Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
La máquina síncrona es una máquina eléctrica versátil que se utiliza en varios campos como su uso para generar energía en las estaciones generadoras, para velocidad constante, corrección del factor de potencia , etc. El control del factor de potencia de la máquina síncrona se realiza controlando la excitación del campo de CC de la misma. Nuestra tesis se basa en que la eficacia con la que podemos controlar la excitación de campo 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, las escobillas y los conmutadores a medida que aumenta la clasificación del alternador , la tendencia hacia los sistemas de excitación modernos ha sido disminuir estos problemas minimizando el número de contactos deslizantes. y pinceles.
Esta tendencia ha llevado al desarrollo de la excitación estática mediante el uso de chopper . En los sistemas modernos, la conversión se realiza mediante el dispositivo de conmutación de semiconductores de manera que se procesan diodos , tiristores y transistores . En la electrónica de potencia se procesa una cantidad sustancial de energía eléctrica. Un convertidor de CA / CC es la mayoría de los dispositivos electrónicos de potencia típicos.
El rango de potencia es típicamente de decenas de vatios a varios cientos de vatios. En la industria, la aplicación común es el variador de velocidad que se utiliza para controlar la velocidad del motor de inducción . El sistema de conversión de potencia se puede clasificar según el tipo de potencia de entrada y salida.
- CA a CC ( rectificador )
- DC a AC ( inversor )
- CC a CA (convertidor CC a CC)
- CA a CA (convertidor de CA a CA)
Se trata de equipos rotativos y estáticos para la generación, transmisión y utilización de grandes cantidades de energía eléctrica . El convertidor CC-CC es un circuito electrónico que convierte una fuente de corriente continua de un nivel de voltaje a otro.
Las ventajas de los convertidores electrónicos de potencia son las siguientes:
- Alta eficiencia debido a la baja pérdida en dispositivos semiconductores de potencia.
- Alta fiabilidad del sistema convertidor electrónico de potencia.
- Larga vida y menor mantenimiento debido a la ausencia de partes móviles.
- Flexibilidad en la operación.
- Respuesta dinámica rápida en comparación con el sistema convertidor electromecánico.
También hay algunas desventajas significativas de los convertidores electrónicos de potencia como las siguientes:
- Los circuitos del sistema electrónico de potencia tienden a generar armónicos en el sistema de suministro y en el circuito de carga.
- El convertidor de CA a CC y CC a CA funciona con un factor de potencia de entrada bajo en determinadas condiciones de funcionamiento.
- La regeneración de energía es difícil en el sistema de convertidor electrónico de potencia.
En este proyecto, el voltaje promedio en el campo de la máquina síncrona se controla mediante el uso de un chopper Boost (es un convertidor de CC a CC que tiene un nivel más alto de voltaje de salida controlado desde el voltaje de CC de entrada fijo).
MOSFET es un dispositivo semiconductor electrónico de potencia que es un interruptor totalmente controlado (un interruptor cuyo encendido y apagado se pueden controlar). MOSFET se utiliza como dispositivo de conmutación en este circuito de chopper Boost. El terminal de puerta de 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 chopper se ha tomado de un puente rectificador de diodos mediante conversión de CA / CC monofásica.
Este esquema de control de excitación de campo es extremadamente eficiente y de tamaño compacto, debido a la participación de circuitos electrónicos de potencia. En muchas aplicaciones industriales, como el control de potencia reactiva, se requiere la mejora del factor de potencia de la línea de transmisión para cambiar la excitación del campo.
Este variador toma energía de una fuente de CC fija y la convierte en voltaje de CC variable. Los sistemas picadores ofrecen un control suave, alta eficiencia, respuesta más rápida y facilidad de regeneración. Básicamente, un Chopper puede considerarse como equivalente de CC de un transformador de CA, ya que se comportan de manera idéntica. Como el picador implica una conversión de una etapa, estas son más eficientes.
Indice de contenidos
Principio de funcionamiento de la máquina síncrona con Chopper
Para comprender los detalles del plan del proyecto, consideremos este diagrama de bloques a continuación:
Del diagrama anterior podemos decir que para la entrada de 230 V de un rectificador de onda completa, el voltaje de salida es 146 (Aprox.) El voltaje de campo de la máquina es 180 V, por lo que tenemos que aumentar el voltaje a través del interruptor elevador. Ahora, la tensión de CC ajustada se alimenta al campo de la máquina síncrona. El voltaje de salida del chopper se puede variar cambiando el ciclo de trabajo, para ello tenemos que hacer un generador de pulsos de ancho de pulso ajustable, y esto se puede hacer con la ayuda de un microcontrolador.
En 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 recomendable un aislamiento eléctrico para ello estamos usando un optoacoplador. Se ha utilizado un condensador en el circuito del chopper para eliminar la ondulación del voltaje de salida. Se ha simulado que el inductor que se ha utilizado en el circuito chopper debe ser capaz de manejar 2-3 A de corriente durante el período de cortocircuito. Aparte del voltaje de salida deseado, también debemos diseñar el circuito para que pueda soportar cualquier condición de falla.
- Para la protección contra sobretensiones utilizaremos varistores de óxido metálico (MOV) cuya resistencia depende de la tensión.
- Para la protección contra sobrecorriente, podemos usar un fusible limitador de corriente de primera acción .
Para mejorar la calidad de la forma de onda, podemos utilizar un circuito de filtro básicamente un filtro L o LC en la salida del puente rectificador. El diodo que ha sido debería tener menos tiempo de recuperación inversa. Aquí podemos usar un diodo de recuperación rápida. 
Valores de los componentes del circuito que se han utilizado
Voltaje CC de entrada = 100
V Voltaje de pulso = 10 V, Servicio = 40%
Frecuencia de corte = 10 KHz
R = 225 ohmios (calculado a partir de la capacidad nominal de la máquina)
L = 10mH
C = 1pF
Datos obtenidos de la salida
Tensión de salida: 174 V (media)
Corriente de carga: 0,775 A (media)
Corriente de fuente: 0,977 A
Mayor desarrollo de la máquina síncrona usando Chopper
Todavía hay mucho espacio para el desarrollo futuro que mejoraría el sistema y aumentaría su valor comercial.
Control de bucle cerrado
Las áreas de aplicación en las que el usuario se ocupa de cargas variables necesitan un esquema de control de bucle cerrado para mantener una excitación constante. La tensión de referencia y la tensión de salida real se compararán primero y se generará una señal de error. Esta señal de error decidirá el ciclo de trabajo del chopper .
Reducción del efecto de la temperatura El
uso de condensadores de precisión, diodos de conmutación definitivamente puede mejorar el rendimiento, pero ayudarán al costo del proyecto.
Conclusión de la máquina síncrona usando Chopper
En nuestro proyecto, diseñamos e implementamos un controlador de excitación de bajo costo y fácil de usar utilizando Chopper. Los usuarios objetivo del sistema son industrias que requieren un controlador pequeño, eficiente y suave que proporcione un amplio rango de variación de voltaje. Este tipo de proyecto es realmente útil en los campos industriales de países en desarrollo como India, donde la crisis energética es una gran preocupación.
Hemos aprendido mucho a través del proyecto. Recibimos la lección del trabajo en equipo, la coordinación y el liderazgo mientras atravesábamos varias fases de desarrollo del proyecto. Fuimos desafiados por la complejidad de las tecnologías necesarias para construir el sistema. Esto nos ayudó a co-relacionarnos 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 diferentes conceptos y técnicas rápidamente y aplicarlos en el sistema. El proyecto también nos brindó la oportunidad de acumular experiencia en la generación de señales de pulso y en el área de control de MOSFET de potencia . La experiencia de este proyecto ha enriquecido enormemente nuestro conocimiento y ha agudizado nuestras habilidades técnicas.
