Styring av opplasting av synkronmaskin ved bruk av chopper

Innhold

• Arbeidsprinsipp for synkronmaskin ved bruk av chopper

• Videre utvikling av synkronmaskin ved bruk av chopper

• Konklusjon for synkronmaskin ved bruk av chopper

Kjernebelæringer:

• Definisjon av oppladningskontroll: Oppladningskontroll defineres som å administrere DC-feltopplading i en synkronmaskin for å kontrollere dens ytelse.

• Arbeidsprinsipp: Arbeidsprinsippet for en synkronmaskin ved bruk av en chopper involverer stegvis øking av spenningen og kontroll gjennom PWM-signaler for å oppnå ønsket opplading.

• Fordeler med chopper: Bruk av en chopper for oppladningskontroll gir høy effektivitet, kompakt størrelse, jevn kontroll og rask respons.

• Komponenter i chopperkretsen: Nøkkelenheter inkluderer en MOSFET, pulsbredde-moduleringsignal, rettifier, kondensator, induktor og beskyttelsesenheter som MOV og sikring.

• Fremtidige forbedringer: Fremtidige utviklinger kan inkludere lukket sløyfe-kontroll for variable belastninger og presisjonskomponenter for å forbedre ytelsen og redusere temperatur-effekter.

En synkronmaskin er en allsidig elektrisk maskin som brukes i ulike felt, som kraftproduksjon, konstant hastighet og kraftfaktorkorreksjon. Kraftfaktor-kontroll utføres ved å administrere DC-feltopplading. Denne oppgaven fokuserer på hvordan vi effektivt kan kontrollere feltoppladingen i en synkronmaskin.

Tradisjonelle metoder for DC-opplading møter kjøling- og vedlikeholdsutfordringer på grunn av glipering, pensler og kommutatorer, spesielt når alternatoren-spesifikasjonene øker. Moderne oppladningssystemer forsøker å redusere disse problemene ved å minimere antallet av glidende kontakter og pensler.

Denne trender har ført til utviklingen av statisk opplading ved bruk av chopper. Moderne systemer bruker halvlederswitcher som diode, thyristorer og transistorer. I kraftteknikk behandles store mengder elektrisk energi, med AC/DC-konvertere som de mest typiske enhetene.

Effektspekteret strekker seg vanligvis fra ti til flere hundre watt. I industri er en vanlig anvendelse variabel hastighetsstyring for å kontrollere hastigheten på induksjonsmotor. Kraftkonverteringssystemer klassifiseres etter deres inngang- og utgangsenergityper.

• AC til DC (rettifier)

• DC til AC (inverter)

• DC til AC (DC til DC-konverter)

• AC til AC (AC til AC-konverter)

Det handler om både roterende og statisk utstyr for generering, overføring og bruk av store mengder elektrisk kraft. DC-DC-konverter er et elektronisk sirkuit som konverterer en kilde for direkte strøm fra ett spennings-nivå til et annet.

Fordele med krafttekniske konvertere er som følger-

• Høy effektivitet på grunn av lav tap i kraft-halvlederenheter.

• Høy pålitelighet i krafttekniske konverteresystemer.

• Lang levetid og mindre vedlikehold på grunn av fraværet av bevegelige deler.

• Flexibilitet i drift.

• Rask dynamisk respons sammenlignet med elektromekaniske konverteresystemer.

Det er også noen betydelige ulemper med krafttekniske konvertere som følgende-

• Sirkuit i krafttekniske systemer har en tendens til å generere harmoniske i forsyningsystemet samt lastsirkuitet.

• AC til  DC og DC til AC-konverter opererer med lav inngangs kraftfaktor under visse driftsforhold.

• Regenerering av kraft er vanskelig i krafttekniske konverteresystemer.

I dette prosjektet styres det gjennomsnittlige spenningen over feltet i en synkronmaskin ved hjelp av en boost-chopper. En boost-chopper er en DC til DC-konverter som gir en høyere kontrollert utgangsspenning fra en fast inngangs-DC-spenning.

MOSFET er en kraftteknisk halvlederenhet som er en fullstendig kontrollert bryter (en bryter hvor både påslag og avslag kan kontrolleres). MOSFET brukes som switchenhet i denne boost-chopperkretsen. Gatteremmenheten til MOSFET drive med et pulsbredde-moduleringsignal (PWM). Dette genereres ved hjelp av en mikrokontroller. Forsyningsvoltage til chopper er tatt fra en diodbrorettifier ved konvertering av enfas-AC/DC.

Dette skjemaet for feltoppladningskontroll er ekstremt effektivt og kompakt, på grunn av involveringen av krafttekniske sirkuit. I mange industrielle anvendelser, som reaktiv kraftkontroll, kraftfaktor-forbedring av overføringslinje er det nødvendig å endre feltopplading.

Denne drivoen tar kraft fra en fast DC-kilde og konverterer den til en variabel DC-spenning. Choppersystemer gir jevn kontroll, høy effektivitet, rask respons og regenerasjonsmuligheter. Grunnet én konverteringsfase, er disse mer effektive.

Arbeidsprinsipp for synkronmaskin ved bruk av chopper

For å forstå detaljene i prosjektplanen, la oss se på denne blokkdiagrammet nedenfor:

Fra ovenstående diagram kan vi si at for 230V inngang til en fullbølge-rettifier er utgangsspenningen 146 (ca.) feltspenningen til maskinen er 180V, så vi må øke spenningen gjennom stegopp-chopper. Nå blir den justerte DC-spenningen matet til feltet i synkronmaskinen. Utgangsspenningen fra chopperen kan varieres ved å endre tidsbrøkdelen, og for å gjøre dette må vi lage en pulsgenerator med justerbart pulsbredde, og dette kan gjøres med hjelp av en mikrokontroller.

I mikrokontrolleren kan vi generere et pulssignal ved å sammenligne et tilfeldig sekvenssignal med en konstant magnitude, men for å unngå belastningseffekt anbefales det å ha elektrisk isolasjon, og for dette bruker vi en optokobler. En kondensator er brukt i chopperkretsen for å fjerne ripple fra utgangsspenningen. Det er simulert at induktor som er brukt i chopperkretsen skal kunne håndtere 2-3 A strøm under kortslutning. Utover den ønskede utgangsspenningen, bør vi også designe kretsen slik at den kan tåle eventuelle feilkonfigurasjoner.

• For overspenningsbeskyttelse, vil vi bruke metaloksidevaristorer (MOV) hvis motstand avhenger av spenningen.

• For overstrømingsbeskyttelse, kan vi bruke først virksom strømbegrensning sikring.

For å forbedre kvaliteten på bølgeformen kan vi bruke filterkrets, hovedsakelig L eller LC-filter ved utgangen av bro-rettifier. Dioden som er brukt, skal ha kort reverserings-tid, her kan vi bruke hurtig gjenopprettings-diode.

Verdier av kretskomponenter som er brukt

Inngang DC-spenning = 100V
Puls-spenning = 10V, Tidsbrøk = 40%
Choppingfrekvens = 10 KHz
R = 225 ohm (Beregnet fra maskinens spesifikasjon)
L = 10mH
C = 1pF

Data hentet fra utgangen
Utgangsspenning: 174 V (Gjennomsnitt)
Laststrøm: 0.775 A (Gjennomsnitt)
Kildestrøm: 0.977 A

Videre utvikling av synkronmaskin ved bruk av chopper

Det er fortsatt mye rom for fremtidig utvikling som ville forbedre systemet og øke dets forretningsverdi.

Lukket sløyfe-kontroll

Anvendelsesområder der brukeren har å gjøre med variabel belastning, trenger et lukket sløyfe-kontrollscheme for å opprettholde konstant opplading. Referanse-spenning og faktisk utgangsspenning vil først bli sammenlignet, og et feilsignal genereres. Dette feilsignalet vil bestemme tidsbrøkdelen til chopper.

Reduksjon av temperatur-effekt

Bruk av presisjon-kondensator, switching-diode kan definitivt forbedre ytelsen, men de vil bidra til kostnaden av prosjektet.

Konklusjon for synkronmaskin ved bruk av chopper

I vårt prosjekt, designet og implementerte vi en lavkostnad og brukervennlig oppladningskontroller ved hjelp av chopper. Målgruppen for systemet er industrier som krever jevn, effektiv og liten kontroller som gir stor variasjon i spenning. Slik type prosjekt er virkelig nyttig i industrielle felt i utviklingsland som India, der energikrise er et stort problem.

Vi har lært mye gjennom prosjektet. Vi fikk erfaring med teamarbeid, koordinasjon, ledelse under ulike fas