Управление на възбудата на синхронен машин с използване на чопър

Съдържание

• Принцип на действие на синхронната машина с използване на чопър

• Допълнително развитие на синхронната машина с използване на чопър

• Заключение за синхронната машина с използване на чопър

Основни ученia:

• Определение на контрола на възбудването: Контролът на възбудването се дефинира като управление на DC полето на синхронната машина, за да се контролира нейното изпълнение.

• Принцип на действие: Принципът на действие на синхронната машина с използване на чопър включва повишаване на напрежението и неговото управление чрез PWM сигнали, за да се постигне желаното възбудване.

• Преимущества на чопъра: Използването на чопър за контрол на възбудването предлага висока ефективност, компактен размер, гладко управление и бърз отговор.

• Компоненти в чопърната верига: Ключовите компоненти включват MOSFET, сигнал за модулация на широчината на импулс, правене, кондензатор, индуктор и защитни устройства като MOV и плавка.

• Бъдещи подобрения: Бъдещите разработки могат да включат затворена петлова система за променливи товари и прецизни компоненти, за да се подобри изпълнението и намали температурните ефекти.

Синхронната машина е универсална електрическа машина, използвана в различни области, като производство на енергия, поддържане на постоянна скорост и корекция на фактора на мощност. Факторът на мощност се контролира чрез управление на DC полето на възбудване. Тази дисертация се фокусира върху това колко ефективно можем да контролираме полето на възбудване на синхронната машина.

Традиционните методи за DC възбудване срещат проблеми с охлаждане и поддръжка поради наличието на плъзгащи се кръгове, четки и комутатори, особено при увеличаване на характеристиките на алтернатора. Съвременните системи за възбудване се стремят да намалят тези проблеми, като минимизират броя на плъзгащите се контакти и четки.

Тази тенденция доведе до развитието на статично възбудване с използване на чопър. Съвременните системи използват полупроводни комутационни устройства като диод, тиристори и транзистори. В електрониката на мощността обработват значително количество електрическа енергия, като най-типични устройства са AC/DC преобразувателите.

Мощността обикновено варира от десетки до няколко стотици ватта. В промишлеността обикновено се използва променливоскоростен привод, за да се контролира скоростта на индуктивния мотор. Системите за преобразуване на мощност се класифицират според типовете на входящата и изходящата мощност.

• AC към DC (правене)

• DC към AC (инвертор)

• DC към AC (DC към DC преобразувател)

• AC към AC (AC към AC преобразувател)

Това се отнася както до въртящо се, така и до статично оборудване за генериране, пренос и използване на големи количества електрическа мощност. DC-DC преобразувателят е електронна верига, която преобразува източник на директен ток от едно напрежение до друго.

Преимуществата на преобразувателите на електроника на мощността са следните-

• Висока ефективност благодарение на малките загуби в полупроводниковите устройства за мощност.

• Висока надеждност на системата за преобразуване на електроника на мощността.

• Дълъг живот и малко поддръжка благодарение на липсата на движещи се части.

• Гъвкавост в изпълнението.

• Бърз динамичен отговор в сравнение с електромеханичната система за преобразуване.

Има и някои значителни недостатъци на преобразувателите на електроника на мощността, като следните-

• Веригите в системите за електроника на мощността имат склонност да генерират хармоники в системата за доставка, както и в веригата на товара.

• AC към DC и DC към AC преобразуватели работят при нисък входящ фактор на мощност под определени условия на работа.

• Регенерацията на мощността е трудна в системите за преобразуване на електроника на мощността.

В този проект, средното напрежение в полето на синхронната машина се контролира с използване на буст чопър. Буст чопър е DC към DC преобразувател, който предоставя по-високо контролирано изходно напрежение от фиксирано входно DC напрежение.

MOSFET е полупроводниково устройство за електроника на мощността, което е напълно контролиран комутатор (комутатор, чийто включване и изключване могат да бъдат контролирани). MOSFET се използва като комутационно устройство в тази верига за буст чопър. Вратата на MOSFET е задействана от сигнал за модулация на широчината на импулса (PWM), който се генерира с помощта на микроконтролер. Питателното напрежение на чопъра се взема от диоден мост за правене чрез преобразуване на еднофазно AC/DC.

Тази схема за контрол на възбудването е изключително ефективна и компактна, благодарение на участие на вериги за електроника на мощността. В много промишлени приложения, като контрол на реактивната мощност, подобряване на фактора на мощност на преносната линия е необходимо да се промени възбудването на полето.

Този привод приема мощност от фиксиран DC източник и я преобразува в променливо DC напрежение. Системите с чопър предлагат гладко управление, висока ефективност, бърз отговор и възможност за регенерация. По същество, чопърът може да се разглежда като DC еквивалент на AC трансформатор, тъй като те се държат по идентичен начин. Тъй като чопърът включва едноетапно преобразуване, тези системи са по-ефективни.

Принцип на действие на синхронната машина с използване на чопър

За да разберем подробности за плана на проекта, нека разгледаме този блоков диаграма по-долу:

От горния диаграм можем да кажем, че за 230V вход на пълновълнов правоен, изходното напрежение е 146 (приблизително) напрежението на полето на машината е 180V, така че трябва да повишим напрежението чрез повишаващ чопър. Сега коригираното DC напрежение се подава в полето на синхронната машина. Изходното напрежение на чопъра може да се промени, като се промени цикъла на работата, за да направим генератор на импулси с регулируема ширина, и това може да се направи с помощта на микроконтролер.

В микроконтролера, като сравним случайна последователност на сигнали с постоянна величина, можем да генерираме импулсен сигнал, но за да се избегне ефектът на зареждане, е препоръчително електрическо изолиране, за което използваме оптокуплинк. Един кондензатор е използван в чопърната верига, за да се премахнат рипленията от изходното напрежение. Е симулирано, че индукторът, използван в чопърната верига, трябва да бъде способен да обработва 2-3 A ток по време на краткосрочно замыкание. Освен желаното изходно напрежение, трябва също да проектираме веригата, така че да издържа всякакви аварийни ситуации.

• За защита от прекомерно напрежение ще използваме металоксидни варистори (MOV), чиято съпротивление зависи от напрежението.

• За защита от прекомерен ток можем да използваме първо действащи ограничителни плавки.

За подобряване на качеството на вълната можем да използваме филтрираща верига, основно L или LC филтър на изхода на диодния мост. Диодът, който е използван, трябва да има малко време за обратно възстановяване, тук можем да използваме бързо възстановяващ се диод.

Стойности на компонентите на веригата, които са използвани

Входно DC напрежение = 100V
Импулсно напрежение = 10V, Цикъл на работата = 40%
Честота на режене = 10 KHz
R = 225 ома (Както е изчислено от характеристики на машината)
L = 10mH
C = 1pF

Получени данни от изхода
Изходно напрежение: 174 V (Средно)
Ток на товара: 0.775 A (Средно)
Източник на ток: 0.977 A

Допълнително развитие на синхронната машина с използване на чопър

Има все още много пространство за бъдещо развитие, което ще подобри системата и ще увеличи нейната бизнес стойност.

Затворена петлова система

Областите на приложение, където потребителът работи с променливи товари, изискват затворена петлова система за поддържане на постоянна възбуда. Референтното напрежение и реалното изходно напрежение ще бъдат сравнени първо и ще се генерира сигнал за грешка. Този сигнал за грешка ще реши цикъла на работата на чопъра.

Намаление на температурния ефект

Използването на прецизен кондензатор, комутационен диод определено ще подобри изпълнението, но те ще допринесат към цената на проекта.

Заключение за синхронната машина с използване на чопър

В нашия проект, ние проектирахме и реализирахме евтин и удобен за потребителите контролер на възбудването с използване на чопър. Целевите потребители на системата са индустрии, които изискват гладко, ефективно и малък контролер, който дава широк диапазон на вариация на напрежението. Този вид проект е наистина полезен в промишлените области на развиващи се страни като Индия, където енергийната криза е голяма загриженост.

Научихме много през проекта. Получихме урок за командна работа, координация, лидерство, докато минавахме през различните фази на развитието на проекта. Бяхме предизвикани от сложността на технологиите, необходими за изграждането на системата. Това ни помогна да свържем и приложим теоретичните знания, които получихме в курса по ин