Senkron Makinenin Chopper Kullanarak İndirgeme Kontrolü
İçerik
Chopper Kullanarak Senkron Makinenin Çalışma Prensibi
Chopper Kullanarak Senkron Makinenin İleri Gelişimi
Chopper Kullanarak Senkron Makine Sonucu
Önemli Öğrenimler:
Eksitasyon Kontrol Tanımı: Eksitasyon kontrol, senkron makinedeki DC alan eksitasyonunu yöneterek performansını kontrol etmek olarak tanımlanır.
Çalışma Prensibi: Chopper kullanarak senkron makinenin çalışma prensibi, voltajı yükselterek ve PWM sinyalleri ile kontrol ederek istenen eksitasyonu elde etmeyi içerir.
Chopper'ın Avantajları: Chopper'ı eksitasyon kontrolü için kullanmak, yüksek verimlilik, kompakt boyut, yumuşak kontrol ve hızlı tepki sağlar.
Chopper Devresindeki Bileşenler: Ana bileşenler, bir MOSFET, darbe genişliği modülasyon sinyali, döndürücü, kondansatör, endüktör ve MOV ve füze gibi koruma cihazlarını içerir.
Gelecekteki Geliştirmeler: Gelecekteki gelişmeler, değişken yükler için kapalı çevrim kontrol ve hassas bileşenlerin kullanılmasıyla performansı artırmak ve sıcaklık etkilerini azaltmak olabilir.
Senkron makine, güç üretiminde, sabit hızda çalıştırma ve güç faktörü düzeltmesi gibi çeşitli alanlarda kullanılan çok yönlü bir elektrik makinesidir. Güç faktörü kontrolü, DC alan eksitasyonunun yönetilmesiyle yapılır. Bu tez, senkron makinenin alan eksitasyonunu nasıl etkili bir şekilde kontrol edebileceğimize odaklanmaktadır.
Geleneksel DC eksitasyon yöntemleri, özellikle alternatif akım üretenlerin dereceleri arttıkça sürgülü halkalar, fırçalar ve komütatörler nedeniyle soğutma ve bakım sorunlarıyla karşı karşıyadır. Modern eksitasyon sistemleri, kaydıraçların ve fırçaların sayısını minimize ederek bu sorunları azaltmayı amaçlamaktadır.
Bu eğilim, chopper kullanarak statik eksitasyonun geliştirilmesine yol açmıştır. Modern sistemler, diod, tiroistor ve transistör gibi yarıiletken anahtarlama cihazlarını kullanmaktadır. Güç elektroniklerinde, AC/DC dönüştürücüler en tipik cihazlardır.
Güç aralığı genellikle onlarca ila birkaç yüz watt arasında değişir. Endüstride, yaygın bir uygulama, indüktif motorun hızını kontrol etmek için kullanılan değişken hızlı sürücüdür. Güç dönüştürme sistemleri, girdi ve çıktı güç tiplerine göre sınıflandırılır.
AC to DC (döndürücü)
DC to AC (inverter)
DC to DC (DC to DC dönüştürücü)
AC to AC (AC to AC dönüştürücü)
Dönen ve statik ekipmanların hem elektrik gücünün üretildiği, iletilen ve kullanıldığı alanlarıyla ilgilidir. DC-DC dönüştürücü, bir doğrudan akım kaynağını bir voltaj seviyesinden diğerine dönüştüren elektronik devredir.
Güç elektronik dönüştürücülerinin avantajları aşağıdaki gibidir-
Güç yarıiletken cihazlarındaki düşük kayıp nedeniyle yüksek verimlilik.
Güç elektronik dönüştürücü sisteminin yüksek güvenilirliği.
Hareketli parçaların yokluğu nedeniyle uzun ömürlülük ve az bakım.
İşlem esnekliği.
Elektromekanik dönüştürücü sistemlere kıyasla hızlı dinamik tepki.
Güç elektronik dönüştürücülerin bazı önemli dezavantajları da şunlardır-
Güç elektronik sistemlerindeki devreler, belirli işleyiş koşullarında besleme sisteminde ve yük devresinde harmonik oluşturma eğilimindedir.
AC to DC ve DC to AC dönüştürücüler, belirli işleyiş koşullarında düşük güç faktörü altında çalışırlar.
Güç elektronik dönüştürücü sistemlerinde güç yeniden üretimi zordur.
Bu projede, senkron makinenin alanındaki ortalama gerilim, boost chopper kullanılarak kontrol edilmiştir. Boost chopper, sabit giriş DC geriliminden daha yüksek kontrol edilmiş çıkış gerilimi sağlayan bir DC to DC dönüştürücüdür.
MOSFET, tamamen kontrol edilen bir anahtar (açma ve kapatma her ikisi de kontrol edilebilir) olan bir güç elektronik yarıiletken cihazıdır. Bu Boost chopper devresinde anahtar olarak MOSFET kullanılmıştır. MOSFET'in kapı terminali, bir mikrodenetleyici kullanılarak üretilen darbe genişliği modülasyon (PWM) sinyali ile sürülür. Chopper'ın besleme gerilimi, tek fazlı AC/DC dönüşümü ile diyot köprü döndürücüsünden alınmıştır.
Bu alan eksitasyon kontrol şeması, güç-elektronik devrelerin kullanımı nedeniyle son derece verimli ve kompakt boyutta olmaktadır. Reaktif güç kontrolünde, güç faktörünün iyileştirilmesi ve iletim hattının gibi birçok endüstriyel uygulamada, alan eksitasyonunun değiştirilmesi gerekmektedir.
Bu sürücü, sabit DC kaynağından güç alır ve bunu değişken DC gerilime dönüştürür. Chopper sistemleri, yumuşak kontrol, yüksek verimlilik, hızlı tepki ve enerji geri kazanım imkanı sunar. Temel olarak, bir Chopper, AC transformatorunun DC eşdeğeri olarak kabul edilebilir çünkü aynı şekilde davranırlar. Chopper tek aşamalı dönüşüm içerdiği için daha verimlidir.
Chopper Kullanarak Senkron Makinenin Çalışma Prensibi
Proje planının detaylarını anlamak için aşağıdaki blok diyagramını ele alalım:
Yukarıdaki diyagramdan, tam dalga döndürücünün 230V girişinde çıkış geriliminin 146 (yaklaşık) olduğu söylenebilir. Makinenin alan gerilimi 180V olduğundan, step-up chopper aracılığıyla gerilimi yükseltmemiz gerekmektedir. Şimdi ayarlanmış DC gerilimi, senkron makinenin alanına beslenir. Chopper'ın çıkış gerilimi, düty döngüsünü değiştirerek değişebilir. Bunun için, ayarlanabilir darbe genişliğine sahip bir pulsgenaratör yapmalıyız ve bu, bir mikrodenetleyici yardımıyla yapılabilir.
Mikrodenetleyicide, rastgele bir sinyal dizisini sabit bir büyüklük ile karşılaştırarak bir pulssinyali üretebiliriz, ancak yükleme etkisini önlemek için elektriksel izolasyon yapılması tavsiye edilir. Bunun için bir optokopleyi kullanıyoruz. Chopper devresinde, çıkış geriliminden titreşimleri kaldırmak için bir kondansatör kullanılmıştır. Simülasyon sonuçlarına göre, chopper devresinde kullanılan endüktör, kısa devre sırasında 2-3 A'lık akımı taşıyabilecek kapasitede olmalıdır. İstenen çıkış gerilimi dışında, devrenin herhangi bir hat durumuna dayanabilmesi için tasarlanması gerekmektedir.
Aşırı gerilim koruması için, direnci gerilime bağlı olan metal oksit varistörler (MOV) kullanacağız.
Aşırı akım koruması için, ilk etapta akım sınırlama füzesi kullanabiliriz.
Dalga formunun kalitesini iyileştirmek için, köprü döndürücünün çıkışında temel olarak L veya LC filtre kullanabiliriz. Kullanılan diodun ters kurtarma süresi düşük olmalıdır, burada hızlı kurtarma diodları kullanılabilir.
Kullanılan devre bileşenlerinin değerleri
Giriş DC Gerilimi = 100V
Puls gerilimi = 10V, Düty = 40%
Chopping frekansı = 10 KHz
R = 225 ohm (Makinanın derecesinden hesaplanmıştır)
L = 10mH
C = 1pF
Çıktıdan elde edilen veri
Çıkış gerilimi: 174 V (Ortalama)
Yük akımı: 0.775 A (Ortalama)
Kaynak akımı: 0.977 A
Chopper Kullanarak Senkron Makinenin İleri Gelişimi
Sistem üzerinde yapılan gelişmelere rağmen, gelecekte daha fazla geliştirmenin yapılabileceği ve sistemin iş değerini artırabileceği alanlar bulunmaktadır.
Kapalı döngü kontrolü
Değişken yük ile ilgilenen uygulama alanlarında, sabit eksitasyonu sağlamak için kapalı döngü kontrol şemasına ihtiyaç vardır. Referans gerilimi ve gerçek çıkış gerilimi karşılaştırılır ve bir hata sinyali oluşturulur. Bu hata sinyali, chopper'ın düty döngüsünü belirler.
Sıcaklık etkisinin azaltılması
Hassas kondansatör ve anahtarlama diodun kullanılması, performansı kesinlikle iyileştirecektir, ancak bu, projenin maliyetine katkıda bulunacaktır.
Chopper Kullanarak Senkron Makine Sonucu
Projemizde, düşük maliyetli ve kullanıcı dostu bir eksitasyon kontrolcüsü tasarladık ve uyguladık. Sistemin hedef kullanıcıları, pürüzsüz, verimli ve küçük kontrolcüye ihtiyaç duyan endüstrilerdir. Bu tür bir proje, Hindistan gibi gelişmekte olan ülkelerin endüstri alanında, özellikle enerji krizi büyük bir endişe olduğu yerlerde gerçekten yararlıdır.
Projeden çok şey öğrendik. Projedeki çeşitli aşamalar boyunca takım çalışması, koordinasyon ve liderlik konularında dersler aldık. Sistemi inşa etmek için gereken teknolojilerin karmaşıklığı bize zorluk çıkardı. Bu, mühendislik eğitimimizde edindiğimiz teorik bilgileri ilişkilendirmemize ve uygulamamıza yardımcı oldu.
Projeden önce hiçbiri elektronik motor kontrolü deneyimi yoktu. Farklı kavramları ve teknikleri hızlı bir şekilde öğrenip sistemde uygulamamız gerekiyordu. Proje ayrıca, pulssinyal üretimi ve güç MOSFET kontrolü alanlarında deneyim biriktirmemize fırsat sağladı. Bu proje deneyimi, bilgi seviyemizi büyük ölçüde zenginleştirdi ve teknik becerilerimizi kesti.
