Aansturing van Synchrone Machine Met Behulp Van Chopper

Inhoud

• Werking van synchrone machine met chopper

• Verdere ontwikkeling van synchrone machine met chopper

• Conclusie van synchrone machine met chopper

Belangrijkste inzichten:

• Definitie van opwekking controle: Opwekking controle wordt gedefinieerd als het beheer van de gelijkstroomveldopwekking in een synchrone machine om de prestaties ervan te regelen.

• Werking principes: Het werking principe van een synchrone machine met behulp van een chopper omvat het verhogen van de spanning en het regelen ervan via PWM-signalen om de gewenste opwekking te bereiken.

• Voordelen van chopper: Het gebruik van een chopper voor opwekking controle biedt hoge efficiëntie, compacte afmetingen, soepele controle en snelle reactie.

• Componenten in chopper circuit: Belangrijke componenten zijn een MOSFET, pulsbreedtemodulatie signaal, rectifier, condensator, spoel, en beschermingsapparatuur zoals MOV en zekering.

• Toekomstige verbeteringen: Toekomstige ontwikkelingen kunnen gesloten luscontrole voor variabele belastingen en precisiecomponenten om de prestaties te verbeteren en temperatuureffecten te verminderen omvatten.

Een synchrone machine is een veelzijdige elektrische machine die in verschillende velden wordt gebruikt, zoals energieopwekking, constante snelheid handhaven en cosinus phi correctie. Cosinus phi controle wordt uitgevoerd door het beheren van de gelijkstroomveldopwekking. Deze studie richt zich op hoe we de veldopwekking van een synchrone machine efficiënt kunnen controleren.

Traditionele gelijkstroomopwekkingsmethoden hebben problemen met koeling en onderhoud door slipringen, borstels en commutatoren, vooral wanneer de alternator waarden toenemen. Moderne opwekkingsystemen proberen deze problemen te verminderen door het aantal glijdende contacten en borstels te minimaliseren.

Deze trend heeft geleid tot de ontwikkeling van statische opwekking met behulp van een chopper. Moderne systemen gebruiken halfgeleider schakelapparaten zoals diode, thyristor en transistor. In de kracht-elektronica wordt een aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie verwerkt, waarbij AC/DC-converters de meest typische apparaten zijn.

Het vermogensbereik varieert doorgaans van tientallen tot enkele honderden watt. In de industrie is een veelvoorkomende toepassing de variabele snelheidsaandrijving die wordt gebruikt om de snelheid van een asynchrone motor te controleren. Krachtconversiesystemen worden ingedeeld op basis van hun invoer- en uitvoervermogentypen.

• AC naar DC (rectifier)

• DC naar AC (inverter)

• DC naar DC (DC naar DC-converter)

• AC naar AC (AC naar AC-converter)

Het gaat zowel over roterende als statische apparatuur voor de generatie, transmissie en benutting van grote hoeveelheden elektrische energie. Een DC-DC-converter is een elektronisch circuit dat een bron van gelijkstroom van één spanningsniveau naar een ander converteert.
De voordelen van kracht-elektronische converters zijn als volgt-

• Hoge efficiëntie door lage verliezen in kracht-halfgeleiderapparaten.

• Hoge betrouwbaarheid van kracht-elektronische converter systemen.

• Lange levensduur en minder onderhoud door afwezigheid van bewegende delen.

• Flexibiliteit in bedrijf.

• Snelle dynamische respons ten opzichte van elektromechanische convertersystemen.

Er zijn ook enkele significante nadelen van kracht-elektronische converters, zoals de volgende-

• Circuits in kracht-elektronische systemen hebben de neiging harmonischen te genereren in het voedingssysteem evenals in het belastingscircuit.

• AC naar DC en DC naar AC converters werken bij lage invoer cosinus phi onder bepaalde werkcondities.

• Regeneratie van energie is moeilijk in kracht-elektronische convertersystemen.

In dit project wordt de gemiddelde spanning over het veld van een synchrone machine gecontroleerd met behulp van een boost chopper. Een boost chopper is een DC naar DC-converter die een hogere gecontroleerde uitgangsspanning levert vanaf een vaste invoer DC-spanning.

MOSFET is een kracht-elektronische halfgeleiderapparaat dat een volledig gecontroleerde schakelaar is (een schakelaar waarvan zowel het aanzetten als uitzetten kan worden gecontroleerd). MOSFET wordt gebruikt als het schakelapparaat in dit Boost chopper circuit. Het gate-terminal van de MOSFET wordt aangedreven door een pulsbreedtemodulatie (PWM) signaal. Dit wordt gegenereerd met behulp van een microcontroller. De voedingsspanning van de chopper is verkregen van een diodebrugrectifier door conversie van enkele fase AC/DC.

Dit schema voor veldopwekking controle is uiterst efficiënt en compakt van grootte, dankzij de betrokkenheid van kracht-elektronische circuits. In veel industriële toepassingen, zoals reactiviteitskrachtcontrole, cosinus phi verbetering van transmissielijn is het nodig om de veldopwekking te wijzigen.

Deze aandrijving haalt energie uit een vaste DC-bron en converteert deze naar een variabele DC-spanning. Choppersystemen bieden soepele controle, hoge efficiëntie, snellere respons en regeneratiemogelijkheden. Eigenlijk kan een chopper worden beschouwd als de DC-equivalent van een AC-transformator, omdat ze op identieke wijze functioneren. Aangezien een chopper slechts één stapsconversie omvat, zijn deze efficiënter.

Werking principes van synchrone machine met chopper

Om de details van het projectplan te begrijpen, laten we de volgende blokschema overwegen:

Uit het bovenstaande diagram kunnen we concluderen dat voor een invoer van 230V van een fullwave rectifier de uitgangsspanning ongeveer 146V is. De veldspanning van de machine is 180V, dus moeten we de spanning verhogen via de step-up chopper. Nu wordt de aangepaste DC-spanning gevoed aan het veld van de synchrone machine. De uitgangsspanning van de chopper kan worden aangepast door de duty cycle te veranderen. Hiervoor moeten we een puls-generator met een verstelbare pulsbreedte maken, en dit kan worden gedaan met behulp van een microcontroller.

In de microcontroller kunnen we een pulssignaal genereren door een willekeurig sequentiesignaal te vergelijken met een constante magnitude, maar om het belastings effect te voorkomen, is het raadzaam om elektrische isolatie toe te passen. Hiervoor gebruiken we een optokoppelaar. Een condensator is gebruikt in het choppercircuit om de rimpel uit de uitgangsspanning te verwijderen. Het is gesimuleerd dat de spoel die in het choppercircuit wordt gebruikt, 2-3 A stroom moet kunnen hanteren tijdens de kortsluitperiode. Naast de gewenste uitgangsspanning, moeten we het circuit ook zo ontwerpen dat het bestand is tegen eventuele storingen.

• Voor overspanningsbescherming zullen we metal oxide varistors (MOV) gebruiken, waarvan de weerstand afhankelijk is van de spanning.

• Voor overstroombescherming kunnen we eerst een stroombeperkende zekering gebruiken.

Om de kwaliteit van de golfvorm te verbeteren, kunnen we een filtercircuit gebruiken, bijvoorbeeld een L- of LC-filter aan de uitgang van de brugrectifier. De diode die wordt gebruikt, moet een korte hersteltijd hebben, hier kunnen we een snelle hersteldiode gebruiken.

Waarden van de circuitcomponenten die zijn gebruikt

Invoer DC-spanning = 100V
Pulsspanning = 10V, Duty = 40%
Chopping frequentie = 10 KHz
R = 225 ohm (zoals berekend uit de machinerating)
L = 10mH
C = 1pF

Gegevens verkregen van de uitgang
Uitgangsspanning: 174 V (Gemiddeld)
Belastingsstroom: 0.775 A (Gemiddeld)
Brongstroom: 0.977 A

Verdere ontwikkeling van synchrone machine met chopper

Er is nog veel ruimte voor toekomstige ontwikkeling die het systeem zou verbeteren en de zakelijke waarde ervan zou verhogen.

Gesloten luscontrole

Bij toepassingsgebieden waar de gebruiker te maken heeft met variabele belasting, is een gesloten luscontroleschema nodig om constante opwekking te handhaven. De referentiespanning en de werkelijke uitgangsspanning worden eerst vergeleken en er wordt een foutsignaal gegenereerd. Dit foutsignaal zal de duty cycle van de chopper bepalen.

Vermindering van temperatureffect

Het gebruik van precisiecondensatoren, schakel-diodes kan zeker de prestaties verbeteren, maar dit zal bijdragen aan de kosten van het project.

Conclusie van synchrone machine met chopper

In ons project hebben we een laagbudget en gebruikersvriendelijke opwekkingscontroller ontworpen en geïmplementeerd met behulp van een chopper. De doelgroep van het systeem zijn industrieën die een soepele, efficiënte en kleine controller nodig hebben die een breed spanningsbereik biedt. Dit soort project is echt nuttig in de industriële sectoren van ontwikkelingslanden zoals India, waar energiecrisis een groot probleem is.

We hebben veel geleerd door het project. We hebben les geleerd over teamwork, coördinatie, leiderschap terwijl we door verschillende fasen van de ontwikkeling van het project gingen. We werden uitgedaagd door de complexiteit van de technologieën die nodig waren om het systeem te bouwen. Dit hielp ons om de theoretische kennis die we in onze ingenieursopleiding hebben verkregen, te correleren en toe te passen.

Niemand van ons had ervaring met elektronische controle van motoren voor het project. We moesten verschillende concepten en technieken snel leren en deze in het systeem toepassen. Het project bood ons ook de kans om ervaring op te doen in pulsgeneratie en kracht-MOSFET controle. Deze projectervaring heeft onze kennis enorm verrijkt en onze technische vaardigheden aangescherpt.