チョッパを使用した同期機の励磁制御 申し訳ありません、上記は日本語への翻訳です。以下が正確な韓国語への翻訳となります： チョッパ를 사용한 동기 기계의 권유 제어

목차

• チョッパーを使用した同期機の動作原理

• チョッパーを使用した同期機のさらなる発展

• チョッパーを使用した同期機の結論

주요 학습 내용:

• 勵磁制御の定義: 勵磁制御とは、同期機の性能を制御するためにDCフィールド励磁を管理することです。

• 작동 원리: 채퍼를 사용한 동기 기계의 작동 원리는 PWM 신호를 통해 전압을 단계적으로 올려서 원하는 자속을 얻는 것입니다.

• 채퍼의 장점: 채퍼를 사용한 자속 제어는 높은 효율성, 소형화, 부드러운 제어, 빠른 응답 등을 제공합니다.

• 채퍼 회로의 구성 요소: 주요 구성 요소는 MOSFET, 맥스 폭 변조 신호, 정류기, 커패시터, 인덕터, MOV 및 퓨즈와 같은 보호 장치가 있습니다.

• 미래 개선 사항: 미래 개발에는 가변 부하에 대한 폐루프 제어와 성능 향상 및 온도 영향 감소를 위한 정밀 구성 요소가 포함될 수 있습니다.

동기 기기는 발전, 일정 속도 유지, 전력 인자 개선 등 다양한 분야에서 사용되는 다목적 전기 기기입니다. 전력 인자 제어는 DC 필드 자속을 관리하여 수행됩니다. 본 논문은 동기 기기의 필드 자속을 얼마나 효과적으로 제어할 수 있는지에 초점을 맞추고 있습니다.

전통적인 DC 자속 방법은 슬립 링, 브러시, 콜렉터 때문에 냉각과 유지보수 문제를 겪게 됩니다. 특히 교류 발전기의 등급이 증가할수록 이러한 문제가 심각해집니다. 현대적인 자속 시스템은 슬라이딩 접촉과 브러시의 수를 최소화하여 이러한 문제를 줄이려고 합니다.

이 추세는 채퍼를 사용한 정태 자속의 개발로 이어졌습니다. 현대 시스템은 다이오드, thyristors 및 트랜지스터와 같은 반도체 스위칭 장치를 사용합니다. 전력 전자학에서는 AC/DC 변환기가 가장 일반적인 장치인 대량의 전기를 처리합니다.

전력 범위는 일반적으로 수십 와트에서 수백 와트까지 다양합니다. 산업에서는 유도 모터의 속도를 제어하기 위해 가변 속도 드라이브가 일반적으로 사용됩니다. 전력 변환 시스템은 입력 및 출력 전력 유형에 따라 분류됩니다.

• AC to DC (rectifier)

• DC to AC (inverter)

• DC to AC (DC to DC converter)

• AC to AC (AC to AC converter)

이는 회전 및 정지 장비 모두를 다루며, 거대한 양의 전력을 발생, 전송, 활용합니다. DC-DC 변환기는 하나의 직류 전압 수준에서 다른 수준으로 변환하는 전자 회로입니다.
전력 전자 변환기의 장점은 다음과 같습니다-

• 전력 반도체 장치의 낮은 손실로 인한 높은 효율성.

• 전력 전자 변환 시스템의 높은 신뢰성.

• 움직이는 부품이 없어서 오래 지속되고 유지보수가 적음.

• 운영의 유연성.

• 전기-기계 변환 시스템보다 빠른 동적 응답.

전력 전자 변환기에는 다음과 같은 몇 가지 중요한 단점도 있습니다-

• 전력 전자 시스템의 회로는 공급 시스템뿐만 아니라 부하 회로에서도 고조파를 생성하는 경향이 있습니다.

• AC to  DC 및 DC to AC 변환기는 특정 작동 조건에서 저 전력 인자로 작동합니다.

• 전력 전자 변환 시스템에서 전력 재생은 어렵습니다.

본 프로젝트에서는 부스트 채퍼를 사용하여 동기 기기의 필드 전압을 제어합니다. 부스트 채퍼는 고정된 입력 DC 전압에서 더 높은 제어된 출력 전압을 제공하는 DC to DC 변환기입니다.

MOSFET은 완전히 제어 가능한 스위치(켜짐과 끄짐을 모두 제어할 수 있는 스위치)인 전력 전자 반도체 장치입니다. MOSFET은 이 부스트 채퍼 회로의 스위칭 장치로 사용됩니다. MOSFET의 게이트 단자는 마이크로컨트롤러를 사용하여 생성된 맥스 폭 변조(PWM) 신호로 구동됩니다. 채퍼의 공급 전압은 단상 AC/DC 변환을 통해 다이오드 브릿지 정류기에서 가져옵니다.

전력 전자 회로의 사용으로 인해 이 자속 제어 방식은 매우 효율적이고 소형입니다. 많은 산업 애플리케이션에서, 예를 들어 무효전력 제어, 전력 인자 개선, 송전선의 자속 변경이 필요합니다.

이 드라이브는 고정된 DC 소스에서 전력을 가져와 변수 DC 전압으로 변환합니다. 채퍼 시스템은 부드러운 제어, 높은 효율성, 빠른 응답 및 재생 기능을 제공합니다. 기본적으로 채퍼는 AC 변압기의 DC 상당물로 간주될 수 있으며, 그들이 동일한 방식으로 작동하기 때문입니다. 채퍼는 한 단계 변환만 포함하므로 더 효율적입니다.

채퍼를 사용한 동기 기기의 작동 원리

프로젝트 계획의 세부 사항을 이해하려면 아래 블록 다이어그램을 살펴보세요:

위 다이어그램에서我们可以看到，对于全波整流器的230V输入，输出电压约为146V。机器的磁场电压为180V，因此我们需要通过升压斩波器来提升电压。调整后的直流电压被馈送到同步机的磁场中。通过改变占空比可以调节斩波器的输出电压，为此我们需要生成一个可调脉宽的脉冲信号，这可以通过微控制器实现。 在微控制器中，通过将随机序列信号与恒定幅度信号进行比较，可以生成脉冲信号，但为了避免加载效应，建议使用电气隔离，这里我们使用了光电耦合器。为了消除输出电压中的纹波，在斩波电路中使用了一个电容器。仿真表明，斩波电路中使用的电感应在短路期间能够处理2-3A的电流。除了所需的输出电压外，还应设计电路以承受任何故障条件。 - 为了过电压保护，我们将使用金属氧化物压敏电阻（MOV），其电阻取决于电压。 - 对于过电流保护，我们可以使用快速动作限流熔丝。 为了改善波形质量，可以在桥式整流器的输出端使用滤波电路，通常是L或LC滤波器。所使用的二极管应具有较短的反向恢复时间，这里可以使用快速恢复二极管。 ### 使用的电路组件值 - 输入直流电压 = 100V - 脉冲电压 = 10V，占空比 = 40% - 斩波频率 = 10 KHz - R = 225 欧姆（根据机器额定值计算） - L = 10mH - C = 1pF 从输出获得的数据 - 输出电压：174 V（平均） - 负载电流：0.775 A（平均） - 电源电流：0.977 A ### 使用斩波器的同步机的进一步发展 仍有很大的发展空间，可以增强系统并提高其商业价值。 #### 闭环控制 在用户处理可变负载的应用领域，需要闭环控制方案以保持恒定的励磁。首先比较参考电压和实际输出电压，生成误差信号。该误差信号将决定斩波器的占空比。 #### 减少温度影响 使用精密电容和开关二极管可以显著提高性能，但这会增加项目的成本。 ### 使用斩波器的同步机的结论 在我们的项目中，我们设计并实现了一种低成本且用户友好的励磁控制器。该系统的最终用户是需要平滑、高效且小型控制器的行业，这些控制器可以提供广泛的电压变化范围。这种类型的项目在像印度这样的发展中国家的工业领域非常有用，因为那里能源危机是一个重大问题。 通过这个项目，我们学到了很多。我们在项目开发的各个阶段学习了团队合作、协调和领导能力。我们被构建系统所需的技术复杂性所挑战，这帮助我们将工程课程中获得的理论知识联系起来并应用到实践中。 在项目开始之前，我们都没有电机电子控制的经验。我们需要快速学习不同的概念和技术，并将其应用于系统中。该项目还为我们提供了积累脉冲信号生成和功率MOSFET控制领域的经验的机会。这个项目极大地丰富了我们的知识，并提高了我们的技术技能。

위 다이어그램에서 볼 수 있듯이, 전체 파장 정류기의 230V 입력에 대해 출력 전압은 약 146V입니다. 기계의 필드 전압은 180V이므로 스테핑 업 채퍼를 통해 전압을 올려야 합니다. 이제 조정된 DC 전압이 동기 기기의 필드에 공급됩니다. 채퍼의 출력 전압을 변경하려면 듀티 사이클을 변경해야 하며, 이를 위해 미세제어기를 사용하여 조정 가능한 맥폭의 펄스 신호를 생성해야 합니다.

마이크로컨트롤러에서 임의의 시퀀스 신호와 일정한 크기의 신호를 비교하여 펄스 신호를 생성할 수 있지만, 로딩 효과를 피하기 위해 전기적 절연이 권장되며, 이를 위해 광커플러를 사용합니다. 출력 전압의 리플을 제거하기 위해 채퍼 회로에 커패시터가 사용되었습니다. 시뮬레이션 결과, 채퍼 회로에서 사용된 인덕터는 단락 시 2-3A의 전류를 처리할 수 있어야 함을 확인했습니다. 원하는 출력 전압 외에도, 모든 고장 상태를 견딜 수 있도록 회로를 설계해야 합니다.

• 과전압 보호를 위해, 전압에 따라 저항이 달라지는 금속산화물 변저(MOV)를 사용합니다.

• 과전류 보호를 위해, 첫 번째 작동하는 전류 제한용 퓨즈를 사용할 수 있습니다.

파형의 품질을 개선하기 위해, 교정 회로에서 L 또는 LC 필터를 사용할 수 있습니다. 여기서 사용된 다이오드는 짧은 역방향 복구 시간을 가져야 하며, 빠른 복구 다이오드를 사용할 수 있습니다.

사용된 회로 구성 요소 값

입력 DC 전압 = 100V
펄스 전압 = 10V, 듀티 사이클 = 40%
채퍼 주파수 = 10 KHz
R = 225Ω (기계 등급으로부터 계산)
L = 10mH
C = 1pF

출력에서 얻은 데이터
출력 전압: 174 V (평균)
부하 전류: 0.775 A (평균)
소스 전류: 0.977 A

채퍼를 사용한 동기 기기의 추가 개발

시스템을 향상시키고 사업 가치를 높이기 위한 미래 개발 여지가 여전히 많이 남아 있습니다.

폐루프 제어

변동 부하를 다루는 응용 분야에서는, 일정한 자속을 유지하기 위해 폐루프 제어 방식이 필요합니다. 참조 전압과 실제 출력 전압을 먼저 비교하고, 오류 신호를 생성합니다. 이 오류 신호는 채퍼의 듀티 사이클을 결정합니다.

온도 영향 감소

정밀 커패시터와 스위칭 다이오드의 사용은 성능을 확실히 향상시키지만, 이는 프로젝트 비용을 증가시킬 것입니다.

채퍼를 사용한 동기 기기의 결론

우리의 프로젝트에서, 우리는 저렴하고 사용자 친화적인 자속 제어기를 설계하고 구현했습니다. 시스템의 대상 사용자는 부드럽고 효율적이며 작은 제어기를 요구하는 산업입니다. 이 종류의 프로젝트는 에너지 위기가 큰 문제인 인도와 같은 개발 도상국의 산업 분야에서 매우 유용합니다.

우리는 프로젝트를 통해 많은 것을 배웠습니다. 프로젝트 개발의 다양한 단계를 거치면서 팀워크, 협력, 리더십에 대한 교훈을 얻었습니다. 시스템을 구축하는 데 필요한 기술의 복잡성에 도전하면서, 우리가 공학 과정에서 얻은 이론적 지식을 연결하고 적용할 수 있었습니다.

프로젝트 전에는 우리 중 누구도 전동기의 전자 제어 경험은 없었습니다. 우리는 다양한 개념과 기술을 빠르게 배우고 시스템에 적용해야 했습니다. 프로젝트는 또한 펄스 신호 생성과 파워 MOSFET 제어 분야에서 경험을 축적할 수 있는 기회를 제공했습니다. 이 프로젝트 경험은 우리의 지식을 크게 풍부하게 하고 기술 능력을 향상시켰습니다.