La máquina síncrona es una máquina eléctrica versátil que se utiliza en varios campos como su uso para generar energía en las estaciones de generación, para una velocidad constante, factor de potencia corrección, etc. El control del factor de potencia de la máquina síncrona se hace controlando la excitación del campo de corriente continua de la misma. Nuestra tesis se basa en que la eficiencia con la que podemos la excitación del campo de control de la máquina síncrona.
Los métodos convencionales de excitación de CC que se utilizan para controlar la excitación sufren problemas de enfriamiento y mantenimiento asociados con los anillos colectores, cepillos y conmutadores como alternador de los sistemas de excitación modernos ha sido disminuir estos problemas minimizando el número de contactos deslizantes y cepillos.
Esta tendencia ha llevado al desarrollo de la excitación estática mediante el uso de helicóptero. En el sistema moderno la conversión se realiza por el semiconductor dispositivo de conmutación de tal manera que diodo, tiristores y transistoresEn la electrónica de potencia se procesa una cantidad sustancial de energía eléctrica. Un convertidor AC/CC es el más típico de los dispositivos electrónicos de potencia.
El rango de potencia es típicamente de decenas de vatios a varios cientos de vatios. En la industria, la aplicación común es el accionamiento de velocidad variable que se utiliza para controlar la velocidad de motor de inducción. El sistema de conversión de energía puede clasificarse según el tipo de la potencia de entrada y de salida.
- AC a DC (rectificador)
- DC a AC (inversor)
- DC a AC (convertidor DC a DC)
- AC a AC (convertidor AC a AC)
Se trata de equipos tanto rotativos como estáticos para la generación, transmisión, utilización de grandes cantidades de la energía eléctrica…. El convertidor DC-DC es un circuito electrónico que convierte una fuente de corriente directa de una voltaje a otro nivel.
Las ventajas de los convertidores electrónicos de potencia son las siguientes…
- Alta eficiencia debido a la baja pérdida en los dispositivos semiconductores de potencia.
- Alta fiabilidad del sistema de convertidor electrónico de potencia.
- Larga vida y menos mantenimiento debido a la ausencia de partes móviles.
- Flexibilidad en la operación.
- Respuesta dinámica rápida comparada con el sistema de conversión electromecánica.
También hay algunas desventajas importantes de los convertidores electrónicos de potencia como las siguientes
- Los circuitos en el sistema electrónico de potencia tienen una tendencia a generar armónicos en el sistema de suministro así como en el circuito de carga.
- El convertidor de CA a CC y de CC a CA funcionan a baja entrada factor de potencia bajo ciertas condiciones de funcionamiento.
- La regeneración de la energía es difícil en el sistema de convertidor electrónico de energía.
En este proyecto el voltaje promedio a través del campo de la máquina síncrona se controla usando un chopper Boost (Es un Convertidor de DC a DC que tiene un nivel más alto de voltaje de salida controlado de voltaje de entrada fija de DC).
El MOSFET es un dispositivo electrónico de semiconductores de potencia que es un interruptor totalmente controlado (un interruptor cuyo encendido y apagado puede ser controlado). MOSFET se utiliza como dispositivo de conmutación en este circuito de helicóptero Boost. El terminal de la puerta del MOSFET es impulsado por una señal de modulación de ancho de pulso (PWM). Que se genera mediante el uso de un microcontrolador. La tensión de alimentación del helicóptero se ha tomado de un puente rectificador de diodos por conversión de AC/DC monofásico.
Este esquema de control de la excitación del campo es extremadamente eficiente y de tamaño compacto, debido a la participación de los circuitos electrónicos de potencia. En muchas aplicaciones industriales, como el control de la energía reactiva, factor de potencia la mejora de línea de transmisión es necesario para cambiar la excitación del campo.
Esta unidad toma la energía de una fuente fija de DC y la convierte en un voltaje variable de DC. Los sistemas de picadores ofrecen un control suave, alta eficiencia, respuesta más rápida y facilidad de regeneración. Básicamente un Chopper puede considerarse como el equivalente en CC de un transformador de CA, ya que se comportan de manera idéntica. Como los chopper implican una conversión de una etapa, son más eficientes.
Principio de funcionamiento de la máquina síncrona con el helicóptero
Para comprender los detalles del plan del proyecto, consideremos el siguiente diagrama de bloques:
Del diagrama anterior podemos decir que para la entrada de 230V de un rectificador de onda completa el voltaje de salida es 146 (Aprox.) el voltaje de campo de la máquina es de 180V por lo que tenemos que aumentar el voltaje a través del chopper de aumento. Ahora el voltaje de CC ajustado se alimenta al campo de la máquina síncrona. El voltaje de salida del chopper puede ser variado cambiando el ciclo de trabajo para ello tenemos que hacer un generador de pulsos de ancho de pulso ajustable, y esto puede hacerse con la ayuda de un microcontrolador.
En el microcontrolador, al comparar una señal de secuencia aleatoria con una magnitud constante podemos generar una señal de pulso pero para evitar el efecto de carga es aconsejable un aislamiento eléctrico para hacerlo estamos usando un optoacoplador. A condensador se ha utilizado en el circuito del helicóptero para eliminar el rizo del voltaje de salida. Se ha simulado que el inductor que se ha utilizado en el circuito del helicóptero debe ser capaz de manejar 2-3 A de actual durante el período de cortocircuito. Aparte del voltaje de salida deseado, también debemos diseñar el circuito para que pueda soportar cualquier condición de fallo.
- Para la protección contra sobretensiones, usaremos un varistor de óxido metálico (MOV) cuyo resistencia depende del voltaje.
- Para la protección contra la sobrecorriente, podemos usar la limitación de la corriente de primera acción Fuse.
Para mejorar la calidad de la forma de onda podemos usar un circuito de filtro, básicamente un filtro L o LC a la salida del puente rectificador. El diodo que ha sido debe tener menos tiempo de recuperación inversa aquí podemos usar el diodo de recuperación rápida.
Los valores de los componentes de los circuitos que se han utilizado
Voltaje de entrada DC = 100V
Voltaje del pulso = 10V, Duty = 40%
Frecuencia de corte = 10 KHz
R = 225 ohm (Como se calcula a partir de la clasificación de la máquina)
L = 10mH
C = 1pF
Los datos obtenidos de la salida
Voltaje de salida: 174 V (Promedio)
Corriente de carga: 0,775 A (Promedio)
Fuente actual: 0,977 A
Desarrollo ulterior de la máquina síncrona mediante el uso de un helicóptero
Todavía hay mucho espacio para un desarrollo futuro que mejore el sistema y aumente su valor comercial.
Control de bucle cerrado
Áreas de aplicación donde el usuario trata con carga variable, necesita un esquema de control de bucle cerrado para mantener una excitación constante. El voltaje de referencia y el voltaje de salida real se compararán primero y se generará una señal de error. Esta señal de error decidirá el ciclo de trabajo del helicóptero.
El efecto de la reducción de la temperatura
El uso de un condensador de precisión, un diodo de conmutación puede definitivamente mejorar el rendimiento, pero ayudarán al costo del proyecto.
Conclusión de la máquina síncrona usando el helicóptero
En nuestro proyecto, diseñamos e implementamos un controlador de excitación de bajo costo y fácil de usar usando Chopper. Los usuarios objetivo del sistema son las industrias que requieren un controlador suave, eficiente y pequeño que proporcione un amplio rango de variación de voltaje. Este tipo de proyecto es realmente útil en los campos industriales de los países en desarrollo como la India, donde la crisis energética es una gran preocupación.
Hemos aprendido mucho a través del proyecto. Hemos aprendido la lección del trabajo en equipo, la coordinación, el liderazgo mientras pasamos por varias fases de desarrollo del proyecto. Fuimos desafiados por la complejidad de las tecnologías necesarias para construir el sistema. Esto nos ayudó a co-relacionar y aplicar los conocimientos teóricos que obtuvimos en el curso de ingeniería.
Ninguno de nosotros tenía experiencia con el control electrónico de motores antes del proyecto. Necesitábamos aprender rápidamente diferentes conceptos y técnicas y aplicarlos en el sistema. El proyecto también nos dio la oportunidad de acumular experiencia en la generación de señales de pulso y poder MOSFET área de control. Esta experiencia en el proyecto ha enriquecido enormemente nuestros conocimientos y ha agudizado nuestras habilidades técnicas.
