Sinhronā mašīna izsprostojuma kontrolē ar lūžņa palīdzību

Saturs

• Sinhronā mašīna, izmantojot šķērtošanu - darbības princips

• Sinhronā mašīna, izmantojot šķērtošanu - turpmākās attīstības aspekti

• Sinhronā mašīna, izmantojot šķērtošanu - secinājumi

Galvenie iegūtie zināšanas:

• Eksitācijas kontroles definīcija: Eksitācijas kontrolēšana sinhronajā mašīnā nozīmē pārvaldīt tās DC lauka eksitāciju, lai kontrolētu to veiktspēju.

• Darbības princips: Sinhronā mašīna, izmantojot šķērtošanu, strādā, palielinot spriegumu un kontrolējot to ar PWM signālu, lai sasniegtu vēlamo eksitāciju.

• Šķērtošanas priekšrocības: Šķērtošanas izmantošana eksitācijas kontrolei nodrošina augstu efektivitāti, kompakto izmēru, vienmērīgu kontrolēšanu un ātru atbildes laiku.

• Šķērtošanas shēmas komponenti: Galvenie komponenti ietver MOSFET, impulsskaita modulācijas signālu, diodu mostu, kondensatoru, induktoru un aizsardzības ierīces, piemēram, MOV un seglāmpu.

• Nākotnes uzlabojumi: Nākotnes attīstība var ietvert slēgto loku kontroli mainīgiem slodžiem un precīzus komponentus, lai uzlabotu veiktspēju un samazinātu temperatūras ietekmi.

Sinhronā mašīna ir universāla elektromašīna, kas tiek izmantota dažādos jomos, piemēram, enerģijas ražošanā, nemainīga ātruma uzturēšanā un jaudas faktora labojumā. Jaudas faktora kontrole notiek, pārvaldījot DC lauka eksitāciju. Šis darbs koncentrējas uz to, kā efektīvi mēs varam kontrolēt sinhronās mašīnas lauka eksitāciju.

Parastie DC eksitācijas metodes saskaras ar dzesēšanas un apkopes problēmām, jo rulli, šūnas un komutatori, it īpaši, kad dzelzceļa dzinēja reitingi palielinās. Modernās eksitācijas sistēmas mēra samazināt šīs problēmas, mazinot slīdošo kontaktu un šūnu skaitu.

Šis trends ir vedis pie statiskās eksitācijas attīstīšanas, izmantojot šķērtošanu. Modernās sistēmas izmanto polutrajektoru, diodu, tiristoru un transistoru. Elektronikā tiek apstrādāta liela elektriskā enerģijas daudzums, un AC/DC pārveidotāji ir visizplatītākie ierīču veidi.

Jaudas diapazons parasti ir no desmitiem līdz vairākiem simtiem vatam. Rūpniecībā bieži izmantotais piemērs ir maināmais ātruma pārveidotājs, kas tiek izmantots, lai kontrolētu indukcijas dzinēja ātrumu. Jaudas pārveidošanas sistēmas tiek klasificētas atkarībā no to ieejas un izvades jaudas tipa.

• AC uz DC (diodu mosts)

• DC uz AC (inverteris)

• DC uz DC (DC uz DC pārveidotājs)

• AC uz AC (AC uz AC pārveidotājs)

Tā saista gan rotējošas, gan stacionāras ierīces, lai ražotu, pārnestu un izmantotu lielu elektriskās jaudas daudzumu. DC-DC pārveidotājs ir elektronisks shēma, kas pārvērš tiešo strāvas avotu no viena sprieguma līmeņa uz citu. Jaudas elektronikas pārveidotāju priekšrocības ir šādas-

• Augsta efektivitāte, jo zemas zudējumi jaudas polutrajektoru ierīcēs.

• Augsta jaudas elektronikas pārveidotāju uzticamība.

• Ilgāka dzīves ilgums un mazāk apkope, jo nav kustīgo daļu.

• Operāciju elastība.

• Ātrs dinamiskais atbildes laiks salīdzinājumā ar elektromehānisko pārveidotāju sistēmu.

Ir arī dažas nozīmīgas jaudas elektronikas pārveidotāju trūkumi, piemēram, šādi-

• Jaudas elektronikas sistēmas tendējot radīt harmonikas snieguma sistēmā, kā arī slodzes shēmā.

• AC uz DC un DC uz AC pārveidotāji darbojas ar zemu ieejas jaudas faktoru noteiktās darbības apstākļos.

• Jaudas regenerācija ir grūta jaudas elektronikas pārveidotāju sistēmā.

Šajā projektā sinhronā mašīnas lauka vidējais spriegums tiek kontrolēts, izmantojot boost šķērtošanu. Boost šķērtošana ir DC uz DC pārveidotājs, kas nodrošina augstāku kontrolētu izvades spriegumu no fiksētā ieejas DC sprieguma.

MOSFET ir jaudas elektronikas polutrajektoru ierīce, kas ir pilnībā kontrolējamā šķērtošana (šķērtošana, kuras ieiet un iziet var tikt kontrolēts). MOSFET tiek izmantots kā šķērtošanas ierīce šajā Boost šķērtošanas shēmā. MOSFET vārdienkabes termināls tiek pārvedams ar impulsskaita modulācijas (PWM) signālu. Tas tiek ģenerēts, izmantojot mikrokontroleri. Šķērtošanas pārveidotāja piegādes spriegums ir gūts no diodu mosta, konvertējot vienvadu AC/DC.

Šī lauka eksitācijas kontroles shēma ir ļoti efektīva un kompakta, tā kā tai piedalās jaudas elektronikas shēma. Daudzās rūpnieciskās lietojumā, piemēram, reaktivās jaudas kontrole, jaudas faktora uzlabošana pārvades līnijā, ir nepieciešams mainīt lauka eksitāciju.

Šis pārveidotājs gūst jaudu no fiksētā DC avota un to pārveido par mainīgu DC spriegumu. Šķērtošanas sistēmas piedāvā vienmērīgu kontrolēšanu, augstu efektivitāti, ātru atbildes laiku un regenerācijas iespēju. Būtībā šķērtošana var tikt uzskatīta par DC ekvivalentu AC transformatoram, jo tie uzvedas identiski. Tā kā šķērtošanai ir tikai viena konversijas fāze, tās ir efektīvākas.

Sinhronā mašīna, izmantojot šķērtošanu - darbības princips

Lai labāk saprastu projekta plānu, aplūkosim šo bloku diagrammu zemāk:

No minētās diagrammas mēs varam teikt, ka pie 230V ievades pilnvadu dioda mosta izvade ir aptuveni 146V, bet mašīnas lauka spriegums ir 180V, tāpēc mums jāpalielina spriegums, izmantojot step-up šķērtošanu. Tagad pielāgotais DC spriegums tiek nodots sinhronās mašīnas laukam. Šķērtošanas izvades spriegumu var mainīt, mainot impulsu koeficientu, un to mēs varam izdarīt, izmantojot regulējamu impulsu ģeneratoru, ko var izveidot ar mikrokontroleri.

Mikrokontrollerī, salīdzinot nejaušu sekvences signālu ar nemainīgu amplitūdu, mēs varam ģenerēt impulsu signālu, bet, lai izvairītos no ielādes efekta, ir ieteicams izmantot elektrisko izolāciju. Mēs izmantojam optokopli. Šķērtošanas shēmā ir izmantota kondensators, lai noņemtu izvades sprieguma vibrācijas. Ir simulēts, ka šķērtošanas shēmā izmantotais induktors jāspēj apstrādāt 2-3 A strāvu īsās slodzes laikā. Kā arī, pievēršoties vēlamam izvades spriegumam, mums jāprojektē shēma tā, lai tā varētu izturēt jebkuru kļūdas stāvokli.

• Pārsprieguma aizsardzībai mēs izmantosim metāla oksīda varistoru (MOV), kura pretestība atkarīga no sprieguma.

• Pārstrāvas aizsardzībai mēs varam izmantot pirmo darbojošos strāvas ierobežojošo seglāmpu.

Lai uzlabotu formas kvalitāti, mēs varam izmantot filtra shēmu, galvenokārt L vai LC filtru diodu mosta izvadē. Dioda, kas tika izmantota, jābūt ar īsu inversā atkopšanas laiku, tāpēc mēs varam izmantot ātru atkopšanas diodu.

Izmantoto shēmas komponentu vērtības

Ievades DC spriegums = 100V
Impulsu spriegums = 10V, Impulsu koeficients = 40%
Šķērtošanas frekvence = 10 kHz
R = 225 om (Kā aprēķināts no mašīnas reitingiem)
L = 10 mH
C = 1 pF

Dati, iegūti no izvades
Izvades spriegums: 174 V (Vidējais)
Slodzes strāva: 0,775 A (Vidējais)
Avota strāva: 0,977 A

Sinhronā mašīna, izmantojot šķērtošanu - turpmākās attīstības aspekti

Turpmākai attīstībai, kas uzlabotu sistēmu un palielinātu tās biznesa vērtību, joprojām ir daudz iespēju.

Aizvērtā loka kontrole

Lietotāju jomās, kur tiek risinātas mainīgas slodzes, ir nepieciešama aizvērtā loka kontrolēšanas shēma, lai uzturētu nemainīgu eksitāciju. Pirmajā vietā tiks salīdzināts referenčais spriegums un faktiskais izvades spriegums, un tiks ģenerēts kļūdas signāls. Šis kļūdas signāls lems šķērtošanas impulsu koeficientu.

Temperatūras ietekmes samazināšana

Precīzu kondensatoru un šķērtošanas diodu izmantošana noteikti uzlabos veiktspēju, bet tas palielinās projekta izmaksas.

Sinhronā mašīna, izmantojot šķērtošanu - secinājumi

Mūsu projektā mēs izstrādājām un ieviesām zemizmaksas un lietotājam draudzīgu eksitācijas kontrolētāju, izmantojot šķērtošanu. Sistēmas mērķa lietotāji ir rūpniecības nozares, kurām ir vajadzīgs vienmērīgs, efektīvs un mazs kontrolētājs, kas piedāvā plašu sprieguma maiņas diapazonu. Šāda veida projekts ir ļoti noderīgs jaunattīstības valstu, piemēram, Indijas, rūpniecības nozarēs, kur enerģētikas krīze ir liela problēma.

Projektā mēs daudz ko iemācījām. Projekta dažādo attīstības fāžu laikā mēs ieguvām pieredzi komandas darbā, koordinācijā un vadībā. Mēs tika izaicināti ar nepieciešamajām tehnoloģijām, lai izveidotu sistēmu. Tas palīdzēja mums savietot un piemērot teorētisko zināšanu, ko ieguvām inženierzinātņu kursā.

Neviens no mums nebija pieredze ar dzinēju elektronisko kontrolēšanu pirms projekta. Mums bija jāmācās dažādi koncepti un tehnikas ātri un tos jāpielieto sistēmā. Projekts arī deva mums iespēju iegūt pieredzi impulsu signālu ģenerēšanā un jaudas MOSFET kontrolēšanā. Šī projekta pieredze lielā mērā bagātināja mūsu zināšanas un izpratni par tehnisko prasmju jomām.