Stabilizator napięcia serwa

Stabilizator napięcia serwa

Do serwa stabilizator napięcia jest mechanizmem regulacji w pętli zamkniętej, który służy do utrzymania symetrycznego napięcia wyjściowego 3 lub jednofazowego pomimo wahań na wejściu spowodowanych stanami niezrównoważonymi. Większość odbiorników przemysłowych to 3-fazowe obciążenia silników indukcyjnych, aw rzeczywistych warunkach fabrycznych napięcie w 3 fazach rzadko jest zrównoważone. Załóżmy na przykład, że zmierzone napięcia wynoszą 420, 430 i 440 V, średnia wynosi 430 V, a odchylenie wynosi 10 V.

Procent niewyważenia jest określony przez

(10 V X 100) / 430 V = 2,3% Widać, że 1% asymetrii napięcia zwiększy straty silnika o 5%.

Zatem asymetria napięcia może zwiększyć straty silnika od 2% do 90%, a tym samym temperatura również wzrośnie o nadmierną wielkość, co spowoduje dalsze zwiększone straty i zmniejszoną sprawność. Dlatego proponuje się podjęcie projektu utrzymania zbilansowanego napięcia wyjściowego na wszystkich 3 fazach.

Jednofazowy:

Opiera się na zasadzie wektorowego dodawania napięcia prądu zmiennego do wejścia, aby uzyskać pożądane wyjście za pomocą transformatora zwanego transformatorem Buck-Boost (T), którego wtórny jest połączony szeregowo z napięciem wejściowym. Pierwotny z nich jest zasilany z transformatora zmiennego zamontowanego na silniku (R). W zależności od stosunku napięcia pierwotnego do wtórnego, indukowane napięcie wtórne występuje w fazie lub poza fazą na podstawie wahania napięcia . Transformator zmienny jest zwykle zasilany z zasilania wejściowego na obu końcach, podczas gdy odczuwanie około 20% uzwojenia jest traktowane jako punkt stały dla uzwojenia pierwotnego transformatora Buck-Boost. W związku z tym zmienny punkt autotransformatora jest w stanie dostarczyć 20% napięcia poza fazowego, które jest używane do pracy w trybie bujania, podczas gdy 80% jest w fazie z napięciem wejściowym i służy do operacji zwiększania. Ruch wycieraczki transformatora zmiennego jest kontrolowany przez wykrywanie napięcia wyjściowego do obwodu sterującego, który decyduje o kierunku obrotów silnika synchronicznego zasilanego przez parę TRIAC do jego uzwojenia z rozdzieloną fazą.

3-fazowa korekcja zbalansowanego wejścia:

W przypadku pracy przy niskiej wydajności, powiedzmy około 10 kVA, obecnie widać, że zastosowano wariak z podwójnym uzwojeniem, eliminując transformator Buck-Boost na samym transformatorze zmiennym. Ogranicza to ruch wycieraczki wariaka do 250 stopni, ponieważ równowaga jest używana do uzwojenia wtórnego. Chociaż sprawia to, że system jest ekonomiczny, ma poważne wady pod względem niezawodności. Standard branżowy nigdy nie akceptuje takiej kombinacji. W obszarach o rozsądnie zbalansowanym napięciu wejściowym, trójfazowe korektory sterowane serwomechanizmem są również używane do stabilizowanego wyjścia, podczas gdy pojedynczy trójfazowy wariak jest używany przez jeden silnik synchroniczny i jedną kartę sterującą wykrywającą napięcie dwufazowe z trzech. Jest to o wiele bardziej ekonomiczne i przydatne, jeśli fazy wejściowe są odpowiednio zrównoważone. Ma tę wadę, że podczas gdy ma miejsce poważne niezrównoważenie, wyjście jest proporcjonalnie niezrównoważone.

3-fazowa niesymetryczna korekcja wejściowa:

Trzy szeregowe transformatory (T1, T2, T3), z których każda sekunda jest używana, po jednym w każdej fazie, który dodaje lub odejmuje napięcie od wejściowego napięcia zasilającego, aby zapewnić stałe napięcie w każdej fazie, tworząc w ten sposób zbalansowane wyjście z niesymetrycznego wejścia. Wejście do uzwojenia pierwotnego transformatora szeregowego jest zasilane z każdej fazy z każdego zmiennego autotransformatora (Variac) (R1, R2, R3), z których każdy wycieracz jest sprzężony z silnikiem synchronicznym z fazą podziału prądu przemiennego (2 cewki) (M1, M2) M3). Silnik otrzymuje zasilanie prądem przemiennym dla każdej ze swoich cewek poprzez przełączanie tyrystorowe, które może obracać się w prawo lub w lewo, aby umożliwić żądane napięcie wyjściowe z wariaka do uzwojenia pierwotnego transformatora szeregowego, w fazie lub poza fazą, w celu wykonania dodawania lub odejmowania zgodnie z wymaganiami na stronie wtórnej transformatora szeregowego, aby utrzymać stałe i zrównoważone napięcie na wyjściu. Sprzężenie zwrotne z wyjścia do obwodu sterującego (C1, C2, C3) jest porównywane ze stałym napięciem odniesienia przez komparatory poziomu utworzone z wzmacniaczy operacyjnych, aby ostatecznie wyzwolić TRIAC zgodnie z potrzebą uruchomienia silnika.

Schemat ten składa się głównie z obwodu sterującego, jednofazowego serwomotoru indukcyjnego połączonego z wariackim obwodem pierwotnym transformatora szeregowego dla każdej fazy.

• Obwód sterujący składający się z komparatora okienkowego okablowanego wokół tranzystorów i wzmocnienia sygnału błędu RMS przez IC 741 jest zamontowany w Multisim i jest symulowany dla różnych wejściowych warunków pracy, zapewniając wyzwalanie TRIAC, które będą obsługiwać silnik indukcyjny z przesunięciem fazowym kondensatora, w wymaganym kierunku który kontroluje obrót wycieraczki wariaka.
• W oparciu o maksymalne i minimalne wartości wahań napięcia, transformatory szeregowe i transformatory sterujące są projektowane przy użyciu standardowej formuły dopasowanej do dostępnego w handlu rdzenia żelaznego i rozmiaru drutu miedzianego super emaliowanego przed nawinięciem go do wykorzystania w projekcie.

Technologia:

W zrównoważonym trójfazowym systemie zasilania wszystkie napięcia i prądy mają tę samą amplitudę i są przesunięte fazowo o 120 stopni od siebie. Jednak praktycznie nie jest to możliwe, ponieważ niezrównoważone napięcia mogą mieć niekorzystny wpływ na sprzęt i system dystrybucji energii elektrycznej.

W niezrównoważonych warunkach system dystrybucji będzie ponosił więcej strat i efektów cieplnych oraz będzie mniej stabilny. Efekt asymetrii napięcia może być również szkodliwy dla urządzeń, takich jak silniki indukcyjne, przekształtniki energoelektroniczne i napędy o regulowanej prędkości (ASD). Stosunkowo niewielki procent asymetrii napięć przy silniku trójfazowym powoduje znaczny wzrost strat silnika, co pociąga za sobą również spadek sprawności. W wielu zastosowaniach można zminimalizować koszty energii, zmniejszając utratę mocy silnika z powodu asymetrii napięcia.

Procentowa asymetria napięcia jest definiowana przez NEMA jako 100-krotność odchylenia napięcia sieciowego od średniego napięcia podzielona przez średnie napięcie. Jeśli zmierzone napięcia wynoszą 420, 430 i 440 V, średnia wynosi 430 V, a odchylenie wynosi 10 V.

Niezrównoważenie procentowe jest podane przez (10 V * 100/430 V) = 2,3%

Zatem 1% asymetrii napięcia zwiększy straty silnika o 5%.

Stąd asymetria jest poważnym problemem związanym z jakością energii, dotykającym głównie niskonapięciowe systemy dystrybucyjne, dlatego w projekcie proponuje się utrzymanie zrównoważonego napięcia dotyczącego wielkości w każdej fazie, a tym samym utrzymanie zrównoważonego napięcia linii.

WPROWADZENIE:

Stabilizatory napięcia prądu przemiennego służą do uzyskania stabilizowanego prądu przemiennego. zasilanie z wahań zasilania wejściowego. Znajdują zastosowanie w każdej dziedzinie przemysłu elektrycznego, elektronicznego i wielu innych branżach, instytucjach badawczych, laboratoriach testujących, instytucjach edukacyjnych itp.

Co to jest brak równowagi:

Stan asymetrii odnosi się do stanu, w którym 3 napięcia i prądy fazowe nie mają takiej samej amplitudy ani tego samego przesunięcia fazowego.

Jeśli jeden lub oba z tych warunków nie są spełnione, układ nazywany jest niezrównoważonym lub asymetrycznym. (W tym tekście zakłada się domyślnie, że przebiegi są sinusoidalne, a zatem nie zawierają harmonicznych).

Przyczyny niewyważenia:

Operator systemu próbuje zapewnić zrównoważone napięcie systemowe na PCC między siecią dystrybucyjną a siecią wewnętrzną klienta.

Napięcia wyjściowe w układzie trójfazowym zależą od napięć wyjściowych generatorów, impedancji układu i prądu obciążenia.

Ponieważ jednak używane są głównie generatory synchroniczne, generowane napięcia są wysoce symetryczne, a więc generatory nie mogą być przyczyną asymetrii. Połączenia przy niższych poziomach napięcia zwykle mają wysoką impedancję, co prowadzi do potencjalnie większej nierównowagi napięcia. Na impedancję elementów systemu ma wpływ konfiguracja linii napowietrznych.

Konsekwencje asymetrii napięć:

Wrażliwość sprzętu elektrycznego na niewyważenie różni się w zależności od urządzenia. Poniżej przedstawiono krótki przegląd najczęściej występujących problemów:

a) Maszyny indukcyjne:

To są a.c. maszyny synchroniczne z wewnętrznie indukowanymi wirującymi polami magnetycznymi, których wielkość jest proporcjonalna do amplitudy składowych bezpośrednich i / lub odwrotnych. Stąd w przypadku niezrównoważonego zasilania wirujące pole magnetyczne staje się eliptyczne zamiast kołowego. tak więc maszyny indukcyjne borykają się głównie z trzema rodzajami problemów wynikających z asymetrii napięcia

1. Po pierwsze, maszyna nie może wytworzyć swojego pełnego momentu obrotowego, ponieważ odwrotnie wirujące pole magnetyczne systemu składowej przeciwnej wytwarza ujemny moment hamowania, który należy odjąć od podstawowego momentu obrotowego związanego z normalnym wirującym polem magnetycznym. Poniższy rysunek przedstawia różne charakterystyki poślizgu momentu obrotowego maszyny indukcyjnej przy niezrównoważonym zasilaniu

2. Po drugie, łożyska mogą ulegać uszkodzeniom mechanicznym z powodu komponentów momentu indukowanego przy podwójnej częstotliwości systemu.

3. Wreszcie stojan, a zwłaszcza wirnik, są nadmiernie nagrzewane, co może prowadzić do szybszego starzenia termicznego. Ciepło to jest spowodowane indukowaniem znacznych prądów przez szybko wirujące (w sensie względnym) odwrotne pole magnetyczne, widziane przez wirnik. Aby poradzić sobie z tym dodatkowym nagrzewaniem, silnik musi zostać obniżony, co może wymagać zainstalowania maszyny o większej mocy znamionowej.

TECHNO-EKONOMIA:

Nierównowaga napięcia może spowodować przedwczesną awarię silnika, co nie tylko prowadzi do nieplanowanego wyłączenia systemu, ale także powoduje duże straty ekonomiczne.

Wpływ niskiego i wysokiego napięcia na silniki i związane z nim zmiany wydajności, których można się spodziewać, gdy używamy napięć innych niż podane na tabliczce znamionowej, są podane w następujący sposób:

Skutki niskiego napięcia:

Kiedy silnik jest poddawany napięciom poniżej wartości podanych na tabliczce znamionowej, niektóre właściwości silnika nieznacznie się zmienią, a inne radykalnie.

Ilość mocy pobieranej z linii musi być ustalona dla stałej ilości obciążenia.

Ilość mocy pobieranej przez silnik ma przybliżoną korelację z napięciem do prądu (w amperach).

Aby utrzymać tę samą ilość mocy, jeśli napięcie zasilania jest niskie, wzrost prądu działa jako kompensacja. Jest to jednak niebezpieczne, ponieważ wyższy prąd powoduje większe gromadzenie się ciepła w silniku, co ostatecznie niszczy silnik.

Dlatego wadą stosowania niskiego napięcia jest przegrzanie silnika i uszkodzenie silnika.

Moment rozruchowy, moment podciągający i moment wyciągania głównego obciążenia (silniki indukcyjne), na podstawie przyłożonego napięcia do kwadratu.

Ogólnie rzecz biorąc, zmniejszenie o 10% wartości napięcia znamionowego może prowadzić do niskiego momentu rozruchowego, podciągania i wyciągania momentu obrotowego.

Skutki wysokiego napięcia:

Wysokie napięcie może spowodować nasycenie magnesów, powodując, że silnik pobiera nadmierny prąd w celu namagnesowania żelaza. Zatem wysokie napięcie może również prowadzić do uszkodzeń. Wysokie napięcie zmniejsza również współczynnik mocy, powodując wzrost strat.

Silniki będą tolerować pewne modyfikacje napięcia powyżej napięcia projektowego. Gdy wartości ekstremalne powyżej napięcia projektowego spowodują wzrost prądu z odpowiednimi zmianami nagrzewania i skróceniem żywotności silnika.

Czułość napięciowa wpływa nie tylko na silniki, ale także na inne urządzenia. Solenoidy i cewki znajdujące się w przekaźnikach i rozrusznikach lepiej tolerują niskie napięcie niż wysokie. Innymi przykładami są stateczniki w oprawach lamp fluorescencyjnych, rtęciowych i wysokoprężnych sodowych oraz transformatory i lampy żarowe.

Ogólnie rzecz biorąc, lepiej dla sprzętu, jeśli zmienimy zaczepy na wejściowych transformatorach, aby zoptymalizować napięcie w hali produkcyjnej do poziomu zbliżonego do wartości znamionowych sprzętu, co jest główną koncepcją stojącą za proponowaną koncepcją stabilizacji napięcia w projekcie.

Zasady decydowania o napięciu zasilania

• Małe silniki są zwykle bardziej wrażliwe na przepięcia i nasycenie niż duże silniki.
• Silniki jednofazowe są bardziej wrażliwe na przepięcia niż silniki trójfazowe.
• Silniki z ramą w kształcie litery U są mniej wrażliwe na przepięcia niż w przypadku ramek T.
• Silniki Super-E o najwyższej sprawności są mniej wrażliwe na przepięcia niż silniki o standardowej sprawności.
• Silniki 2- i 4-biegunowe są zwykle mniej podatne na wysokie napięcie niż konstrukcje 6- i 8-biegunowe.
• Przepięcie może podnieść natężenie prądu i temperaturę nawet w przypadku lekko obciążonych silników
• Na sprawność wpływa również obniżenie jej niskiego lub wysokiego napięcia
• Współczynnik mocy zmniejsza się przy wysokim napięciu.
• Prąd rozruchowy rośnie wraz z wyższym napięciem.

Zdobądź więcej wiedzy na temat różnych koncepcji i obwodów elektronicznych, wykonując miniatury projekty elektroniczne na poziomie inżynierskim.