Senkron Makinenin Kasıtlı Kontrolü Chopper Kullanarak
İçerik
Kesici Kullanarak Senkron Makinenin Çalışma Prensibi
Kesici Kullanarak Senkron Makinenin Daha Fazla Geliştirilmesi
Kesici Kullanarak Senkron Makine Hakkında Sonuçlar
Önemli Öğrenimler:
Baskılamalı Kontrol Tanımı: Baskılamalı kontrol, senkron makinedeki DC alan baskılamanın yönetilerek performansının kontrol edilmesi olarak tanımlanır.
Çalışma Prensibi: Kesici kullanarak senkron makinenin çalışma prensibi, gerilimi artırarak ve PWM sinyalleri ile kontrol ederek istenen baskılamayı elde etmeyi içerir.
Kesicinin Avantajları: Baskılamalı kontrol için kesici kullanımı, yüksek verimlilik, kompakt boyut, pürüzsüz kontrol ve hızlı tepki sağlar.
Kesici Devresindeki Bileşenler: Ana bileşenler arasında bir MOSFET, darbe genişliği modülasyon sinyali, dikdörtgenleyici, kondansatör, indüktör ve MOV ve sigorta gibi koruma cihazları bulunur.
Gelecekteki Geliştirmeler: Gelecekteki gelişmeler, değişken yükler için kapalı döngü kontrolü ve performansı artırmak, sıcaklık etkilerini azaltmak için hassas bileşenler içerebilir.
Senkron makine, güç üretimi, sabit hızı koruma ve güç faktörü düzeltme gibi çeşitli alanlarda kullanılan çok yönlü elektrik makinesidir. Güç faktörü kontrolü, DC alan baskılamanın yönetilerek yapılır. Bu tez, senkron makinenin alan baskılamasını nasıl etkili bir şekilde kontrol edebileceğimize odaklanmaktadır.
Geleneksel DC baskılama yöntemleri, slip halkaları, fırçalar ve komütatörler nedeniyle soğutma ve bakım sorunlarına maruz kalır, özellikle alternatör dereceleri arttıkça. Modern baskılama sistemleri, kaymalı kontakların ve fırçaların sayısını minimize ederek bu sorunları azaltmayı amaçlar.
Bu eğilim, kesici kullanarak statik baskılamanın geliştirilmesine yol açmıştır. Modern sistemler, yarıiletken anahtarlama cihazları kullanır, örneğin diod, tiristör ve transistör. Güç elektroniklerinde, AC/DC dönüştürücüler en tipik cihazlardır.
Güç aralığı genellikle onlarca ila birkaç yüz watt arasındadır. Endüstride, yaygın bir uygulama olan değişken hızlı sürücü, indüksiyon motoru hızını kontrol etmek için kullanılır. Güç dönüştürme sistemleri, giriş ve çıkış güç türlerine göre sınıflandırılır.
AC to DC (dikdörtgenleyici)
DC to AC (ters dikdörtgenleyici)
DC to AC (DC to DC dönüştürücü)
AC to AC (AC to AC dönüştürücü)
Hem dönen hem de statik ekipmanlarla, büyük miktardaki elektrik enerjisinin üretimi, iletimi ve kullanımını ele alır. DC-DC dönüştürücü, bir doğrudan akım kaynağından bir gerilim seviyesinden diğerine dönüştüren elektronik devredir.
Güç elektronik dönüştürücülerin avantajları aşağıdaki gibidir-
Güç yarıiletken cihazlarındaki düşük kayıp nedeniyle yüksek verimlilik.
Güç elektronik dönüştürücü sisteminin yüksek güvenilirliği.
Hareketli parçaların olmaması nedeniyle uzun ömürlülük ve az bakım.
İşlem esnekliği.
Elektromekanik dönüştürücü sistemlere kıyasla hızlı dinamik tepki.
Güç elektronik dönüştürücülerin bazı önemli dezavantajları da şunlardır-
Güç elektronik sistemlerdeki devreler, besleme sisteminde ve yük devresinde harmonik oluşturma eğilimindedir.
AC to DC ve DC to AC dönüştürücüler, belirli işletim koşullarında düşük giriş güç faktörü altında çalışırlar.
Güç elektronik dönüştürücü sistemlerinde güç yeniden üretim zordur.
Bu projede, senkron makinenin alanındaki ortalama gerilim, bir yükseltici kesici kullanılarak kontrol edilir. Bir yükseltici kesici, sabit giriş DC geriliminden daha yüksek kontrol edilen çıkış gerilimi sağlayan bir DC to DC dönüştürücüdür.
MOSFET, tamamen kontrol edilebilen bir anahtardır (açılıp kapanması her iki durumu da kontrol edilebilir). MOSFET, bu Yükseltici kesici devresinde anahtar cihazı olarak kullanılır. MOSFET'in gate terminali, bir mikrodenetleyici kullanılarak üretilen darbe genişliği modülasyon (PWM) sinyali ile sürülür. Kesicinin besleme gerilimi, tek fazlı AC/DC dönüştürme yoluyla bir diod köprü dikdörtgenleyiciden alınmıştır.
Güç-elektronik devrelerin kullanılması nedeniyle bu alan baskılama kontrol şeması son derece etkili ve kompakt boyutta olmaktadır. Reaktif güç kontrolünde, iletim hattınin güç faktörü iyileştirilmesi gibi birçok endüstriyel uygulamada, alan baskılamanın değiştirilmesi gerekmektedir.
Bu sürücü, sabit DC kaynağından güç alır ve bunu değişken DC gerilimine dönüştürür. Kesici sistemleri, pürüzsüz kontrol, yüksek verimlilik, daha hızlı tepki ve yeniden üretim imkanı sunar. Temel olarak, bir kesici, AC transformatörünün DC eşdeğeri olarak düşünülebilir çünkü aynı şekilde davranırlar. Kesici, tek aşamalı dönüşüm içerdiği için daha verimlidir.
Kesici Kullanarak Senkron Makinenin Çalışma Prensibi
Proje planının detaylarını anlamak için aşağıdaki blok diyagramına bakalım:
Yukarıdaki diyagramdan, tam dalga dikdörtgenleyiciye 230V giriş için çıkış geriliminin 146 (yaklaşık) olduğunu söyleyebiliriz. Makinenin alan gerilimi 180V olduğundan, gerilimi yükseltici kesici ile yükseltmemiz gerekmektedir. Şimdi, ayarlanmış DC gerilimi, senkron makinenin alanına beslenir. Kesicinin çıkış gerilimi, dolgulu orantıyı değiştirerek değişebilir. Bunun için, ayarlanabilir darbe genişliğine sahip bir darbe jeneratörü yapmalıyız ve bu, bir mikrodenetleyici yardımıyla yapılabilir.
Mikrodenetleyicide, rastgele bir sinyal dizisiyi sabit büyüklükte bir sinyal ile karşılaştırarak bir darbe sinyali oluşturabiliriz, ancak yük etkisini önlemek için elektriksel izolasyon önerilir. Bu nedenle bir opto kuple kullanıyoruz. Kesici devresinde bir kondansatör kullanılmıştır, böylece çıkış geriliminden titreşim kaldırılabilir. Kesici devresinde kullanılan indüktörün kısa devre dönemlerinde 2-3 A kadar akım taşıyabilecek kapasitede olması gerektiği simüle edilmiştir. İstenen çıkış gerilimi dışında, devrenin herhangi bir hata durumunu dayanacak şekilde tasarlanması gerekmektedir.
Aşırı gerilim koruması için, direnci gerilime bağlı olan metal oksit varyistor (MOV) kullanacağız.
Aşırı akım koruması için, ilk hareket eden akım sınırlama sigortası kullanabiliriz.
Dalga formunun kalitesini iyileştirmek için, köprü dikdörtgenleyicinin çıkışında temelde L veya LC filtre kullanabiliriz. Kullanılan diodun ters kurtarma süresi düşük olmalıdır, bu nedenle hızlı kurtarma diodunu kullanabiliriz.
Kullanılan devre bileşenlerinin değerleri
Giriş DC Gerilimi = 100V
Darbe gerilimi = 10V, Dolgulu Oran = 40%
Kesme frekansı = 10 KHz
R = 225 ohm (Makinanın derecesinden hesaplandı)
L = 10mH
C = 1pF
Çıktıdan elde edilen veriler
Çıkış gerilimi: 174 V (Ortalama)
Yük akımı: 0.775 A (Ortalama)
Kaynak akımı: 0.977 A
Kesici Kullanarak Senkron Makinenin Daha Fazla Geliştirilmesi
Sistem ve iş değeri üzerinde daha fazla geliştirmeye açık geniş bir alan bulunmaktadır.
Kapalı döngü kontrolü
Değişken yük ile ilgilenen uygulama alanlarında, sabit baskılamanın korunması için kapalı döngü kontrol şeması gereklidir. Referans gerilimi ve gerçek çıkış gerilimi önce karşılaştırılır ve hata sinyali oluşturulur. Bu hata sinyali, kesicinin dolgulu oranını belirler.
Sıcaklık etkisinin azaltılması
Hassas kapasitör ve anahtarlama diodun kullanılması, performansı kesinlikle iyileştirecektir, ancak projenin maliyetine katkıda bulunacaktır.
Kesici Kullanarak Senkron Makine Hakkında Sonuçlar
Projemizde, kesici kullanarak düşük maliyetli ve kullanıcı dostu bir baskılama kontrolcüsü tasarladık ve uyguladık. Sistemin hedef kullanıcıları, pürüzsüz, etkili ve küçük bir kontrolcüye ihtiyaç duyan endüstrilerdir. Bu tür bir proje, enerji krizi büyük bir endişe olan Hindistan gibi gelişmekte olan ülkelerin endüstriyel alanlarında gerçekten yararlıdır.
Projeden çok şey öğrendik. Projenin çeşitli aşamalarından geçerken takım çalışması, koordinasyon ve liderlik derslerini aldık. Sistemi inşa etmek için gerekli olan teknolojilerin karmaşıklığı bize zorluk çıkardı. Bu, mühendislik kursunda edindiğimiz teorik bilgileri ilişkilendirmemize ve uygulamamıza yardımcı oldu.
Proje öncesinde hiçbiri elektrik motorunun elektronik kontrolü konusunda deneyime sahip değildi. Sistemde kullanmak üzere farklı kavramları ve teknikleri hızlı bir şekilde öğrenmek ve uygulamak zorunda kaldık. Proje ayrıca, darbe sinyalü oluşturma ve güç MOSFET kontrol alanında deneyim kazanmamız için bir fırsat sağladı. Bu proje deneyimi, bilgiye büyük ölçüde katkıda bulundu ve teknik becerilerimizi geliştirdi.
