کنټرولی کېپیسینګ د یوځایي ماشین ته په توګه د چاپر استعمالولو سره

محتوا

• پرینسیپ کار ماشین همزمان با استفاده از چاپر

• توسعه بیشتر ماشین همزمان با استفاده از چاپر

• نتیجه‌گیری از ماشین همزمان با استفاده از چاپر

نکات کلیدی:

• تعریف کنترل تحریک: کنترل تحریک به عنوان مدیریت تحریک میدان DC در یک ماشین همزمان برای کنترل عملکرد آن تعریف می‌شود.

• پرینسیپ کار: پرینسیپ کار یک ماشین همزمان با استفاده از چاپر شامل بالا بردن ولتاژ و کنترل آن از طریق سیگنال‌های PWM برای دستیابی به تحریک مورد نظر است.

• مزایای چاپر: استفاده از چاپر برای کنترل تحریک عرضه می‌کند کارایی بالا، اندازه کوچک، کنترل صاف و پاسخ سریع.

• اجزاء در مدار چاپر: اجزای کلیدی شامل MOSFET، سیگنال پالس عرض مدوله شده، مستقیم‌ساز، خازن، القایی و دستگاه‌های محافظ مثل MOV و فیوز است.

• توسعه‌های آینده: توسعه‌های آینده می‌تواند شامل کنترل حلقه بسته برای بارهای متغیر و اجزای دقیق برای بهبود عملکرد و کاهش اثرات دما باشد.

ماشین همزمان یک دستگاه الکتریکی چند منظوره است که در زمینه‌های مختلفی مانند تولید برق، حفظ سرعت ثابت و اصلاح عامل قدرت استفاده می‌شود. عامل قدرت با مدیریت تحریک میدان DC کنترل می‌شود. این پایان‌نامه روی این متمرکز است که چگونه می‌توانیم به طور موثر تحریک میدان یک ماشین همزمان را کنترل کنیم.

روش‌های تحریک DC سنتی با مشکلات خنک‌سازی و نگهداری مواجه می‌شوند به دلیل حلقه‌های لیز، فرش‌ها و جابجایی‌کننده‌ها، به ویژه با افزایش رتبه‌های ژنراتور. سیستم‌های تحریک مدرن هدف دارند این مشکلات را با کاهش تعداد تماس‌های لیز و فرش کاهش دهند.

این روند منجر به توسعه تحریک ثابت با استفاده از چاپر. سیستم‌های مدرن از دستگاه‌های تبدیل‌کننده نیمه‌رسانا مانند دیود, تایریستور و ترانزیستور استفاده می‌کنند. در الکترونیک قدرت، مقدار قابل توجهی از انرژی الکتریکی پردازش می‌شود، با تبدیل‌کننده‌های AC/DC به عنوان دستگاه‌های معمولی‌ترین.

محدوده قدرت معمولاً از ده‌ها تا صدها وات می‌باشد. در صنعت، یک کاربرد معمولی، محرك متغیر سرعت است که برای کنترل سرعت موتور القایی استفاده می‌شود. سیستم‌های تبدیل قدرت بر اساس نوع قدرت ورودی و خروجی طبقه‌بندی می‌شوند.

• AC به DC (مستقیم‌ساز)

• DC به AC (انورتر)

• DC به AC (تبدیل‌کننده DC به DC)

• AC به AC (تبدیل‌کننده AC به AC)

این با دستگاه‌های چرخان و ثابت برای تولید، انتقال و استفاده از مقدار زیادی قدرت الکتریکی سر و کار دارد. تبدیل‌کننده DC-DC یک مدار الکترونیکی است که یک منبع جریان مستقیم را از یک سطح ولتاژ به سطح دیگری تبدیل می‌کند.

مزایای تبدیل‌کننده‌های الکترونیک قدرت به شرح زیر است-

• کارایی بالا به دلیل کم بودن اتلاف در دستگاه‌های نیمه‌رسانا قدرت.

• قابلیت اطمینان بالای سیستم تبدیل‌کننده الکترونیک قدرت.

• عمر طولانی و کم نگهداری به دلیل عدم وجود قطعات متحرک.

• انعطاف‌پذیری در عملکرد.

• پاسخ دینامیکی سریع در مقایسه با سیستم تبدیل‌کننده الکترومکانیکی.

همچنین برخی معایب مهم تبدیل‌کننده‌های الکترونیک قدرت مانند موارد زیر وجود دارد-

• مدارهای در سیستم الکترونیک قدرت گرایش دارند تا هارمونیک را در سیستم تغذیه و همچنین مدار بار تولید کنند.

• تبدیل‌کننده‌های AC به DC و DC به AC در شرایط عملیاتی خاص با عامل قدرت پایین عمل می‌کنند.

• بازسازی قدرت در سیستم تبدیل‌کننده الکترونیک قدرت دشوار است.

در این پروژه، ولتاژ میانگین در میدان یک ماشین همزمان با استفاده از چاپر کنترل می‌شود. چاپر یک تبدیل‌کننده DC به DC است که ولتاژ خروجی کنترل‌شده بیشتری از یک ولتاژ DC ثابت ورودی فراهم می‌کند.

MOSFET یک دستگاه نیمه‌رسانا الکترونیک قدرت است که یک سوئیچ کاملاً کنترل‌شده (سوئیچی که هم گیر و هم پران می‌تواند کنترل شود) است. MOSFET به عنوان دستگاه سوئیچینگ در این مدار چاپر استفاده می‌شود. ترمینال گیت MOSFET با یک سیگنال پالس عرض مدوله شده (PWM) محرک می‌شود. که با استفاده از یک میکروکنترلر تولید می‌شود. ولتاژ تغذیه چاپر از یک مستقیم‌ساز پلی دیودی با تبدیل فاز واحد AC/DC گرفته شده است.

این طرح کنترل تحریک بسیار کارآمد و با اندازه کوچک است، به دلیل مشارکت مدار الکترونیک قدرت. در بسیاری از کاربردهای صنعتی، مانند کنترل قدرت واکنشی، عامل قدرت بهبود خط انتقال خط انتقال نیاز است تا تحریک میدان تغییر کند.

این درایو از منبع DC ثابت قدرت گرفته و آن را به ولتاژ DC متغیر تبدیل می‌کند. سیستم‌های چاپر کنترل صاف، کارایی بالا، پاسخ سریع و امکان بازسازی قدرت را ارائه می‌دهند. بنابراین یک چاپر می‌تواند به عنوان معادل DC یک ترانسفورماتور AC در نظر گرفته شود چون آنها به یک روش مشابه عمل می‌کنند. چون چاپر شامل یک مرحله تبدیل است، این‌ها کارآمدتر هستند.

پرینسیپ کار ماشین همزمان با استفاده از چاپر

برای درک جزئیات برنامه پروژه، بیایید این نمودار بلوکی را در نظر بگیریم:

از این نمودار می‌توان گفت که برای ولتاژ ورودی 230V یک مستقیم‌ساز تمام موج، ولتاژ خروجی حدود 146 (تقریباً) است. ولتاژ میدان ماشین 180V است بنابراین باید ولتاژ را با چاپر بالا بردن. حالا ولتاژ DC تنظیم‌شده به میدان ماشین همزمان تغذیه می‌شود. ولتاژ خروجی چاپر با تغییر دوره کار می‌تواند متغیر شود. برای این کار باید یک ژنراتور پالس با عرض قابل تنظیم بسازیم، و این کار می‌تواند با کمک یک میکروکنترلر انجام شود.

در میکروکنترلر با مقایسه یک سیگنال تصادفی با یک مقدار ثابت می‌توان یک سیگنال پالس تولید کرد اما برای جلوگیری از اثر بار دادن توصیه می‌شود که یک جداکننده الکتریکی استفاده شود. برای این کار از یک کوپلر نوری استفاده می‌کنیم. یک خازن در مدار چاپر استفاده شده است تا ریپل از ولتاژ خروجی حذف شود. شبیه‌سازی شده است که القایی که در مدار چاپر استفاده شده است باید قادر به مدیریت 2-3 A جریان در دوره کوتاه‌مدار باشد. علاوه بر ولتاژ خروجی مورد نظر، باید مدار را طراحی کنیم تا بتواند هر شرایط خرابی را تحمل کند.

• برای محافظت از ولتاژ بیش از حد، از واریستورهای اکسید فلزی (MOV) استفاده می‌کنیم که مقاومت آن به ولتاژ بستگی دارد.

• برای محافظت از جریان بیش از حد، می‌توانیم از فیوز محدودکننده جریان اولیه استفاده کنیم.

برای بهبود کیفیت موج می‌توانیم از مدار فیلتر، عموماً L یا LC در خروجی مستقیم‌ساز پل استفاده کنیم. دیودی که استفاده شده است باید زمان بازیابی معکوس کمتری داشته باشد، در اینجا می‌توانیم از دیود بازیابی سریع استفاده کنیم.

مقادیر اجزای مدار که استفاده شده‌اند

ولتاژ DC ورودی = 100V
ولتاژ پالس = 10V، دوره کار = 40%
فرکانس چاپر = 10 KHz
R = 225 اهم (محاسبه شده از رتبه ماشین)
L = 10mH
C = 1pF

داده‌های به دست آمده از خروجی
ولتاژ خروجی: 174 V (میانگین)
جریان بار: 0.775 A (میانگین)
جریان منبع: 0.977 A

توسعه بیشتر ماشین همزمان با استفاده از چاپر

هنوز هم فضای زیادی برای توسعه آینده وجود دارد که سیستم را بهبود می‌بخشد و ارزش کسب و کار آن را افزایش می‌دهد.

کنترل حلقه بسته

در زمینه‌های کاربردی که کاربر با بار متغیر سروکار دارد، نیاز به یک طرح کنترل حلقه بسته برای حفظ تحریک ثابت است. ولتاژ مرجع و ولتاژ خروجی واقعی ابتدا مقایسه می‌شوند و یک سیگنال خطا تولید می‌شود. این سیگنال خطا دوره کار چاپر را تعیین می‌کند.

کاهش اثر دما

استفاده از خازن دقیق، دیود سوئیچینگ قطعاً عملکرد را بهبود می‌بخشد، اما آنها به هزینه پروژه اضافه می‌کنند.

نتیجه‌گیری از ماشین همزمان با استفاده از چاپر