Pamamahala ng Paghahandog sa Makinang Synchronous Gamit ang Chopper

Mga Nilalaman

• Pangunahing Prinsipyong Paggamit ng Chopper sa Synchronous Machine

• Pag-unlad Paunang Gamit ng Synchronous Machine na May Chopper

• Kasumusungan ng Synchronous Machine na May Chopper

Pangunahing Natutunan:

• Pangunahing Kontrol ng Ekisitasyon: Ang kontrol ng ekisitasyon ay inilalarawan bilang pamamahala sa DC field excitation sa synchronous machine upang kontrolin ang kanyang pagganap.

• Pangunahing Prinsipyo: Ang pangunahing prinsipyo ng synchronous machine na may chopper ay kasama ang pagtaas ng voltaje at pagkontrol nito sa pamamagitan ng PWM signals upang makamit ang nais na ekisitasyon.

• Mga Kakayahan ng Chopper: Ang paggamit ng chopper para sa kontrol ng ekisitasyon ay nagbibigay ng mataas na kakayahang pinagtitiisan, malaking laki, malinis na kontrol, at mabilis na tugon.

• Mga Komponente sa Circuit ng Chopper: Ang mga pangunahing komponente ay kasama ang MOSFET, pulse width modulation signal, rectifier, capacitor, inductor, at mga device ng proteksyon tulad ng MOV at fuse.

• Pangunahing Pag-unlad: Ang mga susunod na pag-unlad ay maaaring kasama ang closed-loop control para sa variable loads at precision components upang mapabuti ang pagganap at bawasan ang epekto ng temperatura.

Ang synchronous machine ay isang versatile na electric machine na ginagamit sa iba't ibang larangan, tulad ng power generation, pagsustina ng constant speed, at power factor correction. Power factor na kontrol ay ginagawa sa pamamagitan ng pamamahala sa DC field excitation. Ang thesis na ito ay nakatuon kung paano natin matutugunan ang field excitation ng synchronous machine.

Ang mga tradisyonal na paraan ng DC excitation ay may mga isyu sa cooling at maintenance dahil sa slip rings, brushes, at commutators, lalo na kapag tumataas ang ratings ng alternator. Ang modernong sistema ng excitation ay naghahangad na bawasan ang mga problema na ito sa pamamagitan ng pagbawas ng bilang ng sliding contacts at brushes.

Ang trend na ito ay nagresulta sa pag-unlad ng static excitation gamit ang chopper. Ang modernong sistema ay gumagamit ng semiconductor switching devices tulad ng diode, thyristors at transistors. Sa power electronics, napakaraming electrical energy ang pinoproseso, na ang AC/DC converters ang pinaka karaniwang devices.

Ang ranggo ng lakas ng kuryente ay karaniwang nasa tens hanggang ilang daang watts. Sa industriya, ang karaniwang aplikasyon ay ang variable speed drive na ginagamit upang kontrolin ang bilis ng induction motor. Ang mga sistema ng power conversion ay naklase batay sa kanilang input at output power types.

• AC to DC (rectifier)

• DC to AC (inverter)

• DC to AC (DC to DC converter)

• AC to AC (AC to AC converter)

Ito ay kinasasangkutan ng mga rotating at static equipment para sa pagbuo, transmission, at paggamit ng malaking bilang ng electrical power. Ang DC-DC converter ay isang electronic circuit na nagcoconvert ng source ng direct current mula sa isang voltage level sa isa pa.

Mga Kakayahan ng power electronic converters ay kasunod-

• Mataas na kakayahang pinagtitiisan dahil sa mababang loss sa power semiconductor devices.

• Mataas na reliabilidad ng sistema ng power electronic converter.

• Mahabang buhay at mas kaunting pag-aayos dahil sa walang moving parts.

• Parehong fleksibilidad sa operasyon.

• Mabilis na dynamic response kumpara sa electromechanical converter system.

Mayroon din ilang mahalagang mga kabawasan ng power electronic converters tulad ng sumusunod-

• Ang mga circuit sa power electronic system ay may tendensyang lumikha ng harmonic sa supply system at sa load circuit.

• AC to  DC at DC to AC converter ay gumagana sa mababang input power factor sa ilang kondisyon ng operasyon.

• Mahirap ang regeneration ng lakas sa sistema ng power electronic converter.

Sa proyektong ito, ang average voltage sa field ng synchronous machine ay kontrolado gamit ang boost chopper. Ang boost chopper ay isang DC to DC converter na nagbibigay ng mas mataas na controlled output voltage mula sa fixed input DC voltage.

Ang MOSFET ay isang power electronic semiconductor device na fully controlled switch (isang switch na maaaring kontrolin ang turn on at turn off). MOSFET ang ginagamit na switching device sa Boost chopper circuit na ito. Ang gate terminal ng MOSFET ay driven ng pulse width modulation (PWM) signal. Na ito ay ginagawa gamit ang microcontroller. Ang supply voltage ng chopper ay kinuha mula sa diode bridge rectifier sa pamamagitan ng conversion ng single phase AC/DC.

Ang scheme ng kontrol ng field excitation na ito ay napakataas ang kakayahang pinagtitiisan at compact sized, dahil sa involvement ng power-electronic circuitry. Sa maraming industriyal na aplikasyon, tulad ng reactive power control, power factor improvement ng transmission line kailangan ang pagbabago ng field excitation.

Ang drive na ito ay kumuha ng lakas mula sa fixed DC source at binabago ito sa variable DC voltage. Ang mga sistema ng chopper ay nagbibigay ng malinis na kontrol, mataas na kakayahang pinagtitiisan, mas mabilis na tugon, at regeneration facility. Sa pangkalahatan, ang chopper ay maaaring ituring bilang DC equivalent ng AC transformer dahil sila ay gumagana nang parehong paraan. Dahil ang chopper ay may isang stage conversion, sila ay mas efficient.

Pangunahing Prinsipyong Paggamit ng Chopper sa Synchronous Machine

Para maintindihan ang detalye ng plano ng proyekto, tignan natin ang block diagram na ito sa ibaba:

Mula sa diagram na ito, maaari nating sabihin na para sa 230V input ng full wave rectifier, ang output voltage ay 146 (Approx.) ang field voltage ng machine ay 180V kaya kailangan nating itaas ang voltage sa pamamagitan ng step up chopper. Ngayon, ang adjusted DC voltage ay ipinapakain sa field ng synchronous machine. Ang output voltage ng chopper ay maaaring mag-iba sa pamamagitan ng pagbabago ng duty cycle, at ito ay maaaring gawin sa tulong ng Microcontroller.

Sa microcontroller, sa pamamagitan ng paghahambing ng random sequence signal sa constant magnitude, maaari nating bumuo ng pulse signal ngunit upang iwasan ang loading effect, mas maaring magkaroon ng electrical isolation, at ito ang ginagawa namin sa tulong ng Opto coupler. Ang capacitor ay ginamit sa circuit ng chopper upang alisin ang ripple mula sa output voltage. Ito ay sinimulate na ang inductor na ginamit sa circuit ng chopper ay dapat kaya ang 2-3 A ng current sa panahon ng short circuit period. Bukod sa desired output voltage, dapat rin nating disenyan ang circuit upang makuha ang anumang fault condition.

• Para sa overvoltage protection, gagamit tayo ng metal oxide varistors (MOV) na resistance depende sa voltage.

• Para sa overcurrent protection, maaari nating gamitin ang first acting current limiting Fuse.

Upang mapabuti ang kalidad ng waveform, maaari nating gamitin ang filter circuit, basic L o LC filter sa output ng bridge rectifier. Ang diode na ginamit dito ay dapat may kaunti reverse recovery time, kaya maaari nating gamitin ang fast recovery diode.

Mga Halaga ng Mga Komponente ng Circuit na Ginamit

Input DC Voltage = 100V
Pulse voltage = 10V, Duty = 40%
Chopping frequency = 10 KHz
R = 225 ohm (As calculated from the machine rating)
L = 10mH
C = 1pF

Data obtained from the output
Output voltage: 174 V (Average)
Load current: 0.775 A (Average)
Source current: 0.977 A

Pangunahing Pag-unlad ng Synchronous Machine na May Chopper

Mayroon pa ring maraming lugar para sa pag-unlad sa hinaharap na magpapabuti sa sistema at magpapataas ng kanyang business value.

Closed loop control

Sa mga application areas kung saan ang user ay nagtratrabaho sa variable load, kailangan ng closed loop control scheme upang panatilihin ang constant excitation. Ang reference voltage at actual output voltage ay ikokompara muna at isang error signal ang lalabas. Ang error signal na ito ang magdedesisyon sa duty cycle ng chopper.

Pagsusundan ng Epekto ng Temperatura

Ang paggamit ng precision capacitor, switching diode ay tiyak na magpapabuti sa performance, ngunit ito ay dadagdagan ang cost ng proyekto.

Kasumusungan ng Synchronous Machine na May Chopper

Sa aming proyekto, in disenyo at in-implement namin ang isang mababang-cost at user-friendly excitation controller na may Chopper. Ang target users ng sistema ay mga industriya na nangangailangan ng smooth, efficient, at maliit na controller na nagbibigay ng malawak na range ng variation ng voltage. Ang uri ng proyekto na ito ay talagang useful sa industriyal na larangan ng mga developing countries tulad ng India, kung saan ang energy crisis ay isang malaking concern.

Napag-aralan namin marami sa pamamagitan ng proyekto. Nakatanggap kami ng aral tungkol sa teamwork, coordination, at leadership habang nagdaan sa iba't ibang yugto ng pag-unlad ng proyekto. Nahirapan kami sa komplikadong teknolohiya na kailangan upang itayo ang sistema. Tumulong ito sa amin upang makarelasyon at mag-apply ng teoretikal na kaalaman na natamo namin sa kursong engineering.

Walang miyembro sa aming grupo ang may karanasan sa electronic control ng motor bago ang proyekto. Kailangan naming matutunan ang iba't ibang konsepto at teknika nang mabilis at i-apply sa sistema. Ang proyekto din ay nagbigay ng pagkakataon para sa amin na makapag-accumulate ng karanasan sa pag-generate ng pulse signal at power MOSFET control area. Ang karanasan sa proyekto na ito ay lubhang nag-enrich ng aming kaalaman at napatibay ang aming teknikal na kasanayan.