Krmiljenje vzbuđevanja sinhronnega motorja z uporabo čopera

Vsebina

• Delovanje sinhronnega stroja z uporabo preklopnika

• Nadaljnji razvoj sinhronnega stroja z uporabo preklopnika

• Zaključek o sinhronnem stroju z uporabo preklopnika

Ključni učinki:

• Definicija nadzora nadzbujanja: Nadzor nadzbujanja je definiran kot upravljanje DC polja nadzbujanja v sinhronnem stroju za nadzor njegove delovne zmogljivosti.

• Delovni način: Delovni način sinhronnega stroja z uporabo preklopnika vključuje povišanje napetosti in njeno nadzor s PWM signalom, da se doseže željeno nadzbujanje.

• Prednosti preklopnika: Uporaba preklopnika za nadzor nadzbujanja ponuja visoko učinkovitost, kompaktno obliko, gladko krmiljenje in hitro odzivanje.

• Komponente v preklopni shemi: Ključne komponente vključujejo MOSFET, širinsko modulirani signal, pravokotnik, kondenzator, induktor in varnostne naprave, kot so MOV in preplinik.

• Buduče izboljšave: Buduči razvoji lahko vključujejo zaprto zanko za spremenljive obtežbe in natančne komponente za izboljšanje zmogljivosti in zmanjšanje temperaturnih učinkov.

Sinhronni stroj je veščinski električni stroj, uporabljen v različnih področjih, kot so proizvodnja energije, vzdrževanje konstantne hitrosti in popravilo faktorja moči. Faktor moči se nadzira z upravljanjem DC polja nadzbujanja. Ta teza se osredotoča na to, kako učinkovito lahko nadziramo polje nadzbujanja sinhronnega stroja.

Tradicionalne metode DC nadzbujanja soočajo z problemi hlajenja in vzdrževanja zaradi kliznih kolcev, cepel in komutatorjev, še posebej, ko se alternator ocene povečajo. Sodobni sistemi nadzbujanja skušajo zmanjšati te probleme z zmanjšanjem števila kliznih stikov in cepel.

Ta trend je vodil do razvoja statičnega nadzbujanja z uporabo preklopnika. Sodobni sistemi uporabljajo polprevodniške preklopne naprave, kot so dioda, tiristorji in tranzistorji. V elektroniki moči se obdeluje veliko električne energije, pri čemer so najpogostejše naprave pretvarjalniki AC/DC.

Močna območja običajno segajo od desetin do nekaj stotin vat. V industriji je pogosto uporabljena variabilna pogonska enota za nadzor hitrosti indukcijskega motorja. Sistemi pretvorbe moči so klasificirani glede na vrste vhodne in izhodne moči.

• AC v DC (pravokotnik)

• DC v AC (pretvarjalnik)

• DC v AC (DC v DC pretvarjalnik)

• AC v AC (AC v AC pretvarjalnik)

To zajema rotirajočo in statično opremo za proizvodnjo, prenos in uporabo velike količine električne energije. Pretvarjalnik DC-DC je električna shema, ki pretvori vir neprekinjene struje s ene raven napetosti na drugo. Prednosti pretvarjalnikov elektronike moči so naslednje-

• Visoka učinkovitost zaradi nizkih izgub v polprevodniških napravah.

• Visoka zanesljivost sistema pretvorbe elektronike moči.

• Dolgo življenje in manj vzdrževanja zaradi odsotnosti gibanj.

• Prilagodljivost v delovanju.

• Hitro dinamično odzivanje v primerjavi z elektromehanskim sistemom pretvorbe.

Obstajajo tudi nekateri pomembni negativi pretvarjalnikov elektronike moči, kot so naslednji-

• Sheme v sistemih elektronike moči imajo tendenco generirati harmonike v sistemu oskrbe in v shemi obtežbe.

• Pretvarjalniki AC v DC in DC v AC delujejo na nizkem vhodnem faktoru moči pod določenimi delovnimi pogoji.

• Regeneracija moči je težka v sistemih pretvorbe elektronike moči.

V tem projektu je povprečna napetost v polju sinhronnega stroja nadzirana z uporabo boost preklopnika. Boost preklopnik je DC v DC pretvarjalnik, ki zagotavlja višjo kontrolirovanu izhodno napetost iz fiksne vhodne DC napetosti.

MOSFET je polprevodniška naprava elektronike moči, ki je popolnoma nadzorovana zaprljalka (zaprljalka, katere vklop in izklop sta lahko nadzorovana). MOSFET se uporablja kot zaprljalka v tej shemi boost preklopnika. Zaznamovalni terminal MOSFET-a je pogonjen z širinsko moduliranim (PWM) signalom, ki ga generira mikrokontroler. Napetost oskrbe preklopnika je prevzeta iz diodnega mosta pravokotnika z pretvorbo enofaznega AC/DC.

Ta shema nadzora nadzbujanja je izredno učinkovita in kompaktna zaradi vključitve elektronike moči. V mnogih industrijskih aplikacijah, kot je nadzor reaktivne moči, popravilo faktorja moči prenosne linije, je potrebno spremeniti polje nadzbujanja.

Ta pogon prevzame moč iz fiksne DC vire in jo pretvori v spremenljivo DC napetost. Sistemi preklopnikov ponujajo gladko krmiljenje, visoko učinkovitost, hitro odzivanje in možnost regeneracije. Osnovno lahko preklopnik smatramo kot DC ekvivalent AC transformatorja, ker se obnašata identično. Ker preklopniki vključujejo eno stopnjo pretvorbe, so bolj učinkoviti.

Delovanje sinhronnega stroja z uporabo preklopnika

Da bi razumeli podrobnosti načrta projekta, upoštevajmo ta blokovni diagram spodaj:

Iz zgornjega diagrama lahko rečemo, da za vhod 230V celovitega pravokotnika je izhodna napetost 146 (približno), polje stroja pa ima napetost 180V, zato moramo povišati napetost skozi preklopnik. Nastavljena DC napetost je zdaj krmljena v polje sinhronnega stroja. Izhodna napetost preklopnika se lahko spreminja s spreminjanjem dolžine pulza, kar lahko storimo s pomočjo mikrokontrolera.

V mikrokontrolerju lahko generiramo pulzni signal z primerjanjem naključnega zaporedja signala z konstantno amplitudo, vendar je za izogibanje učinku obtežbe priporočljiva električna izolacija, zato uporabljamo optokupler. Kondenzator je bil uporabljen v shemi preklopnika, da bi odstranili valovanje iz izhodne napetosti. Simulacije kažejo, da induktor, uporabljen v shemi preklopnika, mora biti sposoben obravnavati 2-3 A struje med kratkim zamenkom. Poleg želenega izhodnega napetosti moramo tudi shemo oblikovati tako, da bo lahko prenašala kakršnekoli stanje hiba.

• Za zaščito pred previsokim napetostom bomo uporabili metalne oksidne varistorje (MOV), katerih upornost je odvisna od napetosti.

• Za zaščito pred previsoko strujom lahko uporabimo prvi ukrepanje omejevalni preplinik.

Za izboljšanje kakovosti talasne oblike lahko uporabimo filtrirno shemo, osnovno L ali LC filter na izhodu mosta pravokotnika. Dioda, ki je bila uporabljena, bi morala imeti majhen čas obrnjenega povratka, tu lahko uporabimo hitro povratno diodo.

Vrednosti komponent sheme, ki so bile uporabljene

Vhodna DC napetost = 100V
Pulzna napetost = 10V, Dolžina pulza = 40%
Frekvenca preklopa = 10 KHz
R = 225 ohm (kot je izračunano iz ocene stroja)
L = 10mH
C = 1pF

Podatki, pridobljeni iz izhoda
Izhodna napetost: 174 V (povprečje)
Struja obtežbe: 0,775 A (povprečje)
Struja vira: 0,977 A

Nadaljnji razvoj sinhronnega stroja z uporabo preklopnika

Še vedno obstaja veliko prostora za nadaljnji razvoj, ki bi izboljšal sistem in povečal njegovo poslovno vrednost.

Zaprta zanka nadzora

Uporabniški področji, kjer se uporabnik sooča z spremenljivimi obtežbami, potrebujejo shemo zaprte zanke nadzora, da ohranjajo konstantno nadzbujanje. Referenčna napetost in dejanska izhodna napetost se najprej primerjata in generira se signal napake. Ta signal napake bo odločal o dolžini pulza preklopnika.

Zmanjšanje temperaturnih učinkov

Uporaba natančnega kondenzatorja, preklopne diode lahko zagotovo izboljša zmogljivost, a bo prispevala k stroškom projekta.

Zaključek o sinhronnem stroju z uporabo preklopnika

V našem projektu smo oblikovali in implementirali ceno ugoden in uporabniku prijazen nadzornik nadzbujanja z uporabo preklopnika. Ciljni uporabniki sistema so industrije, ki potrebujejo gladko, učinkovito in majhen nadzornik, ki omogoča širok spekter sprememb napetosti. Ta vrsta projekta je resnično koristna v industrijskih področjih razvijajočih držav, kot je Indija, kjer je energetski krizi velik izziv.

Skupaj smo se naučili veliko skozi projekt. Učili smo se sodelovanja, koordinacije, vodenja med različnimi fazami razvoja projekta. Bili smo izzvani z kompleksnostjo tehnologij, ki so potrebne za gradnjo sistema. To nam je pomagalo povezati in uporabiti teoretično znanje, ki smo ga pridobili med študijem inženiringa.

Noben od nas ni imel izkušenj z elektronskim nadzorom motorja pred projektom. Morali smo hitro učiti različne koncepte in tehnike in jih uporabiti v sistemu. Projekt je tudi priskrbel priložnost, da nabavimo izkušnje v generiranju pulznih signalov in MOSFET nadzorno področje. Ta izkušnja projekta je bistveno bogatila naše znanje in izboljšala naše tehnične spretnosti.