Anspänningsreglering av synkronmaskin med chopper
Innehåll
Arbetsprincip för synkronmaskin med chopper
Vidareutveckling av synkronmaskin med chopper
Slutsats för synkronmaskin med chopper
Nyckelläranden:
Definition av spänningsreglering: Spänningsreglering definieras som hantering av DC-fältspegel i en synkronmaskin för att styra dess prestanda.
Arbetsprincip: Arbetsprincipen för en synkronmaskin med chopper innefattar stegvis ökning av spänningen och kontroll genom PWM-signaler för att uppnå önskad fältspänning.
Fördelar med chopper: Användning av chopper för spänningsreglering ger hög effektivitet, kompakt storlek, smidig reglering och snabb respons.
Komponenter i chopperkrets: Nyckelkomponenter inkluderar en MOSFET, pulsbreddsmoduleringsignal, rektifierare, kondensator, induktor och skyddsanordningar som MOV och säkring.
Framtidiga utvecklingar: Framtida utvecklingar kan inkludera slutna reglersystem för variabla laster och precisionskomponenter för att förbättra prestanda och minska temperaturpåverkan.
En synkronmaskin är en mångsidig elektrisk maskin som används inom olika områden, såsom energiproduktion, konstant hastighet och effektfaktorkorrigering. Effektfaktor regleras genom att hantera DC-fältspegeln. Denna avhandling fokuserar på hur effektivt vi kan kontrollera fältspegeln i en synkronmaskin.
Konventionella DC-spänningsmetoder står inför kyl- och underhållsproblem pga glidringar, penslar och kommutor, särskilt när alternator kapaciteter ökar. Moderna spänningsystem syftar till att minska dessa problem genom att minimera antalet glidkontakter och penslar.
Denna trend har lett till utvecklingen av statisk spänning med chopper. Moderna system använder halvledarswitchade enheter som dioder, thyristorer och transistorer. Inom kraftteknik behandlas en betydande mängd elektrisk energi, där AC/DC-omvandlare är de vanligaste enheterna.
Effektklassen sträcker sig vanligtvis från tiotals till flera hundra watt. I industri är en vanlig tillämpning variabelhastighetsdriv för att kontrollera hastigheten på induktionsmotor. Effektomvandlingsystem klassificeras enligt deras ingående och utgående effekttyper.
AC till DC (rektifierare)
DC till AC (inverterare)
DC till AC (DC till DC-omvandlare)
AC till AC (AC till AC-omvandlare)
Det handlar om både roterande och statiska utrustningar för produktion, distribution och användning av stora mängder elektrisk energi. DC-DC-omvandlare är elektroniska kretsar som omvandlar en källa av direktström från en spänningsnivå till en annan.
Fördelarna med effektelektroniska omvandlare är nedan-
Hög effektivitet på grund av låg förlust i effekthalvledare.
Hög tillförlitlighet hos effektelektroniska omvandlingssystem.
Lång livslängd och mindre underhåll på grund av brist på rörliga delar.
Flexibilitet i drift.
Snabb dynamisk respons jämfört med elektromekaniska omvandlingssystem.
Det finns också vissa betydande nackdelar med effektelektroniska omvandlare som följande-
Kretsar i effektelektroniska system har en tendens att generera harmoniska i nätet samt belastningskretsen.
AC till DC och DC till AC-omvandlare fungerar vid låg ingående effektfaktor under vissa driftförhållanden.
Återvinning av energi är svår i effektelektroniska omvandlingssystem.
I detta projekt styrs den genomsnittliga spänningen över fältet i en synkronmaskin med hjälp av en boost chopper. En boost chopper är en DC till DC-omvandlare som ger en högre kontrollerad utgångsspänning från en fast ingående DC-spänning.
MOSFET är en effekthalvledarkomponent som är fullständigt kontrollerbar (en växel vars slå på och av båda kan kontrolleras). MOSFET används som växel i denna boost chopper-krets. Gateterminalen på MOSFET drivs av en pulsbreddsmodulerings-(PWM)-signal. Som genereras med hjälp av en mikrokontroller. Spänningen till chopper tas från en diodbro-rektifierare genom konvertering av enfasig AC/DC.
Detta schema för fältspänningsreglering är extremt effektivt och kompakt, på grund av involveringen av effektelektroniska kretsar. I många industriella tillämpningar, som reaktiv effektreglering, effektfaktor förbättring av överföringslinje krävs det att ändra fältspänningen.
Denna drivning tar energi från en fast DC-källa och konverterar den till en varierande DC-spänning. Choppersystem erbjuder smidig reglering, hög effektivitet, snabb respons och återvinning. Egentligen kan en chopper betraktas som DC-motsvarigheten till en AC-transformator eftersom de beter sig på samma sätt. Eftersom chopper involverar ett etappkonvertering, är de mer effektiva.
Arbetsprincip för synkronmaskin med chopper
För att förstå detaljerna i projektplanen, låt oss överväga denna blockdiagram nedan:
Från ovanstående diagram kan vi säga att för 230V ingång till en fullvågsrektifierare är utgångsspänningen 146 (ungefär), maskinens fältspänning är 180V, så vi måste stega upp spänningen genom stegupps-chopper. Nu matas den justerade DC-spänningen till fältet i den synkrona maskinen. Utgångsspänningen från chopper kan varieras genom att ändra tidskvoten, för att göra detta måste vi skapa en puls-generator med justerbar pulsbredd, och detta kan göras med hjälp av en mikrokontroller.
I mikrokontroller genom att jämföra en slumpmässig sekvenssignal med en konstant magnitud kan vi generera en puls-signal, men för att undvika belastningseffekt är det lämpligt att ha elektrisk isolering för detta använder vi en optokoppling. En kondensator har använts i chopperkretsen för att ta bort riplar från utgångsspänningen. Det har simulerats att induktorn som har använts i chopperkretsen bör kunna hantera 2-3 A ström under kortslutningsperioden. Förutom den önskade utgångsspänningen bör vi också designa kretsen så att den kan motstå eventuella felstater.
För överspänningskydd kommer vi att använda metalloxidvaristor (MOV) vars motstånd beror på spänningen.
För överströmskydd kan vi använda först agerande strömbegränsande säkring.
För att förbättra kvaliteten på vågformen kan vi använda filterkrets, grundläggande L eller LC-filter vid utgången av brorektifieraren. Dioden som har använts bör ha kort återhämtningstid, här kan vi använda snabbåterhämtning-diod.
Värden för krets-komponenter som har använts
Ingångs-DC-spänning = 100V
Puls-spänning = 10V, Tidskvot = 40%
Kavlingsfrekvens = 10 kHz
R = 225 ohm (Beräknat från maskinens data)
L = 10 mH
C = 1 pF
Data erhållen från utgången
Utgångsspänning: 174 V (Genomsnitt)
Lastström: 0,775 A (Genomsnitt)
Källström: 0,977 A
Vidareutveckling av synkronmaskin med chopper
Det finns fortfarande mycket utrymme för framtida utveckling som skulle förbättra systemet och öka dess affärs-värde.
Stängd loop-reglering
Användningsområden där användaren har att göra med variabel last, behöver ett stängd loop-reglerschema för att bibehålla konstant fältspänning. Referensspänning och faktisk utgångsspänning kommer att jämföras först och ett feletsignal genereras. Detta feletsignal kommer att bestämma tidskvoten för chopper.
Reduktion av temperaturpåverkan
Användning av precision-kondensator, växeldiod kan definitivt förbättra prestanda, men de kommer att bidra till projektets kostnad.
Slutsats för synkronmaskin med chopper
I vårt projekt utformade och implementerade vi en lågkostnad och användarvänlig spänningsreglerare med chopper. Målgruppen för systemet är industrier som behöver smidig, effektiv och liten reglerare som ger en bred spänningsvariation. Detta typ av projekt är verkligen användbart inom industriella områden i utvecklingsländer som Indien, där energikris är en stor oro.
Vi lärde oss mycket genom projektet. Vi fick läxan om teamarbete, samordning, ledarskap under olika faser av projektets utveckling. Vi utmanades av komplexiteten i teknologierna som behövdes för att bygga systemet. Detta hjälpte oss att relatera och tillämpa den teoretiska kunskap vi fått under vår ingenjörsexamen.
Ingen av oss hade erfarenhet av elektronisk reglering av motor innan projektet. Vi behövde lära oss olika koncept och tekniker snabbt och tillämpa dem i systemet. Projektet gav oss också en chans att samla erfarenhet i generering av puls-signal och effektmosfet regleringsområde. Denna projekterfarenhet har enormt berikat vår kunskap och skärpt våra tekniska färdigheter.
