Pengendalian Excitasi Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Daftar Isi
Prinsip Kerja Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Pengembangan Lebih Lanjut dari Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Kesimpulan Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Pelajaran Kunci:
Definisi Kontrol Eksitasi: Kontrol eksitasi didefinisikan sebagai pengelolaan eksitasi medan DC pada mesin sinkron untuk mengendalikan kinerjanya.
Prinsip Kerja: Prinsip kerja mesin sinkron menggunakan chopper melibatkan peningkatan tegangan dan pengendaliannya melalui sinyal PWM untuk mencapai eksitasi yang diinginkan.
Keuntungan Chopper: Penggunaan chopper untuk kontrol eksitasi menawarkan efisiensi tinggi, ukuran kompak, kontrol halus, dan respons cepat.
Komponen dalam Rangkaian Chopper: Komponen utama termasuk MOSFET, sinyal modulasi lebar pulsa, rectifier, kapasitor, induktor, dan perangkat pelindung seperti MOV dan sekering.
Peningkatan di Masa Depan: Peningkatan di masa depan dapat mencakup kontrol loop tertutup untuk beban variabel dan komponen presisi untuk meningkatkan kinerja dan mengurangi efek suhu.
Mesin sinkron adalah mesin listrik serbaguna yang digunakan dalam berbagai bidang, seperti pembangkitan tenaga, pemeliharaan kecepatan konstan, dan koreksi faktor daya. Kontrol faktor daya dilakukan dengan mengelola eksitasi medan DC. Tesis ini fokus pada bagaimana kita dapat mengontrol eksitasi medan mesin sinkron secara efisien.
Metode eksitasi DC konvensional menghadapi masalah pendinginan dan perawatan karena adanya cincin geser, sikat, dan komutator, terutama ketika rating alternator meningkat. Sistem eksitasi modern bertujuan untuk mengurangi masalah-masalah tersebut dengan meminimalkan jumlah kontak geser dan sikat.
Tren ini telah mendorong pengembangan eksitasi statis menggunakan chopper. Sistem modern menggunakan perangkat semikonduktor seperti dioda, tiristor dan transistor. Dalam elektronika daya, sejumlah besar energi listrik diproses, dengan konverter AC/DC menjadi perangkat yang paling umum.
Rentang daya biasanya berkisar dari puluhan hingga ratusan watt. Dalam industri, aplikasi umumnya adalah penggerak kecepatan variabel yang digunakan untuk mengontrol kecepatan motor induksi. Sistem konversi daya diklasifikasikan berdasarkan jenis daya input dan outputnya.
AC ke DC (rectifier)
DC ke AC (inverter)
DC ke DC (konverter DC ke DC)
AC ke AC (konverter AC ke AC)
Ini menangani baik peralatan berputar maupun statis untuk pembangkitan, transmisi, dan pemanfaatan jumlah besar daya listrik. Konverter DC-DC adalah rangkaian elektronik yang mengubah sumber arus searah dari satu tingkat tegangan ke tingkat lainnya.
Keuntungan dari konverter elektronika daya adalah sebagai berikut-
Efisiensi tinggi karena kerugian rendah pada perangkat semikonduktor daya.
Reliabilitas tinggi sistem konverter elektronika daya.
Umur panjang dan perawatan minimal karena tidak adanya bagian bergerak.
Kemudahan dalam operasi.
Respons dinamis cepat dibandingkan dengan sistem konverter elektromekanis.
Ada juga beberapa kekurangan signifikan dari konverter elektronika daya seperti berikut-
Rangkaian dalam sistem elektronika daya cenderung menghasilkan harmonisa dalam sistem pasokan serta rangkaian beban.
Konverter AC ke DC dan DC ke AC beroperasi dengan faktor daya rendah pada kondisi operasi tertentu.
Regenerasi daya sulit dilakukan dalam sistem konverter elektronika daya.
Dalam proyek ini, tegangan rata-rata di medan mesin sinkron dikontrol menggunakan chopper boost. Chopper boost adalah konverter DC ke DC yang menyediakan tegangan output yang lebih tinggi dan terkontrol dari tegangan DC input yang tetap.
MOSFET adalah perangkat semikonduktor elektronika daya yang merupakan saklar sepenuhnya terkontrol (saklar yang dapat dikontrol saat hidup dan mati). MOSFET digunakan sebagai perangkat switching dalam rangkaian Boost chopper ini. Terminal gate MOSFET didrive oleh sinyal modulasi lebar pulsa (PWM). Yang dihasilkan dengan menggunakan mikrokontroler. Tegangan pasokan chopper diambil dari rectifier jembatan dioda dengan konversi fase tunggal AC/DC.
Skema kontrol eksitasi medan ini sangat efisien dan berukuran kompak, berkat keterlibatan rangkaian elektronika daya. Dalam banyak aplikasi industri, seperti kontrol daya reaktif, peningkatan faktor daya garis transmisi, diperlukan untuk mengubah eksitasi medan.
Sistem ini mengambil daya dari sumber DC tetap dan mengonversinya menjadi tegangan DC variabel. Sistem chopper menawarkan kontrol halus, efisiensi tinggi, respons lebih cepat, dan fasilitas regenerasi. Secara dasar, chopper dapat dianggap sebagai setara DC dari transformator AC karena perilakunya identik. Karena chopper melibatkan konversi satu tahap, sistem ini lebih efisien.
Prinsip Kerja Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Untuk memahami detail rencana proyek, mari kita pertimbangkan diagram blok berikut:
Dari diagram di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa untuk input 230V dari rectifier gelombang penuh, tegangan outputnya adalah 146 (sekitar) dan tegangan medan mesin adalah 180V, sehingga kita harus menaikkan tegangan melalui chopper step up. Kemudian, tegangan DC yang disesuaikan diberikan ke medan mesin sinkron. Tegangan output chopper dapat diubah dengan mengubah siklus tugas, dan ini dapat dilakukan dengan membuat generator pulsa dengan lebar pulsa yang dapat disesuaikan, yang dapat dilakukan dengan bantuan mikrokontroler.
Dalam mikrokontroler, dengan membandingkan sinyal urutan acak dengan magnitudo tetap, kita dapat menghasilkan sinyal pulsa, tetapi untuk menghindari efek beban, disarankan untuk melakukan isolasi listrik, dan untuk ini kita menggunakan optokopler. Sebuah kapasitor telah digunakan dalam rangkaian chopper untuk menghilangkan ripple dari tegangan output. Telah disimulasikan bahwa induktor yang digunakan dalam rangkaian chopper harus mampu menangani 2-3 A arus selama periode hubungan singkat. Selain tegangan output yang diinginkan, kita juga harus merancang rangkaian agar dapat menahan kondisi gangguan apa pun.
Untuk perlindungan overvoltage, kita akan menggunakan varistor oksida logam (MOV) yang hambatan tergantung pada tegangan.
Untuk perlindungan overcurrent, kita dapat menggunakan sekering batas arus pertama bertindak.
Untuk meningkatkan kualitas bentuk gelombang, kita dapat menggunakan rangkaian filter, yaitu filter L atau LC di output dari rectifier jembatan. Dioda yang digunakan harus memiliki waktu pemulihan balik yang sedikit, di sini kita dapat menggunakan dioda pemulihan cepat.
Nilai komponen rangkaian yang digunakan
Tegangan DC Input = 100V
Tegangan Pulsa = 10V, Siklus Tugas = 40%
Frekuensi Chopping = 10 KHz
R = 225 ohm (Seperti yang dihitung dari rating mesin)
L = 10mH
C = 1pF
Data yang diperoleh dari output
Tegangan Output: 174 V (Rata-rata)
Arus Beban: 0,775 A (Rata-rata)
Arus Sumber: 0,977 A
Pengembangan Lebih Lanjut Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Masih ada ruang yang luas untuk pengembangan di masa depan yang akan meningkatkan sistem dan menambah nilai bisnisnya.
Kontrol loop tertutup
Area aplikasi di mana pengguna berurusan dengan beban variabel, membutuhkan skema kontrol loop tertutup untuk mempertahankan eksitasi konstan. Tegangan referensi dan tegangan output aktual akan dibandingkan terlebih dahulu dan sinyal kesalahan akan dihasilkan. Sinyal kesalahan ini akan menentukan siklus tugas chopper.
Reduksi efek suhu
Penggunaan kapasitor presisi, dioda switching dapat meningkatkan kinerja, tetapi akan menambah biaya proyek.
Kesimpulan Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Dalam proyek kami, kami merancang dan menerapkan pengontrol eksitasi yang hemat biaya dan ramah pengguna menggunakan Chopper. Pengguna target sistem ini adalah industri yang membutuhkan kontrol yang halus, efisien, dan berukuran kecil yang memberikan variasi tegangan yang luas. Jenis proyek ini sangat berguna di bidang industri negara berkembang seperti India, di mana krisis energi menjadi perhatian besar.
Kami telah belajar banyak melalui proyek ini. Kami mendapatkan pelajaran tentang kerja tim, koordinasi, kepemimpinan selama melewati berbagai fase pengembangan proyek. Kami dihadapkan pada kompleksitas teknologi yang diperlukan untuk membangun sistem. Ini membantu kami untuk menghubungkan dan menerapkan pengetahuan teoretis yang kami peroleh dalam kursus teknik.
Tidak ada dari kami yang memiliki pengalaman dengan kontrol elektronik motor sebelum proyek ini. Kami perlu belajar konsep dan teknik yang berbeda dengan cepat dan menerapkannya dalam sistem. Proyek ini juga memberikan kesempatan bagi kami untuk mengumpulkan pengalaman dalam pembangkitan sinyal pulsa dan area kontrol power MOSFET. Pengalaman proyek ini telah sangat memperkaya pengetahuan kami dan mengasah keterampilan teknis kami.
