チョッパを使用した同期機の励磁制御

목차

• チョッパを使用した同期機の動作原理

• チョッパを使用した同期機のさらなる発展

• チョッパを使用した同期機の結論

주요 학습 내용:

• 자기 권유 정의: 자기 권유는 동기 기계의 성능을 제어하기 위해 DC 필드 권유를 관리하는 것을 의미합니다.

• 작동 원리: 채퍼를 사용한 동기 기계의 작동 원리는 PWM 신호를 통해 전압을 상승시키고 제어하여 원하는 권유를 달성하는 것입니다.

• 채퍼의 장점: 채퍼를 사용한 권유 제어는 높은 효율, 소형 크기, 부드러운 제어, 빠른 응답을 제공합니다.

• 채퍼 회로의 구성 요소: 주요 구성 요소로는 MOSFET, 펄스 폭 변조 신호, 정류기, 커패시터, 인덕터, MOV 및 퓨즈와 같은 보호 장치가 포함됩니다.

• 향후 개선 사항: 향후 개발에는 가변 부하에 대한 폐루프 제어와 성능 향상 및 온도 영향 감소를 위한 정밀 구성 요소가 포함될 수 있습니다.

동기 기계는 발전, 일정 속도 유지, 전력 인자 교정 등 다양한 분야에서 사용되는 다목적 전기 기계입니다.전력 인자제어는 DC 필드 권유를 관리함으로써 이루어집니다. 이 논문은 동기 기계의 필드 권유를 얼마나 효율적으로 제어할 수 있는지에 초점을 맞추고 있습니다.

전통적인 DC 권유 방법은 슬립 링, 브러시, 콜렉터로 인해 냉각 및 유지보수 문제를 겪게 됩니다. 특히교류 발전기등급이 증가할수록 이러한 문제가 더욱 심각해집니다. 현대적인 권유 시스템은 슬라이딩 접촉과 브러시의 수를 최소화하여 이러한 문제를 줄이려고 합니다.

이러한 추세는채퍼를 사용한 정지 권유의 개발로 이어졌습니다. 현대 시스템은반도체스위칭 장치인다이오드,thyristors,transistors를 사용합니다. 전력 전자공학에서는 AC/DC 변환기가 가장 일반적인 장치인 많은 양의 전기를 처리합니다.

전력 범위는 일반적으로 수십 와트에서 수백 와트까지 다양합니다. 산업에서는유도 모터의 속도를 제어하는 가변 속도 드라이브가 일반적인 응용 분야입니다. 전력 변환 시스템은 입력 및 출력 전력 유형에 따라 분류됩니다.

• AC에서 DC(정류기)

• DC에서 AC(인버터)

• DC에서 AC(DC에서 DC 변환기)

• AC에서 AC(AC에서 AC 변환기)

이는 회전 및 정지 장비 모두를 다루며,전기 에너지의 생성, 전송, 활용을 포함합니다. DC-DC 변환기는 하나의전압레벨에서 다른 레벨로 직접 전류를 변환하는 전자 회로입니다.

전력 전자 변환기의 장점은 다음과 같습니다-

• 전력 반도체 장치의 낮은 손실로 인한 높은 효율.

• 전력 전자 변환기 시스템의 높은 신뢰성.

• 이동부품이 없어 오래 지속되고 유지보수가 적음.

• 작동의 유연성.

• 전기기계 변환기 시스템보다 빠른 동적 응답.

전력 전자 변환기에는 다음과 같은 중요한 단점도 있습니다-

• 전력 전자 시스템의 회로는 공급 시스템뿐만 아니라 부하 회로에서도 고조파를 발생하는 경향이 있습니다.

• AC에서 DC 및 DC에서 AC 변환기는 특정 작동 조건 하에서 낮은 입력전력 인자로 작동합니다.

• 전력 전자 변환기 시스템에서 전력 재생은 어렵습니다.

이 프로젝트에서는 부스트 채퍼를 사용하여 동기 기계의 필드에 걸리는 평균 전압을 제어합니다. 부스트 채퍼는 고정된 입력 DC 전압에서 더 높은 제어된 출력 전압을 제공하는DC에서 DC 변환기입니다.

MOSFET는 완전히 제어 가능한 스위치(켜짐과 꺼짐을 모두 제어할 수 있는 스위치)인 전력 전자 반도체 장치입니다.MOSFET는 이 부스트 채퍼 회로에서 스위칭 장치로 사용됩니다. MOSFET의 게이트 단자는 마이크로컨트롤러를 사용하여 생성된 펄스 폭 변조(PWM) 신호로 구동됩니다. 채퍼의 공급 전압은 단상 AC/DC 변환을 통해 다이오드 브릿지 정류기에서 가져옵니다.

이 필드 권유 제어 방식은 전력 전자 회로의 사용으로 인해 매우 효율적이고 소형입니다. 많은 산업 응용 분야에서, 예를 들어 무효 전력 제어, 전력 인자개선, 송전선의 필드 권유 변경이 필요합니다.

이 드라이브는 고정된 DC 소스에서 전력을 취하고 이를 가변 DC 전압으로 변환합니다. 채퍼 시스템은 부드러운 제어, 높은 효율, 빠른 응답 및 재생 기능을 제공합니다. 기본적으로 채퍼는 AC 변압기의 DC 상당물이라고 볼 수 있으며, 그들은 동일한 방식으로 작동합니다. 채퍼는 한 단계 변환만 포함하므로 더 효율적입니다.

채퍼를 사용한 동기 기계의 작동 원리

프로젝트 계획의 세부 사항을 이해하기 위해 다음 블록 다이어그램을 고려해 보겠습니다:

위 다이어그램에서我们可以看到，对于全波整流器的230V输入，输出电压约为146V，而机器的磁场电压为180V，因此我们需要通过升压斩波器提升电压。现在调整后的直流电压被馈送到同步机的磁场中。通过改变占空比可以改变斩波器的输出电压，为此我们需要制作一个可调脉冲宽度的脉冲发生器，这可以通过微控制器实现。 在微控制器中，通过将随机序列信号与恒定幅度进行比较，可以生成脉冲信号，但为了避免加载效应，建议使用电隔离，为此我们使用了光电耦合器。为了从输出电压中去除纹波，在斩波电路中使用了一个电容器。模拟表明，斩波电路中使用的电感应能够在短路期间处理2-3A的电流。除了所需的输出电压外，我们还应设计电路以承受任何故障条件。 - 为了过电压保护，我们将使用电阻随电压变化的金属氧化物压敏电阻（MOV）。 - 为了过电流保护，我们可以使用快速动作的限流熔断器。 为了改善波形质量，我们可以在桥式整流器的输出端使用滤波电路，基本上是L或LC滤波器。所使用的二极管应具有较短的反向恢复时间，这里我们可以使用快速恢复二极管。 使用的电路组件值如下： - 输入直流电压 = 100V - 脉冲电压 = 10V，占空比 = 40% - 斩波频率 = 10 KHz - R = 225 欧姆（根据机器额定值计算） - L = 10mH - C = 1pF 从输出获得的数据 - 输出电压：174 V（平均值） - 负载电流：0.775 A（平均值） - 电源电流：0.977 A 使用斩波器的同步机的进一步发展 仍有很大的发展空间，可以增强系统并提高其商业价值。 闭环控制 在用户处理可变负载的应用领域，需要闭环控制方案来维持恒定的励磁。参考电压和实际输出电压将首先进行比较，并生成误差信号。该误差信号将决定斩波器的占空比。 减少温度影响 使用精密电容和开关二极管肯定可以提高性能，但这会增加项目的成本。 使用斩波器的同步机的结论 在我们的项目中，我们设计并实现了一种低成本且用户友好的基于斩波器的励磁控制器。系统的预期用户是需要平滑、高效且小型控制器的工业领域，这些控制器可以提供广泛的电压变化范围。这种类型的项目在像印度这样的发展中国家的工业领域非常有用，因为那里能源危机是一个重大问题。 通过这个项目，我们学到了很多东西。在项目开发的各个阶段，我们学会了团队合作、协调和领导能力。我们面临着构建系统所需技术的复杂性挑战。这帮助我们将工程课程中学到的理论知识联系起来并应用到实践中。 在项目之前，我们都没有电机电子控制的经验。我们需要快速学习不同的概念和技术，并将其应用于系统中。该项目还为我们提供了积累脉冲信号生成和功率MOSFET控制领域经验的机会。这个项目经验极大地丰富了我们的知识，并提高了我们的技术技能。