Kawalan Pembebasan Mesin Synchronous Menggunakan Chopper
Kandungan
Prinsip Kerja Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Pengembangan Lebih Lanjut Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Kesimpulan Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Pembelajaran Utama:
Definisi Kawalan Eksitasi: Kawalan eksitasi didefinisikan sebagai pengurusan eksitasi medan DC dalam mesin sinkron untuk mengawal prestasinya.
Prinsip Kerja: Prinsip kerja mesin sinkron menggunakan chopper melibatkan peningkatan voltan dan mengawalnya melalui isyarat PWM untuk mencapai eksitasi yang diinginkan.
Kelebihan Chopper: Penggunaan chopper untuk kawalan eksitasi menawarkan kecekapan tinggi, saiz yang padat, kawalan yang halus, dan respons yang cepat.
Komponen dalam Litar Chopper: Komponen utama termasuk MOSFET, isyarat modulasi lebar pulsa, rektifer, kapasitor, induktor, dan peranti perlindungan seperti MOV dan fuse.
Peningkatan Masa Depan: Peningkatan masa depan boleh termasuk kawalan gelung tertutup untuk beban berubah-ubah dan komponen presisi untuk meningkatkan prestasi dan mengurangkan kesan suhu.
Mesin sinkron adalah mesin elektrik yang serba guna digunakan dalam pelbagai bidang, seperti pembangkitan tenaga, pemeliharaan kelajuan tetap, dan pembaikan faktor kuasa. Faktor kuasa kawalan dilakukan dengan mengurus eksitasi medan DC. Tesis ini memfokuskan bagaimana kita dapat mengawal eksitasi medan mesin sinkron secara efisien.
Kaedah eksitasi DC konvensional menghadapi masalah pendinginan dan penyelenggaraan disebabkan oleh slip ring, brush, dan komutator, terutamanya apabila penjana rating meningkat. Sistem eksitasi moden bertujuan untuk mengurangkan masalah ini dengan mengurangkan bilangan kontak bergeser dan brush.
Trend ini telah membawa kepada pembangunan eksitasi statik menggunakan chopper. Sistem moden menggunakan peranti semikonduktor seperti diod, tiristor dan transistor. Dalam elektronik kuasa, jumlah besar tenaga elektrik diproses, dengan penukar AC/DC menjadi peranti yang paling biasa.
Jangka daya biasanya merentangi dari puluhan hingga beberapa ratus watt. Dalam industri, aplikasi biasa adalah pemandu kelajuan berubah-ubah yang digunakan untuk mengawal kelajuan motor induksi. Sistem penukaran kuasa diklasifikasikan berdasarkan jenis tenaga input dan output mereka.
AC ke DC (rektifer)
DC ke AC (inverter)
DC ke DC (penukar DC ke DC)
AC ke AC (penukar AC ke AC)
Ia melibatkan peralatan berputar dan statik untuk pembangkitan, penghantaran, dan penggunaan jumlah besar tenaga elektrik. Penukar DC-DC adalah litar elektronik yang menukar sumber arus searah dari satu tahap voltan ke tahap lain.
Kelebihan penukar elektronik kuasa adalah seperti berikut-
Kecekapan tinggi disebabkan hilang rendah dalam peranti semikonduktor kuasa.
Kebolehpercayaan tinggi sistem penukar elektronik kuasa.
Umur panjang dan kurang penyelenggaraan disebabkan tiada bahagian bergerak.
Kekangan dalam operasi.
Respons dinamik yang cepat berbanding dengan sistem penukar elektromekanikal.
Terdapat juga beberapa kekurangan yang signifikan dalam penukar elektronik kuasa seperti berikut-
Litar dalam sistem elektronik kuasa cenderung menghasilkan harmonik dalam sistem bekalan serta litar beban.
Penukar AC ke DC dan DC ke AC beroperasi pada faktor kuasa rendah di bawah keadaan operasi tertentu.
Pemulihan tenaga sukar dalam sistem penukar elektronik kuasa.
Dalam projek ini, voltan purata di medan mesin sinkron dikawal menggunakan chopper boost. Chopper boost adalah penukar DC ke DC yang memberikan voltan output yang lebih tinggi dan dikawal dari voltan DC input yang tetap.
MOSFET adalah peranti semikonduktor elektronik kuasa yang merupakan switch sepenuhnya dikawal (switch yang kedua-dua hidup dan mati boleh dikawal). MOSFET digunakan sebagai peranti pemutus dalam litar Boost chopper ini. Terminal gerbang MOSFET didorong oleh isyarat modulasi lebar pulsa (PWM). Yang dihasilkan menggunakan mikrokontroler. Bekalan voltan chopper diambil dari rektifer jambatan dioda melalui penukaran AC/DC fasa tunggal.
Skema kawalan eksitasi medan ini sangat cekap dan berukuran kecil, disebabkan keterlibatan litar elektronik kuasa. Dalam banyak aplikasi industri, seperti kawalan kuasa reaktif, peningkatan faktor kuasa garis transmisi, ia diperlukan untuk mengubah eksitasi medan.
Pemacu ini mengambil tenaga dari sumber DC tetap dan menukarnya kepada voltan DC yang berubah-ubah. Sistem chopper menawarkan kawalan yang halus, kecekapan tinggi, respons yang lebih cepat, dan kemudahan pemulihan. Secara asas, chopper boleh dianggap setara DC bagi transformer AC kerana mereka bertindak dalam cara yang sama. Karena chopper melibatkan satu tahap penukaran, sistem ini lebih cekap.
Prinsip Kerja Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Untuk memahami rincian rancangan projek, mari kita pertimbangkan diagram blok di bawah:
Dari diagram di atas, kita boleh katakan bahawa untuk input 230V rektifer gelombang penuh, voltan output adalah 146 (Anggaran) voltan medan mesin adalah 180V jadi kita perlu menaikkan voltan melalui chopper step up. Sekarang voltan DC yang disesuaikan diberikan ke medan mesin sinkron. Voltan output chopper boleh diubah dengan mengubah kitaran tugas, untuk melakukan ini kita perlu membuat janaan pulsa dengan lebar pulsa yang boleh disesuaikan, dan ini boleh dilakukan dengan bantuan mikrokontroler.
Dalam mikrokontroler, dengan membandingkan isyarat urutan rawak dengan magnitud tetap, kita boleh menghasilkan isyarat pulsa, tetapi untuk mengelakkan kesan beban, disarankan untuk isolasi elektrik, untuk ini kita menggunakan opto coupler. Sebuah kapasitor telah digunakan dalam litar chopper untuk menghilangkan ripple dari voltan output. Telah disimulasikan bahawa induktor yang digunakan dalam litar chopper harus mampu menangani 2-3 A arus selama tempoh short circuit. Selain voltan output yang diinginkan, kita juga harus merancang litar agar dapat menahan keadaan kesalahan apa pun.
Untuk perlindungan overvoltage, kita akan menggunakan varistor oksida logam (MOV) yang resistansinya bergantung pada voltan.
Untuk perlindungan overcurrent, kita boleh menggunakan fuse pembatas arus pertama.
Untuk meningkatkan kualitas bentuk gelombang, kita boleh menggunakan litar filter, biasanya L atau LC filter pada output rektifer jambatan. Diod yang digunakan harus mempunyai masa pemulihan balik yang kurang, di sini kita boleh menggunakan diod pemulihan cepat.
Nilai komponen litar yang digunakan
Voltan DC Input = 100V
Voltan pulsa = 10V, Kitaran tugas = 40%
Frekuensi chopper = 10 KHz
R = 225 ohm (Seperti yang dihitung dari rating mesin)
L = 10mH
C = 1pF
Data yang diperoleh dari output
Voltan output: 174 V (Purata)
Arus beban: 0.775 A (Purata)
Arus sumber: 0.977 A
Pengembangan Lebih Lanjut Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Masih ada banyak ruang untuk pengembangan masa depan yang akan meningkatkan sistem dan meningkatkan nilai bisnisnya.
Kawalan gelung tertutup
Bidang aplikasi di mana pengguna berurusan dengan beban berubah-ubah, memerlukan skema kawalan gelung tertutup untuk mengekalkan eksitasi yang tetap. Voltan rujukan dan voltan output sebenar akan dibandingkan terlebih dahulu dan isyarat ralat dihasilkan. Isyarat ralat ini akan menentukan kitaran tugas chopper.
Pengurangan kesan suhu
Penggunaan kapasitor presisi, diod pemutus pasti dapat meningkatkan prestasi, tetapi mereka akan menambah kos projek.
Kesimpulan Mesin Sinkron Menggunakan Chopper
Dalam projek kami, kami merancang dan melaksanakan kawalan eksitasi yang murah dan mudah digunakan menggunakan Chopper. Pengguna sasaran sistem ini adalah industri yang memerlukan kawalan yang licin, cekap, dan berukuran kecil yang memberikan variasi voltan yang luas. Jenis projek ini sangat berguna dalam bidang industri negara berkembang seperti India, di mana krisis tenaga adalah kebimbangan besar.
Kami telah belajar banyak melalui projek ini. Kami mendapat pelajaran tentang kerjasama, koordinasi, dan kepimpinan selama melalui pelbagai fasa pengembangan projek. Kami ditantang oleh kompleksitas teknologi yang diperlukan untuk membangun sistem. Ini membantu kami untuk menghubungkan dan menerapkan pengetahuan teori yang kami peroleh dalam kursus kejuruteraan.
Tiada seorang pun daripada kami yang mempunyai pengalaman dengan kawalan elektronik motor sebelum projek ini. Kami perlu belajar konsep dan teknik yang berbeza dengan cepat dan menerapkannya dalam sistem. Projek ini juga memberikan peluang bagi kami untuk mengumpulkan pengalaman dalam generasi isyarat pulsa dan kawalan MOSFET kuasa. Pengalaman projek ini telah sangat memperkaya pengetahuan kami dan mempertajam kemahiran teknikal kami.
