Pamamahala sa Pagsiksik ng Synchronous Machine Gamit ang Chopper

Mga Nilalaman

• Prinsipyo ng Paggana ng Synchronous Machine Gamit ang Chopper

• Pagsusulong ng Synchronous Machine Gamit ang Chopper

• Kasunod na Pag-uugat ng Synchronous Machine Gamit ang Chopper

Mga Natutunan:

• Pangkalahatang Kahulugan ng Excitation Control: Ang excitation control ay inilalarawan bilang pagmamaneho ng DC field excitation sa isang synchronous machine upang kontrolin ang kanyang pagganap.

• Prinsipyo ng Paggana: Ang prinsipyo ng paggana ng isang synchronous machine gamit ang chopper ay kasama ang pagtaas ng voltage at pagkontrol nito sa pamamagitan ng PWM signals upang makamit ang nais na excitation.

• Mga Kakayahan ng Chopper: Ang paggamit ng chopper para sa excitation control ay nagbibigay ng mataas na epektibidad, maliit na sukat, maluwag na pagkontrol, at mabilis na tugon.

• Mga Komponente sa Circuit ng Chopper: Ang mga pangunahing komponente ay kinabibilangan ng MOSFET, pulse width modulation signal, rectifier, capacitor, inductor, at mga protective device tulad ng MOV at fuse.

• Pagsusulong sa Hinaharap: Ang mga pagsusulong sa hinaharap ay maaaring kasama ang closed-loop control para sa variable loads at precision components upang mapabuti ang pagganap at bawasan ang epekto ng temperatura.

Ang synchronous machine ay isang maramihang electric machine na ginagamit sa iba't ibang larangan, tulad ng pagbuo ng kuryente, panatilihin ang constant speed, at power factor correction. Power factor control ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagmamaneho ng DC field excitation. Ang thesis na ito ay nakatuon sa kung paano natin maefektibong kontrolin ang field excitation ng isang synchronous machine.

Ang mga tradisyonal na paraan ng DC excitation ay may mga isyu sa cooling at maintenance dahil sa slip rings, brushes, at commutators, lalo na kapag tumaas ang ratings ng alternator. Ang mga modernong sistema ng excitation ay layunin na mabawasan ang mga problema na ito sa pamamagitan ng pagbawas ng bilang ng sliding contacts at brushes.

Ang trend na ito ay nagresulta sa pagbuo ng static excitation gamit ang chopper. Ang mga modernong sistema ay gumagamit ng semiconductor switching devices tulad ng diode, thyristors, at transistors. Sa power electronics, isang malaking bahagi ng electrical energy ang pinoproseso, kung saan ang AC/DC converters ang pinakakaraniwang mga aparato.

Ang ranggo ng lakas ng kuryente ay tipikal na mula sa tens hanggang sa ilang daang watts. Sa industriya, isang karaniwang aplikasyon ay ang variable speed drive na ginagamit upang kontrolin ang bilis ng induction motor. Ang mga sistema ng power conversion ay naklase ayon sa kanilang input at output power types.

• AC to DC (rectifier)

• DC to AC (inverter)

• DC to AC (DC to DC converter)

• AC to AC (AC to AC converter)

Ito ay tumatalakay sa parehong rotating at static equipment para sa pagbuo, pagpapadala, at paggamit ng malaking dami ng electrical power. Ang DC-DC converter ay isang electronic circuit na nagcoconvert ng isang source ng direct current mula sa isang voltage level patungo sa isa pa.
Ang mga kakayahan ng power electronic converters ay kasunod-

• Mataas na epektibidad dahil sa mababang pagkawala sa power semiconductor devices.

• Mataas na reliabilidad ng power electronic converter system.

• Matagal na buhay at mas kaunting pag-aalamin dahil sa walang moving parts.

• Flexibility sa operasyon.

• Mabilis na dynamic response kumpara sa electromechanical converter system.

Mayroon din ilang mahalagang mga kadahilanan ng power electronic converters tulad ng sumusunod-

• Ang circuit sa power electronic system ay may tendensyang bumuo ng harmonic sa supply system at sa load circuit.

• AC to DC at DC to AC converter ay gumagana sa mababang input power factor sa ilang kondisyon ng operasyon.

• Mahirap ang regeneration ng power sa power electronic converter system.

Sa proyekto na ito, ang average voltage sa field ng isang synchronous machine ay kontrolado gamit ang boost chopper. Ang boost chopper ay isang DC to DC converter na nagbibigay ng mas mataas na controlled output voltage mula sa fixed input DC voltage.

Ang MOSFET ay isang power electronic semiconductor device na isang fully controlled switch (isang switch na ang turn on at turn off ay maaaring kontrolin). MOSFET ang ginagamit bilang switching device sa Boost chopper circuit na ito. Ang gate terminal ng MOSFET ay driven ng isang pulse width modulation (PWM) signal. Na ito ay gawa sa pamamagitan ng microcontroller. Ang supply voltage ng chopper ay kinuha mula sa diode bridge rectifier sa pamamagitan ng conversion ng single phase AC/DC.

Ang scheme na ito ng field excitation control ay napakaepektibo at compact sized, dahil sa involvement ng power-electronic circuitry. Sa maraming industriyal na aplikasyon, tulad ng reactive power control, power factor improvement ng transmission line kinakailangan ang pagbabago ng field excitation.

Ang drive na ito ay kumukuha ng lakas mula sa fixed DC source at convert ito sa variable DC voltage. Ang mga chopper systems ay nagbibigay ng maluwag na pagkontrol, mataas na epektibidad, mas mabilis na tugon, at regeneration facility. Sa pangkalahatan, ang isang chopper ay maaaring ituring bilang DC equivalent ng isang AC transformer dahil sila ay gumagana nang magkapareho. Dahil ang chopper ay may isang stage conversion, ito ay mas epektibo.

Prinsipyo ng Paggana ng Synchronous Machine Gamit ang Chopper

Upang maintindihan ang mga detalye ng plano ng proyekto, isang block diagram ang itinayo sa ibaba:

Sa diagram na ito, maaari nating sabihin na para sa 230V input ng full wave rectifier, ang output voltage ay 146 (Approx.) ang field voltage ng machine ay 180V kaya kailangan nating taasin ang voltage sa pamamagitan ng step up chopper. Ngayon, ang adjusted DC voltage ay ipinapadala sa field ng synchronous machine. Ang output voltage ng chopper ay maaaring magbago sa pamamagitan ng pagbabago ng duty cycle upang gawin ito, kailangan nating gawin ang isang pulse generator ng adjustable pulse width, at ito ay maaaring gawin sa tulong ng Microcontroller.

Sa microcontroller, sa pamamagitan ng paghahambing ng random sequence signal sa isang constant magnitude, maaari nating bumuo ng isang pulse signal ngunit upang iwasan ang loading effect, maaaring gamitin ang isang opto coupler. Ang capacitor ay ginagamit sa circuit ng chopper upang alisin ang ripple mula sa output voltage. Ito ay naisimulate na ang inductor na ginagamit sa circuit ng chopper ay dapat na handa sa 2-3 A ng current sa panahon ng short circuit. Bukod sa nais na output voltage, dapat rin nating disenyan ang circuit upang makuha ang anumang fault condition.

• Para sa overvoltage protection, gagamitin natin ang metal oxide varistors (MOV) na ang resistance ay depende sa voltage.

• Para sa overcurrent protection, maaari nating gamitin ang unang acting current limiting Fuse.

Upang mapabuti ang kalidad ng waveform, maaari nating gamitin ang filter circuit na basic L o LC filter sa output ng bridge rectifier. Ang diode na ginagamit dito ay dapat na may kaunti reverse recovery time, dito maaari nating gamitin ang fast recovery diode.

Mga Halaga ng Mga Komponente ng Circuit na Ginamit

Input DC Voltage = 100V
Pulse voltage = 10V, Duty = 40%
Chopping frequency = 10 KHz
R = 225 ohm (As calculated from the machine rating)
L = 10mH
C = 1pF

Data na nakuha mula sa output
Output voltage: 174 V (Average)
Load current: 0.775 A (Average)
Source current: 0.977 A

Pagsusulong ng Synchronous Machine Gamit ang Chopper

Mayroon pa ring maraming lugar para sa pagsusulong sa hinaharap na magpapabuti sa sistema at lalong dadami ang business value nito.

Closed loop control

Sa mga application area kung saan ang user ay nagtratrabaho sa variable load, kinakailangan ng isang closed loop control scheme upang panatilihin ang constant excitation. Ang reference voltage at actual output voltage ay ikokompara muna at isang error signal ang bubuo. Ang error signal na ito ay magpapasya sa duty cycle ng chopper.

Pagbawas sa Epekto ng Temperatura

Ang paggamit ng precision capacitor, switching diode ay tiyak na magpapabuti sa performance, ngunit ito ay magdudulot ng dagdag sa cost ng proyekto.

Kasunod na Pag-uugat ng Synchronous Machine Gamit ang Chopper

Sa aming proyekto, in disenyo at implement namin ang isang mura at user-friendly na excitation controller gamit ang Chopper. Ang target users ng sistema ay ang mga industriya na nangangailangan ng maluwag, epektibo, at maliit na controller na nagbibigay ng malawak na range ng variation ng voltage. Ang ganitong uri ng proyekto ay talagang kapaki-pakinabang sa mga industriyal na larangan ng mga developing countries tulad ng India, kung saan ang enerhiya crisis ay isang malaking concern.

Napakaraming natutunan namin sa proyekto. Nakamit namin ang aral ng teamwork, coordination, at leadership habang dadaan sa iba't ibang yugto ng pagbuo ng proyekto. Nahirapan kami sa komplikadong teknolohiya na kailangan upang itayo ang sistema. Ito ay tumulong sa amin na mag-relate at i-apply ang teoretikal na kaalaman na nakuha namin sa engineering course.

Walang karanasan ang sinuman sa electronic control ng motor bago ang proyekto. Kinailangan namin na mabilis na matutuhan ang iba't ibang konsepto at teknika at i-apply ito sa sistema. Ang proyekto rin ay nagbigay ng pagkakataon sa amin na makapagtamo ng karanasan sa pulse signal generation at power MOSFET control area. Ang karanasan sa proyekto na ito ay lubhang nag-enrich ng aming kaalaman at pinahusay ang aming teknikal na kasanayan.