Szinkron gép felkobzásának szabályozása vágóval

Tartalom

• Szinkron gép működési elve a vágóval

• A szinkron gép továbbfejlesztése a vágóval

• Következtetés a szinkron gépről a vágó használatával

Főbb tanulságok:

• Buzgózási ellenállás definíciója: A buzgózási ellenállás olyan eljárás, amely egy szinkron gép DC mezőjének ellenállását kezeli annak érdekében, hogy a gép teljesítményét irányítsa.

• Működési elv: Egy szinkron gép működési elve, amely vágót használ, a feszültség növelését és PWM jel általi ellenőrzést tartalmazza, hogy a kívánt buzgózást elérje.

• A vágó előnyei: A vágó használata a buzgózási ellenállás kezelésére magas hatékonyságot, kompakt méretet, sima ellenőrzést és gyors válaszidőt kínál.

• A vágó áramkör komponensei: A kulcsfontosságú komponensek között szerepel a MOSFET, a pulszus-szélesség-modulációs jel, a felejtő, a kondenzátor, az induktív elem, valamint védelmi eszközök, mint a MOV és a biztosíték.

• Jövőbeli fejlesztések: A jövőbeli fejlesztések zárt hurok ellenőrzést tartalmazhatnak változó terhelésekhez, valamint precíziós komponenseket, hogy javítsák a teljesítményt és csökkentsék a hőhatást.

A szinkron gép egy sokoldalú elektromos gép, amely számos területen használatos, például az energia-termelésben, a konstans sebesség fenntartásában és a hatásfok javításában. A hatásfok ellenőrzése a DC mező ellenállásának kezelésével történik. Ez a tanulmány arra összpontosít, hogyan tudunk hatékonyan ellenőrizni egy szinkron gép mező ellenállását.

A hagyományos DC buzgózási módszerek hűtési és karbantartási problémákat okoznak csúszó gyűrűk, kefeek és kommutátorok miatt, különösen, ha a dinamo becslései növekednek. A modern buzgózási rendszerek ezen problémák csökkentését célozzák, minimalizálva a csúszó kapcsolatok és kefeek számát.

Ez a tendencia vezetett a statikus buzgózás fejlesztéséhez vágóval. A modern rendszerek diódákat, thyristorokat és tranzisztorokat használnak. A villamosenergiaelektronikában jelentős mennyiségű villamos energiát dolgoznak fel, a leggyakrabban AC/DC átalakítókkal.

A teljesítmény-tartomány általában tízezres és több száz watt között van. Az iparban gyakori alkalmazása a sebesség-változtató, amelyet az indukciós motor sebességének ellenőrzésére használnak. A villamosenergia-átalakító rendszereket bemeneti és kimeneti energia típusuk szerint osztályozzák.

• AC-ből DC (rectifier)

• DC-ből AC (inverter)

• DC-ből DC (DC-DC átalakító)

• AC-ből AC (AC-AC átalakító)

Az egész foglalkozik forgó és álló berendezésekkel a nagy mennyiségű villamos energia termeléséhez, továbbításához és felhasználásához. A DC-DC átalakító elektronikai áramkör, amely egy forrás DC feszültségét egy szinttel másra alakítja.

A villamosenergia-átalakítók előnyei a következők:

• Magas hatékonyság a villamosenergia-semleges eszközök alacsony vesztesége miatt.

• A villamosenergia-átalakító rendszer magas megbízhatósága.

• Hosszú élettartam és kevés karbantartás a mozgó részek hiánya miatt.

• Operációs rugalmasság.

• Gyors dinamikus válasz, összehasonlítva az elektromechanikus átalakító rendszerekkel.

Van még néhány jelentős hátrány is a villamosenergia-átalakítóknál, mint például a következők:

• A villamosenergia-átalakító rendszerben lévő áramkörök harmonikus jeleket generálnak a tápegési rendszerben, valamint a terhelési áramkörben.

• Az AC-ből DC és DC-ből AC átalakítók alacsony bemeneti hatásfokon működnek bizonyos működési feltételek mellett.

• A villamosenergia-átalakító rendszerekben nehéz a teljesítmény újragenerálása.

Ebben a projektben egy szinkron gép mezőjének átlagos feszültsége egy boost vágóval ellenőrizhető. A boost vágó egy DC-DC átalakító, amely rögzített bemeneti DC feszültségből magasabb, ellenőrzött kimeneti feszültséget nyújt.

A MOSFET egy villamosenergia-semleges eszköz, amely teljesen ellenőrizhető kapcsoló (kapcsoló, amelynek mind a bekapcsolása, mind a kikapcsolása ellenőrizhető). A MOSFET-et használják a Boost vágó áramkörben mint kapcsolóeszköz. A MOSFET kapcsoló terminálját egy pulszus-szélesség-modulációs (PWM) jel vezérli, amely egy mikrokontrollerrel generált. A vágó tápegése egy diódahíd átalakítóból származik egyfázisú AC/DC konverzióval.

Ez a mező ellenállás ellenőrzési séma nagyon hatékony és kis méretű, a villamosenergia-átalakító áramkörök bevonásának köszönhetően. Sok ipari alkalmazásban, mint például a reaktív teljesítmény ellenőrzése, a hatásfok javítása a hajtóművekben, szükség van a mező ellenállás változtatására.

Ez a hajtómű rögzített DC forrásból vesz áramot, és átalakítja azt változó DC feszültséggé. A vágó rendszerek sima ellenőrzést, magas hatékonyságot, gyors válaszidőt és regenerációs lehetőséget kínálnak. Alapvetően a vágó tekinthető a DC ekvivalensének az AC transzformátorhoz, hiszen ugyanúgy viselkednek. Mivel a vágó egyfázisú átalakítást jelent, ezért ezek hatékonyabbak.

Szinkron gép működési elve a vágóval

A projekt részleteinek megértéséhez vegyük figyelembe a következő blokkdiagramot:

A fenti diagram alapján azt mondhatjuk, hogy 230V bemenet esetén egy teljes hullámú felejtő kimenete 146 (kb.) volt. A gép mezőfeszültsége 180V, így a feszültséget a step-up vágóval kell növelni. Most a beállított DC feszültséget a szinkron gép mezőjébe adja. A vágó kimeneti feszültsége a pulzusszélesség módosításával változtatható, ami egy adjutálható pulzszelet-generátorral, mikrokontroller segítségével lehetséges.

A mikrokontrollerben egy véletlenszerű sorozat jelének és egy állandó erősségű jelének összehasonlításával generálható a pulzusszélesség-módulációs jel, de a terhelés hatásának elkerülése érdekében javasolt az optokuplerrel való elektrikai izoláció. A vágó áramkörben egy kondenzátor szerepel, hogy eltávolítsa a kimeneti feszültség ripplét. Szimuláció alapján a vágó áramkörben használt induktív elem képes kezelni 2-3 A-os áramot rövidzárló esetén. A kívánt kimeneti feszültség mellett a köröt úgy kell tervezni, hogy tartsa ki bármilyen hibafeltételt is.

• Túlfeszültség ellenőrzésére használhatunk metalloxid varisztorokat (MOV), amelyek ellenállása a feszültségtől függ.

• Túlterhelés ellenőrzésére használhatunk elsődleges akció biztosítékot.

A hullámforma minőségének javításához szűrőáramkört, L vagy LC szűrőt használhatunk a felejtőhíd kimenetén. A diódának kevesebb fordított helyreállási idejét kellene megkövetelni, itt gyors helyreálló diódát használhatunk.

A használt áramkör komponenseinek értékei

Bemeneti DC feszültség = 100V
Pulzus feszültség = 10V, Duty = 40%
Vágó frekvencia = 10 KHz
R = 225 ohm (A gép becslése alapján)
L = 10mH
C = 1pF

Az eredmények a kimenetről:
Kimeneti feszültség: 174 V (Átlag)
Terhelési áram: 0,775 A (Átlag)
Tápegési áram: 0,977 A

A szinkron gép továbbfejlesztése a vágóval

Nagy potenciál van a jövőbeli fejlesztések számára, amelyek tovább fejlesztenék a rendszert és növelnék annak üzleti értékét.

Zárt hurok ellenőrzés

A változó terhelés esetén zárt hurok ellenőrzést igényel a konstans buzgózás fenntartásához. A referencia feszültséget és a tényleges kimeneti feszültséget össze kell hasonlítani, és hiba jelet kell generálni. Ez a hiba jel dönti el a vágó pulzusszélességét.

A hőhatás csökkentése

A precíziós kondenzátor és a kapcsoló diódák használata javíthatja a teljesítményt, de növelik a projektek költségeit.

A szinkron gép következtetése a vágóval

Projektünkben kifejlesztettünk és implementáltunk egy olcsó, felhasználóbarát buzgózási ellenőrzőt vágóval. A rendszer célfelhasználói azok az ipari szektorok, amelyek sima, hatékony és kis méretű ellenőrzőt igényelnek, amely széles feszültség-változást kínál. Ilyen típusú projektek nagyon hasznosak a fejlődő országok, mint India ipari területein, ahol a villamosenergia-válság nagy aggodalomforrás.

Sokat tanultunk a projektből. Megtanultuk a csapatmunka, koordináció és vezetés fontosságát a projekt különböző fejlesztési fázisaiban. A rendszer építéséhez szükséges technológiák összetettsége kihívást jelentett nekünk. Ez segítette abban, hogy összefüggésbe hozzuk és alkalmazzuk a mérnöki tanulmányaink során szerzett elméleti ismereteinket.

Senki sem volt tapasztalt a motorok elektronikus ellenőrzésében a projekt előtt. Gyorsan kellett tanulnunk különböző fogalmakat és technikákat, és alkalmaznunk őket a rendszerben. A projekt lehetőséget adott arra, hogy tapasztalatot szerezzenek a pulzus jel generálásban és a teljesítmény-MOSFET ellenőrzés területén. Ez a projekti tapasztalat jelentősen gazdagította ismereteinket és finomította technikai készségeinket.