Pengendalian Excitasi Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Daftar Isi
Prinsip Kerja Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Pengembangan Lanjutan dari Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Kesimpulan dari Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Pelajaran Kunci:
Definisi Kontrol Eksitasi: Kontrol eksitasi didefinisikan sebagai pengelolaan eksitasi medan DC pada mesin sinkron untuk mengontrol kinerjanya.
Prinsip Kerja: Prinsip kerja mesin sinkron menggunakan chopper melibatkan peningkatan tegangan dan mengontrolnya melalui sinyal PWM untuk mencapai eksitasi yang diinginkan.
Keuntungan Chopper: Menggunakan chopper untuk kontrol eksitasi menawarkan efisiensi tinggi, ukuran kompak, kontrol halus, dan respons cepat.
Komponen dalam Rangkaian Chopper: Komponen utama termasuk MOSFET, sinyal modulasi lebar pulsa, rektifier, kapasitor, induktor, dan perangkat pelindung seperti MOV dan sekering.
Peningkatan Masa Depan: Pengembangan masa depan dapat mencakup kontrol loop tertutup untuk beban variabel dan komponen presisi untuk meningkatkan kinerja dan mengurangi efek suhu.
Mesin sinkron adalah mesin listrik serbaguna yang digunakan dalam berbagai bidang, seperti pembangkitan tenaga, menjaga kecepatan konstan, dan koreksi faktor daya. Kontrol faktor daya dilakukan dengan mengelola eksitasi medan DC. Tesis ini fokus pada bagaimana kita dapat mengontrol eksitasi medan mesin sinkron secara efisien.
Metode eksitasi DC konvensional menghadapi masalah pendinginan dan pemeliharaan karena cincin geser, sikat, dan komutator, terutama ketika rating alternator meningkat. Sistem eksitasi modern bertujuan untuk mengurangi masalah-masalah ini dengan meminimalkan jumlah kontak geser dan sikat.
Tren ini telah mendorong pengembangan eksitasi statis menggunakan chopper. Sistem modern menggunakan perangkat beralih semikonduktor seperti dioda, tiristor, dan transistor. Dalam elektronika daya, sejumlah besar energi listrik diproses, dengan konverter AC/DC menjadi perangkat yang paling umum.
Rentang daya biasanya berkisar dari puluhan hingga beberapa ratus watt. Dalam industri, aplikasi umum adalah penggerak kecepatan variabel yang digunakan untuk mengontrol kecepatan motor induksi. Sistem konversi daya diklasifikasikan berdasarkan jenis daya input dan outputnya.
AC ke DC (rektifier)
DC ke AC (inverter)
DC ke DC (konverter DC ke DC)
AC ke AC (konverter AC ke AC)
Ini berurusan dengan peralatan berputar dan statis untuk pembangkitan, transmisi, dan pemanfaatan kuantitas besar daya listrik. Konverter DC-DC adalah rangkaian elektronik yang mengubah sumber arus searah dari satu tingkat tegangan ke tingkat lain.
Keuntungan dari konverter elektronika daya adalah sebagai berikut-
Efisiensi tinggi karena kerugian rendah dalam perangkat semikonduktor daya.
Reliabilitas tinggi sistem konverter elektronika daya.
Umur panjang dan pemeliharaan minimal karena tidak adanya bagian bergerak.
Fleksibilitas dalam operasi.
Respons dinamis cepat dibandingkan dengan sistem konverter elektromekanikal.
Ada juga beberapa kekurangan signifikan dari konverter elektronika daya seperti berikut-
Rangkaian dalam sistem elektronika daya cenderung menghasilkan harmonisa dalam sistem pasokan serta rangkaian beban.
Konverter AC ke DC dan DC ke AC beroperasi dengan faktor daya rendah di bawah kondisi operasi tertentu.
Regenerasi daya sulit dalam sistem konverter elektronika daya.
Dalam proyek ini, tegangan rata-rata di lapangan mesin sinkron dikontrol menggunakan chopper boost. Chopper boost adalah konverter DC ke DC yang menyediakan tegangan output yang lebih tinggi dan terkontrol dari tegangan DC input tetap.
MOSFET adalah perangkat semikonduktor elektronika daya yang merupakan saklar sepenuhnya terkontrol (saklar yang bisa dihidupkan dan dimatikan). MOSFET digunakan sebagai perangkat beralih dalam rangkaian chopper boost ini. Terminal gerbang MOSFET didorong oleh sinyal modulasi lebar pulsa (PWM) yang dihasilkan menggunakan mikrokontroler. Tegangan suplai chopper diambil dari rektifier jembatan dioda melalui konversi AC/DC fase tunggal.
Skema kontrol eksitasi lapangan ini sangat efisien dan berukuran kecil, berkat keterlibatan rangkaian elektronika daya. Dalam banyak aplikasi industri, seperti kontrol daya reaktif, peningkatan faktor daya garis transmisi, diperlukan untuk mengubah eksitasi lapangan.
Drive ini mengambil daya dari sumber DC tetap dan mengonversinya menjadi tegangan DC variabel. Sistem chopper menawarkan kontrol halus, efisiensi tinggi, respons lebih cepat, dan fasilitas regenerasi. Secara dasar, chopper dapat dianggap sebagai setara DC dari transformator AC karena perilakunya identik. Karena chopper melibatkan konversi satu tahap, ini lebih efisien.
Prinsip Kerja Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Untuk memahami detail rencana proyek, mari kita pertimbangkan diagram blok di bawah ini:
Dari diagram di atas, kita dapat mengatakan bahwa untuk input 230V dari rektifier gelombang penuh, tegangan output adalah 146 (sekitar), tegangan lapangan mesin adalah 180V sehingga kita harus menaikkan tegangan melalui chopper peningkatan. Sekarang tegangan DC yang disesuaikan diberikan ke lapangan mesin sinkron. Tegangan output chopper dapat bervariasi dengan mengubah siklus tugas, untuk melakukan ini kita harus membuat generator pulsa dengan lebar pulsa yang dapat disesuaikan, dan ini dapat dilakukan dengan bantuan Mikrokontroler.
Dalam mikrokontroler, dengan membandingkan sinyal urutan acak dengan magnitudo tetap, kita dapat menghasilkan sinyal pulsa, tetapi untuk menghindari efek beban, disarankan isolasi listrik, untuk ini kita menggunakan opto coupler. Sebuah kapasitor telah digunakan dalam rangkaian chopper untuk menghilangkan ripple dari tegangan output. Telah disimulasikan bahwa induktor yang digunakan dalam rangkaian chopper harus mampu menangani 2-3 A arus selama periode hubungan pendek. Selain tegangan output yang diinginkan, kita juga harus merancang rangkaian agar dapat menahan kondisi gagal apa pun.
Untuk perlindungan overvoltage, kita akan menggunakan varistor oksida logam (MOV) yang resistansinya bergantung pada tegangan.
Untuk perlindungan overcurrent, kita dapat menggunakan Sekering batas arus pertama.
Untuk meningkatkan kualitas bentuk gelombang, kita dapat menggunakan rangkaian filter, yaitu filter L atau LC di output rektifier jembatan. Dioda yang digunakan harus memiliki waktu pemulihan balik yang sedikit, di sini kita dapat menggunakan dioda pemulihan cepat.
Nilai komponen rangkaian yang digunakan
Tegangan DC Input = 100V
Tegangan pulsa = 10V, Siklus tugas = 40%
Frekuensi chopper = 10 KHz
R = 225 ohm (Seperti yang dihitung dari rating mesin)
L = 10mH
C = 1pF
Data yang diperoleh dari output
Tegangan output: 174 V (Rata-rata)
Arus beban: 0,775 A (Rata-rata)
Arus sumber: 0,977 A
Pengembangan Lanjutan Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Masih ada ruang yang cukup untuk pengembangan masa depan yang akan meningkatkan sistem dan nilai bisnisnya.
Kontrol loop tertutup
Area aplikasi di mana pengguna berurusan dengan beban variabel, membutuhkan skema kontrol loop tertutup untuk mempertahankan eksitasi konstan. Tegangan referensi dan tegangan output aktual akan dibandingkan terlebih dahulu dan sinyal kesalahan dihasilkan. Sinyal kesalahan ini akan menentukan siklus tugas chopper.
Pengurangan efek suhu
Penggunaan kapasitor presisi, dioda beralih pasti dapat meningkatkan kinerja, tetapi mereka akan menambah biaya proyek.
Kesimpulan Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Dalam proyek kami, kami merancang dan menerapkan kontroler eksitasi hemat biaya dan ramah pengguna menggunakan Chopper. Pengguna target sistem ini adalah industri yang membutuhkan kontroler yang halus, efisien, dan kecil yang memberikan variasi tegangan yang luas. Jenis proyek ini sangat berguna di bidang industri negara berkembang seperti India, di mana krisis energi menjadi perhatian besar.
Kami telah belajar banyak melalui proyek ini. Kami mendapatkan pelajaran tentang kerja tim, koordinasi, kepemimpinan saat melewati berbagai tahap pengembangan proyek. Kami ditantang oleh kompleksitas teknologi yang diperlukan untuk membangun sistem. Ini membantu kami untuk menghubungkan dan menerapkan pengetahuan teoritis yang kami peroleh dalam kursus teknik.
Tidak ada dari kami yang memiliki pengalaman dengan kontrol elektronik motor sebelum proyek ini. Kami perlu belajar konsep dan teknik yang berbeda dengan cepat dan menerapkannya dalam sistem. Proyek ini juga memberikan kesempatan bagi kami untuk mengumpulkan pengalaman dalam pembangkitan sinyal pulsa dan area kontrol MOSFET daya. Pengalaman proyek ini sangat memperkaya pengetahuan kami dan mengasah keterampilan teknis kami.
