Upotreba sekirača za upravljanje pobudom sinkronog stroja
Sadržaj
Načelo rada sinkronog stroja koristeći čoper
Daljnji razvoj sinkronog stroja koristeći čoper
Zaključak o sinkronom stroju koristeći čoper
Ključna učenja:
Definicija kontrole pobude: Kontrola pobude definirana je kao upravljanje DC poljem pobude u sinkronom stroju kako bi se kontrolirala njegova performansa.
Načelo rada: Načelo rada sinkronog stroja koristeći čoper uključuje povećanje napona i njegovu kontrolu putem PWM signala kako bi se postigla željena pobuda.
Prednosti čopera: Korištenje čopera za kontrolu pobude nudi visoku učinkovitost, kompaktnu veličinu, glatku kontrolu i brz odgovor.
Komponente u šemu čopera: Ključne komponente uključuju MOSFET, širinsko-modulirani signal, diodni most, kondenzator, induktor i zaštitne uređaje poput MOV-a i prekidača.
Buduće unapređenje: Budući razvoj može uključivati zatvorenu petlju kontrole za promjenjive opterećenja i precizne komponente kako bi se poboljšala performansa i smanjili temperaturni utjecaji.
Sinkroni stroj je prilagodljiva električna mašina koja se koristi u raznim područjima, poput proizvodnje struje, održavanja konstantne brzine i korekcije faktora snage. Kontrola faktora snage vrši se upravljanjem DC poljem pobude. Ova teza fokusira se na to kako možemo učinkovito kontrolirati polje pobude sinkronog stroja.
Konvencionalne metode DC pobude suočavaju se s problemima hlađenja i održavanja zbog klizača, štapa i komutatora, posebno s porastom ocjene alternatora. Moderne sustave pobude ciljevaju smanjiti ove probleme minimiziranjem broja klizićnih kontakti i štapica.
Ova tendencija dovela je do razvoja statičke pobude koristeći čoper. Moderne sustave koriste poluprovodničke uređaje prekidanja poput dijoda, tijistora i tranzistora. U elektronici snage, obrađuje se značajan iznos električne energije, a najčešći uređaji su pretvarači AC/DC.
Raspon snage obično se kreće od desetaka do nekoliko stotina vata. U industriji, često se primjenjuje varijabilni pogonski pogon za kontrolu brzine indukcijskog motora. Sustavi pretvaranja snage klasificiraju se prema tipu ulazne i izlazne snage.
AC na DC (diodni most)
DC na AC (invertor)
DC na AC (DC na DC pretvarač)
AC na AC (AC na AC pretvarač)
Bavi se rotirajućim i statičkim opremom za proizvodnju, prijenos i korištenje velikih količina električne snage. DC-DC pretvarač je elektronička šema koja pretvara izvor jednosmjernog toka sa jednog napona na drugi.
Prednosti pretvarača elektroničke snage su sljedeće-
Visoka učinkovitost zbog niske gubitka u poluprovodničkim uređajima snage.
Visoka pouzdanost sustava pretvaranja elektroničke snage.
Duga životnost i manje održavanje zbog odsutnosti pokretnih dijelova.
Flexibilnost u radu.
Brz dinamički odgovor usporedba s elektromehaničkim sustavom pretvaranja.
Postoje i neki značajni nedostaci pretvarača elektroničke snage poput sljedećih-
Šeme u sustavu elektroničke snage imaju tendenciju generirati harmonike u sustavu snabdijevanja kao i u opterbu.
Pretvarači AC na DC i DC na AC rade na niskom faktoru snage pod određenim uvjetima rada.
Regeneracija snage je teška u sustavu pretvaranja elektroničke snage.
U ovom projektu, prosječni napon na polju sinkronog stroja kontrolira se koristeći boost čoper. Boost čoper je DC na DC pretvarač koji daje veći kontrolirani izlazni napon od fiksiranog ulaznog DC napona.
MOSFET je poluprovodnički uređaj elektroničke snage koji je potpuno kontrolirani prekidnik (prekidnik čiji se uključivanje i isključivanje mogu kontrolirati). MOSFET koristi se kao prekidni uređaj u ovoj šemi boost čopera. Ulazni terminal MOSFET-a pokreće se širinsko-moduliranim (PWM) signalom. Taj se signal generira pomoću mikrokontrolera. Snabdijevanje napona čopera uzima se od diodnog mosta pretvaranja jednofaznog AC/DC.
Ova shema kontrole pobude polja vrlo je učinkovita i kompaktna, zbog uključenja elektroničke šeme snage. U mnogim industrijskim primjenama, poput kontrole reaktivne snage, poboljšanju faktora snage prijenosne linije, potrebno je mijenjati pobudu polja.
Ovaj pogon uzima snagu od fiksiranog DC izvora i pretvara je u varijabilni DC napon. Sustavi čopera nude glatku kontrolu, visoku učinkovitost, brzi odgovor i mogućnost regeneracije. U osnovi, čoper se može smatrati DC ekvivalentom AC transformatora, jer se ponašaju identično. Budući da čoper uključuje jedinstvenu konverziju, ti su učinkovitiji.
Načelo rada sinkronog stroja koristeći čoper
Da bismo razumjeli detalje plana projekta, razmotrimo sljedeću blokovnu shemu:
Iz gornje sheme možemo zaključiti da za 230V ulaz diodnog mosta, izlazni napon iznosi otprilike 146V, a napon polja stroja je 180V, pa moramo povećati napon kroz step-up čoper. Sada prilagođeni DC napon prenosi se na polje sinkronog stroja. Izlazni napon čopera može se mijenjati mijenjanjem dužine impulsa, što možemo učiniti generiranjem signala širinske modulacije (PWM) pomoću mikrokontrolera.
U mikrokontroleru, usporedbom nasumičnog sekvenčnog signala s konstantnom magnitudom, možemo generirati impulsni signal, ali kako bismo izbjegli efekt opterećenja, preporučljivo je električka izolacija, za to koristimo optokupljač. U šemu čopera ubačen je kondenzator radi uklanjanja valovanja iz izlaznog napona. Simulirano je da induktor koristi se u šemu čopera i trebao bi biti sposoban obraditi 2-3 A struja tijekom kratkog spoja. Osim željenog izlaznog napona, trebali bismo dizajnirati šemu tako da može izdržati bilo kakve greške.
Za zaštitu od previsokog napona, koristit ćemo metaloksidi varistori (MOV) čiji otpornik zavisi o naponu.
Za zaštitu od previsoke struje, možemo koristiti prekidni prekidnik.
Da bismo poboljšali kvalitet talasa, možemo koristiti filtar L ili LC filtar na izlazu diodnog mosta. Dijod koji se koristi trebao bi imati manje vrijeme oporavka, ovdje možemo koristiti brzi diod.
Vrijednosti komponenti koje su korištene
Ulazni DC napon = 100V
Impulsni napon = 10V, Dužina impulsa = 40%
Frekvencija rezanja = 10 KHz
R = 225 ohm (kao izračunato iz ocjene stroja)
L = 10mH
C = 1pF
Podaci dobiveni s izlaza
Izlazni napon: 174 V (prosječno)
Napon opterećenja: 0,775 A (prosječno)
Izvorna struja: 0,977 A
Daljnji razvoj sinkronog stroja koristeći čoper
Još postoji mnogo prostora za budući razvoj koji bi unaprijedio sustav i povećao njegov poslovni vrijednost.
Zatvorena petlja kontrole
Primjena gdje korisnik ima promjenjivo opterećenje, potreban je sustav zatvorene petlje kontrole kako bi se održao konstantan napon pobude. Referentni napon i stvarni izlazni napon uspoređuju se, a generira se signal greške. Taj signal greške odlučuje dužinu impulsa čopera.
Smanjenje utjecaja temperature
Korištenje preciznog kondenzatora, preključnog dioda definitivno može poboljšati performanse, ali će doprinijeti troškovima projekta.
Zaključak o sinkronom stroju koristeći čoper
U našem projektu, dizajnirali i implementirali smo niskocijenovni i korisniku prijateljski sustav kontrole pobude koristeći čoper. Ciljna korisnici sustava su industrije koje zahtijevaju gladak, učinkovit i mali kontroler koji nudi širok raspon varijacije napona. Ovaj tip projekta je vrlo koristan u industrijskim poljima razvijajućih zemalja poput Indije, gdje je energetska kriza veliki problem.
Naučili smo puno kroz projekt. Stigli smo do lekcije o timskom radu, koordinaciji, vođstvu tijekom različitih faza razvoja projekta. Izazvani smo složenošću tehnologija potrebnih za izgradnju sustava. To nam je pomoglo da uspostavimo vezu i primijenimo teorijsko znanje koje smo stečali tijekom inženjerskog studija.
Nitko od nas nije imao iskustva s elektroničkom kontrolom motora prije projekta. Morali smo brzo naučiti različite koncepte i tehnike i primijeniti ih u sustavu. Projekt je također pružio priliku da nabavimo iskustvo u generiranju pulsnih signala i power MOSFET kontrola. Ovo iskustvo u projektu značajno je obogatilo naše znanje i oštrilo naše tehničke vještine.
