Styring af opspænding af synkronmaskine ved hjælp af chopper

Indhold

• Arbejdsprincip for synkron maskine ved hjælp af chopper

• Yderligere udvikling af synkron maskine ved hjælp af chopper

• Konklusion om synkron maskine ved hjælp af chopper

Nøglelærdomme:

• Definition af spændingsregulering: Spændingsregulering defineres som administration af DC-feltspændingen i en synkron maskine for at kontrollere dens ydeevne.

• Arbejdsprincip: Arbejdsprincippet for en synkron maskine ved hjælp af en chopper involverer stigning af spændingen og kontrol gennem PWM-signaler for at opnå den ønskede spændingsopbygning.

• Fordel ved chopper: Brug af en chopper til spændingsregulering giver høj effektivitet, kompakt størrelse, glat kontrol og hurtigt svar.

• Komponenter i chopperkredsløb: Nøglekomponenter inkluderer en MOSFET, pulsbreddeberegnet signal, rektifier, kondensator, induktor og beskyttelsesenheder som MOV og sikring.

• Fremtidige forbedringer: Fremtidige udviklinger kan inkludere lukket kredsløbskontrol for variable belastninger og præcisionskomponenter for at forbedre ydeevnen og reducere temperaturvirksomhed.

En synkron maskine er en versatile elektrisk maskine, der anvendes i forskellige områder, såsom strømproduktion, vedligeholdelse af konstant hastighed og effektfaktorforbedring. Effektfaktor kontrolleres ved at administrere DC-feltspændingen. Denne afhandling fokuserer på, hvordan vi effektivt kan kontrollere feltspændingen i en synkron maskine.

Konventionelle DC-spændingsmetoder står over for køle- og vedligeholdelsesproblemer på grund af slipringe, pensler og kommutatorer, især da alternator værdier øges. Moderne spændingsystemer har til formål at reducere disse problemer ved at minimere antallet af glidende kontakter og pensler.

Denne tendens har ført til udviklingen af statisk spænding ved hjælp af chopper. Moderne systemer bruger halvlederkomponenter som dioder, thyristorer og transistorer. I strømteknik behandles en betydelig mængde elektrisk energi, hvor AC/DC-konverter er de mest typiske enheder.

Effektklassen rækker typisk fra tiere til flere hundrede watt. I industrien er en almindelig anvendelse variabelhastighedsdriv til at kontrollere hastigheden på induktionsmotor. Strømkonverteringssystemer klassificeres efter deres input- og output-effekttyper.

• AC til DC (rektifier)

• DC til AC (inverter)

• DC til AC (DC til DC-konverter)

• AC til AC (AC til AC-konverter)

Det handler både om roterende og statisk udstyr til produktion, transmission og brug af store mængder elektrisk strøm. DC-DC-konverter er et elektronisk kredsløb, der konverterer en kilde med direkte strøm fra en spændings niveau til et andet.

Fordelene ved strømkonvertere er som følger-

• Høj effektivitet på grund af lav tab i strømhalvlederkomponenter.

• Høj pålidelighed af strømkonverter-systemet.

• Lang levetid og mindre vedligeholdelse på grund af fraværet af bevægelige dele.

• Flexibilitet i drift.

• Hurtigt dynamisk svar sammenlignet med elektromekanisk konverter-system.

Der er også nogle betydelige ulemper ved strømkonvertere, som følgende-

• Kredsløb i strømsystem har en tendens til at generere harmoniske i forsyningskredsløbet samt lastkredsløbet.

• AC til  DC og DC til AC-konverter fungerer med lav input effektfaktor under visse driftsforhold.

• Regenerering af strøm er svær i strømkonverter-systemer.

I dette projekt styres den gennemsnitlige spænding på feltet i en synkron maskine ved hjælp af en boost chopper. En boost chopper er en DC til DC-konverter der leverer en højere kontrolleret outputspænding fra en fast input DC-spænding.

MOSFET er en strømhalvlederkomponent, der er en fuldt kontrolleret bryder (en bryder, hvis tænd- og slukfunktion begge kan kontrolleres). MOSFET bruges som bryderenhet i dette Boost chopper kredsløb. Gate-terminalen på MOSFET drevet af et pulsbreddeberegnet (PWM) signal. Dette genereres ved hjælp af en mikrocontroller. Fornyelsesspændingen til chopper er taget fra en diodebro-rektifier ved konvertering af enfas AC/DC.

Denne skema for feltspændingskontrol er ekstremt effektiv og kompakt, på grund af inddragelsen af strømhalvlederkredsløb. I mange industrielle applikationer, som reaktiv effektkontrol, effektfaktor forbedring af transmissionslinje er det nødvendigt at ændre feltspændingen.

Denne drivtag strøm fra en fast DC-kilde og konverterer den til en variabel DC-spænding. Choppersystemer tilbyder glat kontrol, høj effektivitet, hurtigt svar og regenerering. Egentlig kan en Chopper betragtes som DC-ekvivalent af en AC-transformator, da de opfører sig på samme måde. Da chopper involverer en enkelt konvertering, er de mere effektive.

Arbejdsprincip for synkron maskine ved hjælp af chopper

For at forstå detaljerne i projektplanen, lad os overveje denne blokdiagram nedenfor:

Fra ovenstående diagram kan vi sige, at for 230V input til en fuld bølge rektifier, er outputspændingen 146 (ca.) feltspændingen for maskinen er 180V, så vi skal stige spændingen gennem step-up chopper. Nu bliver den justerede DC-spænding ledt til feltet i den synkron maskine. Outputspændingen fra chopperen kan varieres ved at ændre cyklusforholdet for at gøre dette, skal vi lave en puls-generator med justerbart pulsbredde, og dette kan gøres med hjælp fra en mikrocontroller.

I mikrocontrolleren kan vi generere et puls-signal ved at sammenligne et tilfældigt sekvenssignal med en konstant størrelse, men for at undgå belastningsvirkning er det anbefalet at bruge elektrisk isolation, dette gør vi ved at bruge en Opto coupler. En kondensator er blevet brugt i chopperkredsløbet for at fjerne ripple fra outputspændingen. Det er blevet simuleret, at induktor der er brugt i chopperkredsløbet, skal kunne håndtere 2-3 A strøm under kortslutningsperioden. Ud over den ønskede outputspænding, skal vi også designe kredsløbet, så det kan klare eventuelle fejltilstande.

• Til overspændingbeskyttelse vil vi bruge metaloksidvaristorer (MOV), hvis modstand afhænger af spændingen.

• Til overstrømningbeskyttelse kan vi bruge først virkende strømbegrænsende Sikring.

For at forbedre kvaliteten af waveform'en kan vi bruge filterkredsløb, primært L eller LC-filter ved outputtet fra bro-rektifieren. Dioden, der er brugt, skal have kort reverse recovery tid, her kan vi bruge hurtig recovery diode.

Værdier af kredsløbskomponenter, der er brugt

Input DC-spænding = 100V
Puls spænding = 10V, Cyklusforhold = 40%
Chopping frekvens = 10 KHz
R = 225 ohm (som beregnet fra maskinens rating)
L = 10mH
C = 1pF

Data erhvervet fra outputtet
Output spænding: 174 V (Gennemsnit)
Last strøm: 0.775 A (Gennemsnit)
Kilde strøm: 0.977 A

Yderligere udvikling af synkron maskine ved hjælp af chopper

Der er stadig meget plads til fremtidig udvikling, der ville forbedre systemet og øge dets forretningsværdi.

Lukket kredsløbskontrol

Anvendelsesområder, hvor brugeren har at gøre med variabel belastning, har brug for et lukket kredsløbskontrolschema for at opretholde konstant spænding. Referencespændingen og den faktiske outputspænding vil blive sammenlignet først, og et fejl signal genereres. Dette fejl signal vil bestemme cyklusforholdet for chopper.

Reduktion af temperatureffekt

Brug af præcisionskondensator, switching diode kan definitivt forbedre ydeevnen, men de vil bidrage til projektets omkostninger.

Konklusion om synkron maskine ved hjælp af chopper

I vores projekt designede og implementerede vi en lavpris og brugervenlig spændingskontroller ved hjælp af Chopper. Målgruppen for systemet er industrier, der kræver glat, effektiv og lille kontroller, der giver en bred spændingsvariation. Dette type projekt er virkelig nyttigt i de industrielle områder i udviklingslande som Indien, hvor energikrisen er en stor bekymring.

Vi har lært meget gennem projektet. Vi fik erfaring med teamarbejde, koordinering, lederskab under gennemgangen af de forskellige faser i projektets udvikling. Vi blev udfordret af kompleksiteten af teknologierne, der var nødvendige for at bygge systemet. Dette hjalp os med at relaterer og anvende den teoretiske viden, vi fik i ingeniørforløbet.

Ingen af os havde erfaring med elektronisk kontrol af motorer før projektet. Vi skulle lære forskellige koncepter og teknikker hurtigt og anvende dem i systemet. Projektet gav os også en chance for at opnå erfaring i pulssignalgenerering og power MOSFET kontrolområde. Dette projekterfaring har betydeligt beriget vores viden og skarpet vores tekniske færdigheder.