Anspänningsreglering av synkronmaskin med chopper

Innehåll

• Arbetsprincip för synkronmaskin med chopper

• Framtidig utveckling av synkronmaskin med chopper

• Slutsats för synkronmaskin med chopper

Viktiga lärdomar:

• Definition av anregningskontroll: Anregningskontroll definieras som hantering av det likströmsfältet i en synkronmaskin för att styra dess prestanda.

• Arbetsprincip: Arbetsprincipen för en synkronmaskin med chopper innebär att spänningen stegras och kontrolleras genom PWM-signaler för att uppnå den önskade anregningen.

• Fördelar med chopper: Att använda en chopper för anregningskontroll ger hög effektivitet, kompakt storlek, smidig kontroll och snabb respons.

• Komponenter i chopparkretsen: Viktiga komponenter inkluderar en MOSFET, pulsbreddsmoduleringsignal, rektifierare, kondensator, induktor och skyddsanordningar som MOV och säkring.

• Framtidiga förbättringar: Framtidiga utvecklingar kan inkludera sluten regleringsslinga för variabla laster och precisionkomponenter för att förbättra prestanda och minska temperaturpåverkan.

En synkronmaskin är en mångsidig elektrisk maskin som används inom olika områden, såsom energiproduktion, konstant hastighet och kraftfaktorkorrigering. Kraftfaktor hanteras genom att hantera det likströmsfältet. Denna avhandling fokuserar på hur effektivt vi kan styra fältanregningen av en synkronmaskin.

Konventionella metoder för likströmsanregning har problem med kylning och underhåll pga glidringar, penslar och kommutatorer, särskilt när alternatorernas specifikationer ökar. Moderna anregningssystem syftar till att minska dessa problem genom att minimera antalet glidkontakter och penslar.

Denna trend har lett till utvecklingen av statisk anregning med hjälp av chopper. Moderna system använder halvledars växlingsenheter som dioder, thyristorer och transistorer. I strömförädling bearbetas en betydande mängd elektrisk energi, med AC/DC-omvandlare som de mest typiska enheterna.

Effektspannet ligger normalt mellan tiotals och flera hundra watt. Inom industri är en vanlig tillämpning variabelhastighetsdriv för att styra hastigheten hos induktionsmotorer. Strömförädlingssystem klassificeras enligt deras in- och uteffekstyper.

• AC till DC (rektifierare)

• DC till AC (omvandlare)

• DC till AC (DC till DC-omvandlare)

• AC till AC (AC till AC-omvandlare)

Det handlar om både roterande och statiska utrustningar för produktion, överföring och användning av stora mängder elektrisk energi. DC-DC-omvandlare är en elektronisk krets som omvandlar en källa av likström från ett spänningsnivå till en annan.

Fördelarna med strömförädlingssystem är följande-

• Hög effektivitet pga låg energiförlust i halvledarskomponenter.

• Hög tillförlitlighet hos strömförädlingssystem.

• Lång livslängd och mindre underhåll pga frånvaro av rörliga delar.

• Flexibilitet i drift.

• Snabb dynamisk respons jämfört med elektromekaniska omvandlare.

Det finns också vissa betydande nackdelar med strömförädlingssystem, som följande-

• Kretsar i strömförädlingssystem tenderar att generera harmoniska i nätet samt belastningskretsen.

• AC till  DC och DC till AC-omvandlare fungerar vid låg ingångs kraftfaktor under vissa driftförhållanden.

• Regenerering av energi är svår i strömförädlingssystem.

I detta projekt styrs den genomsnittliga spänningen över fältet i en synkronmaskin med hjälp av en boost-chopper. En boost-chopper är en DC till DC-omvandlare som ger en högre kontrollerad utgångsspänning från en given indatat likströmspänning.

MOSFET är en halvledarsemikonduktorkomponent som är en fullständigt kontrollerad växling (en växling vars på- och avstängning båda kan kontrolleras). MOSFET används som växlingsenhet i denna boost-chopparkrets. Gateterminalen på MOSFET drivs av en pulsbreddsmodulerings-(PWM)-signal. Detta genereras med hjälp av en mikrokontroller. Försörjningsspänningen till chopper har tagits från en diodbro-rektifierare genom konvertering av enfas-AC/DC.

Denna schema för fältanregningskontroll är extremt effektiv och kompakt i storlek, tack vare användningen av strömförädlingsekonomik. I många industriella tillämpningar, såsom reaktiv effektstyrning, kraftfaktor förbättring av överföringslinje krävs det att ändra fältanregningen.

Denna drivning tar energi från en fast likströmskälla och konverterar den till en variabel likströmspänning. Choppersystem erbjuder smidig kontroll, hög effektivitet, snabb respons och regenerering. Egentligen kan en chopper betraktas som likströmsekvivalenten till en AC-transformator eftersom de beter sig på samma sätt. Eftersom chopper involverar en etappkonvertering, är de mer effektiva.

Arbetsprincip för synkronmaskin med chopper

För att förstå detaljerna i projektplanen, låt oss överväga detta blockdiagram nedan:

Från ovanstående diagram kan vi säga att för 230V ingång till en fullvågsrektifierare är utgångsspänningen 146 (ungefär) fältspänningen för maskinen är 180V, så vi måste stegra spänningen via en stegringschopper. Nu matas den justerade likströmspänningen till fältet i den synkrona maskinen. Utgångsspänningen från chopper kan varieras genom att ändra tidsförhållandet, för att göra detta måste vi skapa en pulsgenerator med justerbar pulsbredd, och detta kan göras med hjälp av en mikrokontroller.

I mikrokontrollern kan vi generera en puls genom att jämföra en slumpmässig sekvenssignal med en konstant magnitud, men för att undvika belastningseffekt rekommenderas elektrisk isolering, för detta använder vi en optokoppling. En kondensator har använts i chopparkretsen för att ta bort riplar från utgångsspänningen. Det har simulerats att induktor som har använts i chopparkretsen bör kunna hantera 2-3 A ström under kortslutningsperioden. Förutom den önskade utgångsspänningen bör vi också designa kretsen så att den kan motstå eventuella felstater.

• För överspänningsskydd kommer vi att använda metalloxidvaristorer (MOV) vars motstånd beroende av spänningen.

• För överströmskydd kan vi använda första aktivering av strömbegränsande säkring.

För att förbättra kvaliteten på vågformen kan vi använda filterkrets, i grund och botten L eller LC-filter vid utgången av brorektifieraren. Dioden som har använts bör ha kort återhämtningstid här kan vi använda snabbåterhämtning-diod.

Värden för kretskomponenter som har använts

Inmatningslikströmspänning = 100V
Puls-spänning = 10V, Tidsförhållande = 40%
Choppingfrekvens = 10 KHz
R = 225 ohm (Beräknat från maskinspecifikationen)
L = 10mH
C = 1pF

Data erhållen från utgången
Utgångsspänning: 174 V (Genomsnitt)
Lastström: 0.775 A (Genomsnitt)
Källström: 0.977 A

Framtidig utveckling av synkronmaskin med chopper

Det finns fortfarande mycket utrymme för framtida utveckling som skulle förbättra systemet och öka dess affärsvärde.

Stängd loopkontroll

Användningsområden där användaren hanterar variabel last behöver ett stängd loopkontrollschema för att bibehålla konstant anregning. Referensspänning och faktisk utgångsspänning kommer att jämföras först och en felsignal genereras. Denna felsignal kommer att bestämma tidsförhållandet för chopper.

Minskning av temperaturpåverkan

Användning av precisionkondensator, växlingsdiod kan definitivt förbättra prestandan, men de kommer att bidra till kostnaden för projektet.

Slutsats för synkronmaskin med chopper

I vårt projekt utformade och implementerade vi en lågkostnad och användarvänlig anregningskontroll med hjälp av chopper. Målgruppen för systemet är industrier som kräver en smidig, effektiv och liten kontroll som ger en bred variation i spänning. Detta typ av projekt är verkligen användbart inom industriella områden i utvecklingsländer som Indien, där energikris är en stor bekymmer.

Vi lärde oss mycket genom projektet. Vi fick läran om teamarbete, samordning, ledarskap under olika faser av projektets utveckling. Vi utmanades av komplexiteten i teknologier som krävdes för att bygga systemet. Detta hjälpte oss att koppla ihop och tillämpa den teoretiska kunskap vi fått i ingenjörskursen.

Ingen av oss hade erfarenhet av elektronisk motorstyrning innan projektet. Vi behövde lära oss olika koncept och tekniker snabbt och tillämpa dem i systemet. Projektet gav också en möjlighet för oss att samla erfarenhet i pulssignalgenerering och power MOSFET styrningsområde. Denna projekterfarenhet har enormt berikat vår kunskap och skärpt våra tekniska färdigheter.