Серво стабилизатор напряжения

Серво стабилизатор напряжения

Серво стабилизатор напряжения представляет собой механизм управления с обратной связью, который служит для поддержания сбалансированного трех- или однофазного выходного напряжения, несмотря на колебания на входе из-за несбалансированных условий. Большинство промышленных нагрузок представляют собой нагрузки трехфазных асинхронных двигателей, и в реальных производственных условиях напряжение в трех фазах редко бывает сбалансированным. Скажем, например, если измеренные напряжения составляют 420, 430 и 440 В, среднее значение составляет 430 В, а отклонение составляет 10 В.

Процент дисбаланса определяется выражением

(10 В X 100) / 430 В = 2,3% Видно, что небаланс напряжений 1% увеличит потери двигателя на 5%.

Таким образом, несимметрия напряжения может увеличить потери в двигателе с 2% до 90% и, следовательно, температура также возрастет на чрезмерную величину, что приведет к дальнейшему увеличению потерь и снижению эффективности. Поэтому предлагается заняться проектом по поддержанию сбалансированного выходного напряжения на всех трех фазах.

Один этап:

Он основан на принципе векторного сложения напряжения переменного тока на входе для получения желаемого выхода с использованием трансформатора, называемого понижающим трансформатором (T), вторичная обмотка которого соединена последовательно с входным напряжением. Его первичная обмотка питается от смонтированного на двигателе переменного трансформатора (R). В зависимости от соотношения первичного и вторичного напряжения индуцированное напряжение вторичной обмотки либо синфазно, либо не совпадает по фазе в зависимости от колебание напряжения . Регулируемый трансформатор обычно питается от входного источника на обоих концах, в то время как отвод около 20% обмотки принимается в качестве фиксированной точки для первичной обмотки понижающего трансформатора. Таким образом, переменная точка автотрансформатора способна выдавать 20% не совпадающего по фазе напряжения, которое используется для работы в режиме понижения, в то время как 80%, которое находится в фазе с входным напряжением и используется для работы в режиме повышения. Движение грязесъемника регулируемого трансформатора контролируется путем измерения выходного напряжения в цепи управления, которая определяет направление вращения синхронного двигателя, подаваемого через пару симисторов к его обмотке с расщепленной фазой.

Коррекция трехфазного симметричного входа:

Для работы с малой мощностью, скажем, около 10 кВА, в настоящее время видно, что используется вариак с двойной обмоткой, исключающий понижающий-повышающий трансформатор на самом регулируемом трансформаторе. Это ограничивает движение стеклоочистителя вариаком до 250 градусов, поскольку балансировка используется для вторичной обмотки. Хотя это делает систему экономичной, она имеет серьезные недостатки с точки зрения надежности. Промышленный стандарт никогда не допускает такой комбинации. В областях с разумно сбалансированным входным напряжением трехфазные сервокорректоры также используются для стабилизированного выхода, в то время как один трехфазный вариатор используется с одним синхронным двигателем и одной платой управления, измеряющей двухфазное напряжение из трех. Это гораздо более экономично и полезно, если входные фазы достаточно сбалансированы. Его недостаток состоит в том, что при сильном дисбалансе выход пропорционально неуравновешен.

Коррекция трехфазного несимметричного входа:

Три последовательных трансформатора (T1, T2, T3), каждый второй из которых используется, по одному в каждой фазе, которые либо добавляют, либо вычитают напряжение из входного напряжения питания, чтобы обеспечить постоянное напряжение в каждой фазе, тем самым создавая сбалансированный выход из несимметричного входа. Вход в первичную обмотку последовательного трансформатора подается от каждой фазы от каждого переменного автотрансформатора (Variac) (R1, R2, R3), каждый из стеклоочистителей соединен с синхронным двигателем с разделенной фазой переменного тока (2 катушки) (M1, M2). M3). Двигатель получает питание переменного тока для каждой из своих катушек через переключение тиристоров для вращения по часовой стрелке или против часовой стрелки, чтобы обеспечить желаемое выходное напряжение от переменного тока к первичной обмотке последовательного трансформатора, либо в фазе, либо в противофазе, для выполнения сложения или вычитания как требуется на вторичной обмотке последовательного трансформатора для поддержания постоянного и сбалансированного напряжения на выходе. Обратная связь от выхода к цепи управления (C1, C2, C3) сравнивается с фиксированным опорным напряжением компараторами уровня, сформированными из операционных усилителей, чтобы в конечном итоге запустить TRIAC в соответствии с необходимостью приведения в действие двигателя.

Эта схема в основном состоит из схемы управления, однофазного асинхронного серводвигателя, соединенного с первичной обмоткой переменного тока последовательного трансформатора для каждой фазы.

• Схема управления, состоящая из оконного компаратора, подключенного к транзисторам, и усиления напряжения сигнала среднеквадратичной ошибки с помощью IC 741 смоделирована в Multisim и смоделирована для различных условий работы на входе, гарантируя, что срабатывание симисторов, которые будут приводить в действие конденсаторный асинхронный двигатель с фазовым сдвигом, является требуемым направлением. который управляет вращением стеклоочистителя Variac.
• Основываясь на максимальных и минимальных значениях колебаний напряжения, последовательный трансформатор и управляющие трансформаторы спроектированы с использованием стандартной формулы, соответствующей размеру имеющегося в продаже железного сердечника и размера суперэмалированного медного провода перед их намоткой для использования в проекте.

Технологии:

В сбалансированной трехфазной системе питания все напряжения и токи имеют одинаковую амплитуду и сдвинуты по фазе на 120 градусов друг от друга. Однако на практике это невозможно, поскольку несимметричные напряжения могут отрицательно повлиять на оборудование и систему распределения электроэнергии.

В несбалансированных условиях распределительная система будет нести больше потерь и тепловых эффектов и будет менее стабильной. Влияние дисбаланса напряжения также может быть вредным для такого оборудования, как асинхронные двигатели, силовые электронные преобразователи и приводы с регулируемой скоростью (ASD). Относительно небольшой процент дисбаланса напряжения в трехфазном двигателе приводит к значительному увеличению потерь двигателя, что также влечет за собой снижение эффективности. Затраты на электроэнергию можно минимизировать во многих приложениях за счет снижения потерь мощности двигателя из-за несимметрии напряжения.

Несимметрия напряжения в процентах определяется NEMA как 100-кратное отклонение линейного напряжения от среднего напряжения, деленное на среднее напряжение. Если измеренные напряжения составляют 420, 430 и 440 В, среднее значение составляет 430 В, а отклонение составляет 10 В.

Процентный дисбаланс определяется как (10 В * 100/430 В) = 2,3%

Таким образом, несимметрия напряжения 1% увеличит потери двигателя на 5%.

Следовательно, несимметрия является серьезной проблемой качества электроэнергии, в основном затрагивающей низковольтные распределительные системы, и поэтому в проекте предлагается поддерживать сбалансированное напряжение по величине в каждой фазе, таким образом поддерживая сбалансированное линейное напряжение.

ВСТУПЛЕНИЕ:

Стабилизаторы переменного напряжения предназначены для получения стабилизированного переменного тока. питание от колебания входящей сети. Они находят применение во всех областях электротехнической, электронной и многих других отраслей, исследовательских учреждений, испытательных лабораторий, учебных заведений и т. Д.

Что такое дисбаланс:

Состояние дисбаланса относится к состоянию, когда 3 фазных напряжения и тока не имеют одинаковой амплитуды или одинакового фазового сдвига.

Если одно или оба этих условия не выполняются, система называется несбалансированной или асимметричной. (В этом тексте неявно предполагается, что формы сигналов являются синусоидальными и, следовательно, не содержат гармоник.)

Причины дисбаланса:

Системный оператор пытается обеспечить сбалансированное системное напряжение на PCC между распределительной сетью и внутренней сетью клиента.

Выходные напряжения в трехфазной системе зависят от выходных напряжений генераторов, полного сопротивления системы и тока нагрузки.

Однако, поскольку в основном используются синхронные генераторы, генерируемые напряжения очень симметричны, и поэтому генераторы не могут быть причиной дисбаланса. Соединения с более низкими уровнями напряжения обычно имеют высокий импеданс, что приводит к потенциально большему дисбалансу напряжений. На полное сопротивление компонентов системы влияет конфигурация воздушных линий.

Последствия несимметрии напряжения:

Чувствительность электрооборудования к разбалансировке различается от одного прибора к другому. Ниже приводится краткий обзор наиболее распространенных проблем:

а) индукционные машины:

Это переменный ток. синхронные машины с внутренне индуцированными вращающимися магнитными полями, величина которых пропорциональна амплитуде прямых и / или обратных составляющих. Следовательно, в случае несбалансированного питания вращающееся магнитное поле становится эллиптическим, а не круговым. Таким образом, асинхронные машины в основном сталкиваются с тремя видами проблем из-за несимметрии напряжения.

1. Во-первых, машина не может создать свой полный крутящий момент, так как вращающееся в обратном направлении магнитное поле системы обратной последовательности создает отрицательный тормозной момент, который необходимо вычесть из базового крутящего момента, связанного с нормальным вращающимся магнитным полем. На следующем рисунке показаны различные характеристики скольжения по крутящему моменту асинхронной машины при несимметричном питании.

2. Во-вторых, подшипники могут получить механическое повреждение из-за компонентов наведенного крутящего момента при двойной частоте системы.

3. Наконец, статор и особенно ротор чрезмерно нагреваются, что может привести к более быстрому термическому старению. Это тепло вызвано индукцией значительных токов быстро вращающимся (в относительном смысле) обратным магнитным полем, видимым ротором. Чтобы справиться с этим дополнительным нагревом, двигатель должен быть снижен, что может потребовать установки машины с большей номинальной мощностью.

ТЕХНОЭКОНОМИКА:

Неуравновешенность напряжений может вызвать преждевременный отказ двигателя, что не только приведет к незапланированному отключению системы, но и приведет к большим экономическим потерям.

Влияние низкого и высокого напряжения на двигатели и связанные с ним изменения производительности, которые можно ожидать, когда мы используем напряжения, отличные от указанных на паспортной табличке, представлены следующим образом:

Последствия низкого напряжения:

Когда двигатель подвергается воздействию напряжения ниже номинального, указанного на паспортной табличке, некоторые характеристики двигателя изменяются незначительно, а другие - резко.

Количество энергии, потребляемой от линии, должно быть фиксированным для фиксированной нагрузки.

Количество потребляемой двигателем мощности примерно соответствует соотношению напряжения к току (амперы).

Чтобы сохранить тот же уровень мощности, при низком напряжении питания увеличение тока действует как компенсация. Однако это опасно, поскольку более высокий ток вызывает нагревание двигателя, что в конечном итоге приводит к его разрушению.

Таким образом, недостатками применения низкого напряжения являются перегрев двигателя и его повреждение.

Пусковой крутящий момент, крутящий момент и крутящий момент основной нагрузки (асинхронные двигатели), основанные на квадрате приложенного напряжения.

Как правило, снижение номинального напряжения на 10% может привести к низкому пусковому крутящему моменту, увеличению и снятию крутящего момента.

Воздействие высокого напряжения:

Высокое напряжение может привести к насыщению магнитов, в результате чего двигатель будет потреблять чрезмерный ток для намагничивания железа. Таким образом, высокое напряжение также может привести к повреждению. Высокое напряжение также снижает коэффициент мощности, вызывая увеличение потерь.

Двигатели допускают определенные изменения напряжения выше расчетного. Когда крайние значения выше расчетного напряжения вызывают повышение тока с соответствующими изменениями нагрева и сокращением срока службы двигателя.

Чувствительность к напряжению влияет не только на двигатели, но и на другие устройства. Соленоиды и катушки, используемые в реле и пускателях, лучше переносят низкое напряжение, чем высокое. Другими примерами являются балласты в люминесцентных, ртутных и натриевых осветительных приборах высокого давления, трансформаторы и лампы накаливания.

В целом для оборудования будет лучше, если мы изменим ответвления на входных трансформаторах, чтобы оптимизировать напряжение в цехе завода до уровня, близкого к номинальным характеристикам оборудования, что является основной концепцией предлагаемой концепции стабилизации напряжения в проекте.

Правила определения напряжения питания

• Маленькие двигатели более чувствительны к перенапряжению и насыщению, чем большие двигатели.
• Однофазные двигатели более чувствительны к перенапряжению, чем трехфазные.
• Двигатели с U-образной рамой менее чувствительны к перенапряжению, чем Т-образные.
• Двигатели Super-E с повышенным КПД менее чувствительны к перенапряжению, чем двигатели со стандартным КПД.
• 2- и 4-полюсные двигатели обычно меньше подвержены влиянию высокого напряжения, чем 6- и 8-полюсные двигатели.
• Перенапряжение может привести к увеличению силы тока и температуры даже на слегка нагруженных двигателях.
• Эффективность также страдает, поскольку она снижается при низком или высоком напряжении.
• Коэффициент мощности уменьшается с высоким напряжением.
• Пусковой ток увеличивается с увеличением напряжения.

Получите больше знаний о различных электронных концепциях и схемах, выполнив несколько проекты электроники на инженерном уровне.