvezetők alacsony vesztesége miatt.

• A tápegységek magas megbízhatósága.

• Hosszú élettartam és kevésbé szükséges karbantartás a mozgó részek hiánya miatt.

• Operációs rugalmasság.

• Gyors dinamikus válasz az elektromechanikus konverter rendszerekhez képest.

A tápegységeknek vannak is jelentős hátrányai, mint például a következők:

• A tápegységek áramkörének tendenciája, hogy harmonikus jeleket generáljon a tápegységben, valamint a terhelési áramkörben.

• AC-ből DC-be és DC-ből AC-be konvertáló rendszerek alacsony teljesítményfokkal működhetnek bizonyos működési feltételek mellett.

• A tápegységekben a teljesítmény regenerálása nehézkes.

Ebben a projektben a szinkron gép mezőindításának átlagos feszültsége egy emelő csípő segítségével van szabályozva. Az emelő csípő egy DC-ből DC-be konvertáló, amely egy rögzített bemeneti DC feszültségből magasabb, szabályozott kimeneti feszültséget nyújt.

A MOSFET egy teljesen szabályozható kapcsoló (amelynek be- és kikapcsolása is szabályozható). A MOSFET ebben az emelő csípő áramkörben szolgál kapcsolóeszközként. A MOSFET kapcsoló terminálja egy pulszus-szélesség-modulált (PWM) jelekkel van vezérelve, amelyeket egy mikrokontroller generál. A csípő tápellátása egy diód-híd fektertékkel történik, amely egyegyfázisú AC/DC konverziót végez.

Ez a mezőindítási irányítási séma nagyon hatékony és kompakt, mivel félvezetők áramkörét használja. Sok ipari alkalmazásban, mint például a reaktív teljesítmény szabályozása, a átviteli vonal teljesítményfokának javítása szükséges a mezőindítás megváltoztatása.

Ez a meghajtó rögzített DC forrásból vesz áramot, és átalakítja azt változó DC feszültséggé. A csípő rendszerek sima irányítást, magas hatékonyságot, gyors válaszidőt és regenerációs lehetőséget kínálnak. Alapvetően a csípő tekinthető a DC ekvivalensének egy AC transzformátorhoz, mivel ugyanúgy viselkednek. Mivel a csípő egyetlen átalakítási szintet igényel, ezért ezek hatékonyabbak.

Szinkron gép működési elve csípő használatával

A projekt terv részleteinek megértéséhez tekintsünk át a következő blokkdiagramot:

A fenti diagram alapján azt mondhatjuk, hogy egy 230V-es bemeneti feszültség esetén a teljes hullám fekterték kimenete kb. 146 V. A gép mezőfeszültsége 180 V, tehát a feszültséget emelnünk kell a csípő segítségével. A beállított DC feszültség a szinkron gép mezőjére kerül. A csípő kimeneti feszültségét a duty cycle változtatásával lehet módosítani, ami egy mikrokontroller segítségével generált, szélességben állítható impulzussal történik.

A mikrokontrollerben véletlenszerű sorozat jel és állandó amplitúdójú jel összehasonlításával generálhatunk impulzussort, de a terhelési hatás elkerülése érdekében javasolt elektrikai izoláció, amit optokuplerrel valósíthatunk meg. A csípő áramkörben kondenzátor használunk a kimeneti feszültség ripplének eltüntetésére. Szimulációkból kiderült, hogy a csípő áramkörben használt induktivitás képesnek kell lennie 2-3 A áram kezelésére rövidzárló időszakban. A kívánt kimeneti feszültségen felül a kifejezést úgy kell terveznünk, hogy bármilyen hibahelyzetben is bírja.

• Túlfeszültség elleni védelemre metál-oxid-varisztorokat (MOV) fogunk használni, amelyek ellenállása a feszültségtől függ.

• Túláram elleni védelemre elsődlegesen használhatunk biztosítót.

A hullámforma minőségének javításához használhatunk szűrőáramkört, például L vagy LC szűrőt a hídfekterték kimenetén. A használt diódának kevesebb fordított helyreállási ideje kell, itt gyors helyreálló diódát használhatunk.

Használt áramkör összetevők értékei

Bemeneti DC feszültség = 100V
Impulzus feszültsége = 10V, Duty = 40%
Csípő frekvencia = 10 KHz
R = 225 ohm (A gép minősítése alapján)
L = 10mH
C = 1pF

A kimenetről származó adatok
Kimeneti feszültség: 174 V (Átlagos)
Terhelési áram: 0.775 A (Átlagos)
Forrás áram: 0.977 A

Szinkron gép továbbfejlesztése csípő használatával

Még mindig sok lehetőség van a rendszer továbbfejlesztésére, ami növeli a vállalati értéket.

Zárt hurok irányítás

Azokban az alkalmazási területekben, ahol a felhasználó változó terhelésekkel dolgozik, zárt hurok irányítási séma szükséges a konstans indítás fenntartásához. Először össze kell hasonlítani a referenciavoltot és a tényleges kimeneti feszültséget, majd hiba jelet kell generálni. Ez a hiba jel dönti el a csípő duty ciklusát.

Hőmérsékleti hatás csökkentése

A precíziós kondenzátorok és váltódiódák használata valóban javíthatja a teljesítményt, de hozzájárul a projekt költségeihez.

Következtetés a szinkron gép csípő használatáról

Projektünkben egy olcsó és felhasználóbarát indítási irányítót terveztünk és implementáltunk csípő használatával. A rendszer célcsoportja azok az iparágak, amelyek sima, hatékony és kis méretű irányítást igényelnek, amely széles feszültségi tartományt kínál. Ilyen típusú projektek nagyon hasznosak a fejlődő országok, mint India, ipari területein, ahol az energia-válság nagy aggodalomforrás.

A projekt során sokat tanultunk. A projekt különböző fázisaiban a csapatmunka, a koordináció és a vezetés tanulságait tapasztaltuk. A rendszer építéséhez szükséges technológiák összetettsége kihívást jelentett nekünk. Ez segítette abban, hogy összefüggésbe hozzuk és alkalmazzuk a mérnöki kurzusokban megszerzett elméleti ismereteket.

Mindenkinek a projekt előtt még nem volt tapasztalata a motor elektronikus irányításával. Gyorsan kellett megtanulnunk különböző fogalmakat és technikákat, és alkalmaznunk a rendszerben. A projekt lehetőséget adott a pulzus jel generálásban és a hatalmas MOSFET irányítási területén szerzett tapasztalatok megszerzésére. Ez a projekti tapasztalat jelentősen gazdagította a tudásunkat és finomította a technikai készségeinket.