Керування збудженням синхронного генератора за допомогою шоппера
Зміст
Принцип роботи синхронного машини за допомогою чопера
Дальші розробки синхронної машини за допомогою чопера
Висновок щодо синхронної машини за допомогою чопера
Основні висновки:
Означення керування ексцитацією: Керування ексцитацією визначається як управління постійним струмом в синхронній машині для контролю її характеристики.
Принцип роботи: Принцип роботи синхронної машини за допомогою чопера включає підвищення напруги та керування нею через сигнали ШИМ для досягнення бажаної ексцитації.
Переваги чопера: Використання чопера для керування ексцитацією забезпечує високу ефективність, компактні розміри, плавне керування та швидку реакцію.
Компоненти у схемі чопера: Основні компоненти включають МОП-транзистор, сигнал широтно-імпульсної модуляції, выпрямник, конденсатор, індуктор та захисні пристрої, такі як MOV та предохранитель.
Майбутні розробки: Майбутні розробки можуть включати замкнутий цикл керування для змінних навантажень та точні компоненти для покращення характеристик та зменшення температурних впливів.
Синхронна машина - це універсальний електричний пристрій, який використовується у різних галузях, таких як генерація електроенергії, підтримка постійної швидкості та корекція коефіцієнта ефективності. Коефіцієнт ефективності керується за допомогою управління постійним струмом. Ця робота зосереджена на тому, як ефективно ми можемо керувати ексцитацією поля синхронної машини.
Традиційні методи DC-ексцитації стикаються з проблемами охолодження та обслуговування через скольжачі кільце, щітки та комутатори, особливо при збільшенні рейтингу генератора. Сучасні системи ексцитації намагаються зменшити ці проблеми, зменшуючи кількість ковзаючих контактів та щіток.
Цей тренд призвів до розвитку статичної ексцитації за допомогою чопера. Сучасні системи використовують полупровідникові перетворювальні пристрої, такі як діоди, тиристори та транзистори. У силовій електроніці обробляється значна кількість електричної енергії, з найбільш типовими пристроями будучи AC/DC-перетворювачами.
Діапазон потужностей зазвичай від десятків до кількох сотень ватт. У промисловості загальноприйнятим застосуванням є регулювання швидкості асинхронного двигуна. Системи перетворення енергії класифікуються за типами вхідної та вихідної потужності.
AC до DC (выпрямитель)
DC до AC (инвертор)
DC до AC (DC до DC перетворювач)
AC до AC (AC до AC перетворювач)
Це стосується як обертального, так і статичного обладнання для генерації, передачі, використання великих кількостей електричної енергії. DC-DC-перетворювач - це електронна схема, яка перетворює джерело постійного струму з одного напруги на інший.
Переваги силових електронних перетворювачів такі:
Висока ефективність завдяки низьким втратам в полупровідникових пристроях.
Висока надійність системи силової електроніки.
Довгий термін служби та менше обслуговування завдяки відсутності рухомих частин.
Гнучкість в експлуатації.
Швидка динамічна реакція порівняно з електромеханічною системою.
Існують також значні недоліки силових електронних перетворювачів, такі як:
Схеми в системах силової електроніки мають тенденцію генерувати гармоніки в системі живлення, а також в нагрузочній схемі.
AC до DC і DC до AC перетворювачі працюють з низьким входним коефіцієнтом ефективності при певних умовах роботи.
Регенерація енергії важка в системах силової електроніки.
У цьому проекті середня напруга на полі синхронної машини керується за допомогою буст-чопера. Буст-чопер - це DC до DC перетворювач, який забезпечує вищу контроловану вихідну напругу з фіксованої вхідної DC-напруги.
МОП-транзистор - це силовий полупровідниковий пристрій, який є повністю контролованим ключем (ключ, який можна управляти як ввімкненням, так і вимкненням). МОП-транзистор використовується як ключовий пристрій у цій схемі буст-чопера. Гатний термінал МОП-транзистора збуджується сигналом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), який генерується за допомогою мікроконтролера. Постачальна напруга чопера отримується з діодного мостового выпрямника через перетворення однофазного AC/DC.
Ця схема керування ексцитацією поля дуже ефективна та компактна завдяки використанню силової електроніки. У багатьох промислових застосуваннях, таких як керування реактивною потужністю, покращення коефіцієнту ефективності передавальної лінії, необхідно змінювати ексцитацію поля.
Цей привід отримує енергію з фіксованого DC-джерела та перетворює її на змінну DC-напругу. Системи чопера забезпечують плавне керування, високу ефективність, швидку реакцію та можливість регенерації. По суті, чопер можна розглядати як DC-еквівалент AC-трансформатора, оскільки вони поводяться однаково. Оскільки чопер включає лише одну ступінь перетворення, вони є більш ефективними.
Принцип роботи синхронної машини за допомогою чопера
Щоб зрозуміти деталі плану проекту, розглянемо нижче блок-схему:
З вищезазначеної діаграми можна сказати, що для 230V вхідної напруги повноволнового выпрямника вихідна напруга становить 146 (примерно) напруга поля машини становить 180V, тому ми повинні підвищити напругу через буст-чопер. Тепер налаштована DC-напруга подається на поле синхронної машини. Вихідна напруга чопера може змінюватися за допомогою зміни коефіцієнта заповнення, для цього нам потрібно створити генератор імпульсів з регульованою шириною імпульсу, що можна зробити за допомогою мікроконтролера.
У мікроконтролері, порівнюючи випадковий послідовний сигнал зі сталим значенням, можна згенерувати імпульсний сигнал, але для уникнення ефекту завантаження рекомендується електричне відокремлення, для цього ми використовуємо опто-куплер. Конденсатор використовується в схемі чопера, щоб вилучити рябування з вихідної напруги. Симулювалося, що індуктор, який використовується в схемі чопера, повинен бути здатний обробляти 2-3 А струму під час короткого замикання. Окрім бажаної вихідної напруги, ми також повинні спроектувати схему так, щоб вона могла витримати будь-які аварійні ситуації.
Для захисту від перенапруги ми використовуємо металооксидні варистори (MOV), чия опір залежить від напруги.
Для захисту від перевищення струму ми можемо використовувати перший діючий обмежувач струму предохранитель.
Для покращення якості форми сигналу ми можемо використовувати фільтруючу схему, основно L або LC-фільтр на виході містового выпрямника. Діод, який використовується, повинен мати мало обернене відновлювальне час, тут ми можемо використовувати швидкий діод відновлення.
Значення компонентів схеми, які були використані
Вхідна DC-напруга = 100V
Імпульсна напруга = 10V, Коефіцієнт заповнення = 40%
Частота розрізки = 10 КГц
R = 225 Ом (як обчислено з рейтингу машини)
L = 10 мГн
C = 1 пФ
Отримані дані з виходу
Вихідна напруга: 174 V (середнє)
Навантаження струму: 0.775 A (середнє)
Струм джерела: 0.977 A
Дальші розробки синхронної машини за допомогою чопера
Існує ще багато простору для майбутнього розвитку, який підвищить ефективність системи та збільшить її бізнес-вартість.
Замкнуте керування
У областях застосування, де користувач має справу з змінним навантаженням, потрібна система замкнутого керування для підтримки постійної ексцитації. Спочатку буде порівняно референсну напругу та фактичну вихідну напругу, і буде згенеровано сигнал помилки. Цей сигнал помилки визначатиме коефіцієнт заповнення чопера.
Зменшення впливу температури
Використання точних конденсаторів, комутаційних діодів точно покращить характеристики, але це збільшить вартість проекту.
Висновок щодо синхронної машини за допомогою чопера
У нашому проекті ми розробили та реалізували дешевий та зручний для користувача контролер ексцитації за допомогою чопера. Цільові користувачі системи - промисловість, яка потребує плавного, ефективного та компактного контролера, який забезпечує широкий діапазон варіації напруги. Такий тип проекту дійсно корисний у промислових сферах розвиваючихся країн, таких як Індія, де енергетична криза є великим питанням.
Ми багато навчилися протягом проекту. Ми отримали урок командної роботи, координації, лідерства, проходячи через різні етапи розробки проекту. Нас викликала складність технологій, необхідних для побудови системи. Це допомогло нам зв'язати та застосувати теоретичні знання, які ми отримали під час навчання на інженерному курсі.
Ніхто з нас не мав досвіду електронного керування двигуном перед проектом. Нам довелося швидко навчитися різних концепцій та технік та застосувати їх у системі. Проект також дав нам можливість набути досвіду у генерації імпульсних сигналів та керуванні силим МОП-транзистором. Цей досвід проекту значно обагатив наші знання та вдосконалив наші технічні навички.
