Σερβο σταθεροποιητής τάσης
Σέρβο σταθεροποιητής τάσης είναι ένας μηχανισμός ελέγχου κλειστού βρόχου που χρησιμεύει για τη διατήρηση ισορροπημένης εξόδου τάσης 3 ή μονοφασικών παρά τις διακυμάνσεις στην είσοδο λόγω μη ισορροπημένων συνθηκών. Τα περισσότερα βιομηχανικά φορτία είναι φορτία κινητήρα επαγωγής 3 φάσεων και σε πραγματικό εργοστασιακό περιβάλλον, η τάση σε 3 φάσεις είναι σπάνια ισορροπημένη. Πείτε για παράδειγμα αν οι μετρημένες τάσεις είναι 420, 430 και 440V, ο μέσος όρος είναι 430V και η απόκλιση είναι 10V.
Το ποσοστό ανισορροπίας δίνεται από
(10V X 100) / 430V = 2,3% Φαίνεται ότι η ανισορροπία τάσης 1% θα αυξήσει τις απώλειες του κινητήρα κατά 5%.
Έτσι, η ανισορροπία τάσης μπορεί να αυξήσει τις απώλειες του κινητήρα από 2% σε 90% και ως εκ τούτου η θερμοκρασία αυξάνεται επίσης από υπερβολική ποσότητα που έχει ως αποτέλεσμα περαιτέρω αυξημένες απώλειες και μειωμένη απόδοση. Ως εκ τούτου, προτείνεται να αναλάβει ένα έργο για τη διατήρηση μιας ισορροπημένης τάσης εξόδου και στις 3 φάσεις.
Μονή φάση:
Βασίζεται στην αρχή της προσθήκης φορέα της τάσης A.C στην είσοδο για να πάρει την επιθυμητή έξοδο χρησιμοποιώντας έναν μετασχηματιστή που ονομάζεται μετασχηματιστής Buck-Boost (T), ο δευτερεύων του οποίου συνδέεται εν σειρά με την τάση εισόδου. Το πρωτεύον του ίδιου τροφοδοτείται από μετασχηματιστή μετασχηματιστή (R). Ανάλογα με την αναλογία πρωτογενούς προς δευτερεύουσα τάση, η επαγόμενη τάση του δευτερεύοντος έρχεται είτε σε φάση είτε εκτός φάσης με βάση το διακύμανση τάσης . Ο μετασχηματιστής μεταβλητής τροφοδοτείται συνήθως από την τροφοδοσία εισόδου και στα δύο άκρα ενώ το άγγιγμα περίπου στο 20% της περιέλιξης λαμβάνεται ως σταθερό σημείο για το πρωτεύον του μετασχηματιστή Buck-Boost. Το μεταβλητό σημείο του αυτόματου μετασχηματιστή, ως εκ τούτου, είναι ικανό να παρέχει 20% εκτός τάσης φάσης που χρησιμοποιείται για λειτουργία κλεισίματος, ενώ 80% που βρίσκεται σε φάση με την τάση εισόδου και χρησιμοποιείται για ενίσχυση της λειτουργίας. Η κίνηση των υαλοκαθαριστήρων του μεταβλητού μετασχηματιστή ελέγχεται ανιχνεύοντας την τάση εξόδου σε ένα κύκλωμα ελέγχου που αποφασίζει την κατεύθυνση περιστροφής του συγχρονισμένου κινητήρα που τροφοδοτείται μέσω ενός ζεύγους TRIACs στην περιέλιξη διαχωρισμένης φάσης.
Διόρθωση εισόδου 3 φάσεων:
Για λειτουργία χαμηλής χωρητικότητας ας πούμε περίπου 10KVA, φαίνεται προς το παρόν ότι χρησιμοποιείται ένα κιλό διπλής πληγής που εξαλείφει τον μετασχηματιστή Buck-Boost στον ίδιο τον μετασχηματιστή. Αυτό περιορίζει την κίνηση των υαλοκαθαριστήρων σε 250 μοίρες καθώς το υπόλοιπο χρησιμοποιείται για τη δευτερεύουσα περιέλιξη. Αν και αυτό καθιστά το σύστημα οικονομικό, έχει σοβαρά μειονεκτήματα όσον αφορά την αξιοπιστία του. Το βιομηχανικό πρότυπο δεν δέχεται ποτέ τέτοιο συνδυασμό. Σε περιοχές με λογικά ισορροπημένη τάση εισόδου, τριφασικοί σερβο-ελεγχόμενοι διορθωτές χρησιμοποιούνται επίσης για σταθεροποιημένη έξοδο, ενώ χρησιμοποιείται ένα μονοφασικό τριφασικό κιβώτιο τοποθετημένο από έναν σύγχρονο κινητήρα και μία κάρτα ελέγχου που ανιχνεύει τη διφασική τάση από τις τρεις. Αυτό είναι πολύ πιο οικονομικό και χρήσιμο εάν οι φάσεις εισαγωγής είναι λογικά ισορροπημένες. Έχει το μειονέκτημα ότι ενώ λαμβάνει χώρα σοβαρή ανισορροπία, η έξοδος είναι αναλογικά μη ισορροπημένη.
Διόρθωση εισόδου 3 φάσεων:
Τρεις μετασχηματιστές σειράς (T1, T2, T3), κάθε δευτερόλεπτο των οποίων χρησιμοποιείται, ένας σε κάθε φάση που είτε προσθέτει είτε αφαιρεί την τάση από την τάση τροφοδοσίας εισόδου για να παρέχει σταθερή τάση σε κάθε φάση, κάνοντας έτσι την ισορροπημένη έξοδο από μη ισορροπημένη είσοδο. Η είσοδος στον πρωτεύοντα του μετασχηματιστή σειράς τροφοδοτείται από κάθε φάση από κάθε μεταβλητό αυτόματο μετασχηματιστή (Variac) (R1, R2, R3) καθένας από τους οποίους ο υαλοκαθαριστήρας είναι συνδεδεμένος με έναν σύγχρονο κινητήρα εναλλασσόμενης φάσης (2 πηνία) (M1, M2) Μ3). Ο κινητήρας λαμβάνει τροφοδοσία εναλλασσόμενου ρεύματος για καθένα από τα πηνία του μέσω εναλλαγής θυρίστορ για περιστροφή δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα για να επιτρέψει την επιθυμητή τάση εξόδου από το variac στο πρωτεύον του μετασχηματιστή της σειράς, είτε σε φάση είτε εκτός φάσης, για εκτέλεση προσθήκης ή αφαιρέσεων όπως απαιτείται στο δευτερεύον του μετασχηματιστή σειράς για τη διατήρηση σταθερής και ισορροπημένης τάσης στην έξοδο. Η ανατροφοδότηση από την έξοδο στο κύκλωμα ελέγχου (C1, C2, C3) συγκρίνεται με μια σταθερή τάση αναφοράς από συγκριτές στάθμης που σχηματίζονται από op-amps για να ενεργοποιήσουν τελικά το TRIAC σύμφωνα με την ανάγκη ενεργοποίησης του κινητήρα.
Αυτό το σχήμα αποτελείται κυρίως από ένα κύκλωμα ελέγχου, ένα μοτέρ σερβο επαγωγής μονής φάσης που συνδέεται με ένα πρωτεύον τροφοδοσίας βαρίδια ενός μετασχηματιστή σειράς για κάθε φάση.
- Το κύκλωμα ελέγχου που αποτελείται από ένα συγκριτικό παραθύρου που είναι ενσύρματο γύρω από τα τρανζίστορ και η ενίσχυση τάσης σήματος σφάλματος RMS από το IC 741 προσαρμόζεται στο Multisim και προσομοιώνεται για διάφορες συνθήκες λειτουργίας εισόδου, διασφαλίζοντας ότι απαιτείται ενεργοποίηση των TRIAC που ενεργοποιούν τον κινητήρα επαγωγής με μετατόπιση φάσης πυκνωτή. που ελέγχει την περιστροφή του υαλοκαθαριστήρα.
- Με βάση τις μέγιστες και τις ελάχιστες τιμές των διακυμάνσεων τάσης, ο μετασχηματιστής σειράς και οι μετασχηματιστές ελέγχου έχουν σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας τυποποιημένη φόρμουλα που ταιριάζει με τον εμπορικά διαθέσιμο σίδηρο πυρήνα και σμάλτο χάλκινο σύρμα μέγεθος πριν τυλίξει το ίδιο για χρήση στο έργο.
Τεχνολογία:
Σε ένα ισορροπημένο σύστημα ισχύος 3 φάσεων, όλες οι τάσεις και τα ρεύματα έχουν το ίδιο πλάτος και μετατοπίζονται φάσεις κατά 120 μοίρες μεταξύ τους. Ωστόσο, δεν είναι πρακτικά εφικτό, καθώς οι μη ισορροπημένες τάσεις μπορούν να έχουν αρνητικές επιπτώσεις στον εξοπλισμό και στο ηλεκτρικό σύστημα διανομής.
Υπό μη ισορροπημένες συνθήκες, το σύστημα διανομής θα έχει περισσότερες απώλειες και αποτελέσματα θέρμανσης και θα είναι λιγότερο σταθερό. Η επίδραση της ανισορροπίας τάσης μπορεί επίσης να είναι επιζήμια για εξοπλισμό όπως επαγωγικούς κινητήρες, ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος και ρυθμιζόμενες κινήσεις ταχύτητας (ASD). Ένα σχετικά μικρό ποσοστό ανισορροπίας τάσης με τριφασικό κινητήρα οδηγεί σε σημαντική αύξηση των απωλειών κινητήρα, πράγμα που συνεπάγεται μείωση της απόδοσης. Το ενεργειακό κόστος μπορεί να ελαχιστοποιηθεί σε πολλές εφαρμογές μειώνοντας την απώλεια ισχύος του κινητήρα λόγω ανισορροπίας τάσης.
Ποσοστό ανισορροπίας τάσης ορίζεται από το NEMA ως 100 φορές την απόκλιση της τάσης γραμμής από τη μέση τάση διαιρούμενη με τη μέση τάση. Εάν οι μετρούμενες τάσεις είναι 420, 430 και 440V, ο μέσος όρος είναι 430V και η απόκλιση είναι 10V.
Το ποσοστό ανισορροπίας δίνεται από (10V * 100 / 430V) = 2,3%
Έτσι, η ανισορροπία τάσης 1% θα αυξήσει τις απώλειες του κινητήρα κατά 5%.
Ως εκ τούτου, η ανισορροπία είναι ένα σοβαρό πρόβλημα ποιότητας ισχύος, που επηρεάζει κυρίως τα συστήματα διανομής χαμηλής τάσης και συνεπώς προτείνεται στο έργο να διατηρηθεί ισορροπημένη τάση σχετικά με το μέγεθος σε κάθε φάση, διατηρώντας έτσι την ισορροπημένη τάση γραμμής.
ΕΙΣΑΓΩΓΗ:
Οι σταθεροποιητές τάσης A.C. προορίζονται για την απόκτηση σταθεροποιημένου a.c. προμήθεια από τη διακύμανση εισερχόμενα κεντρικά. Βρίσκουν εφαρμογές σε κάθε τομέα Ηλεκτρικών, Ηλεκτρονικών και πολλών άλλων Βιομηχανιών, Ερευνητικών ιδρυμάτων Εργαστήρια Δοκιμών, Εκπαιδευτικών Ιδρυμάτων κ.λπ.
Τι είναι η ανισορροπία:
Η κατάσταση ανισορροπίας αναφέρεται στην κατάσταση όταν οι τάσεις και τα ρεύματα 3 φάσεων δεν έχουν το ίδιο πλάτος ούτε την ίδια μετατόπιση φάσης.
Εάν δεν πληρούται μία ή και οι δύο αυτές προϋποθέσεις, το σύστημα ονομάζεται μη ισορροπημένο ή ασύμμετρο. (Σε αυτό το κείμενο, υποτίθεται σιωπηρά ότι οι κυματομορφές είναι ημιτονοειδείς και συνεπώς δεν περιέχουν αρμονικές.)
Αιτίες ανισορροπίας:
Ο διαχειριστής συστήματος προσπαθεί να παρέχει μια ισορροπημένη τάση συστήματος στον υπολογιστή μεταξύ του δικτύου διανομής και του εσωτερικού δικτύου του πελάτη.
Οι τάσεις εξόδου στο τριφασικό σύστημα εξαρτώνται από τις τάσεις εξόδου των γεννητριών, την αντίσταση του συστήματος και το ρεύμα φορτίου.
Ωστόσο, δεδομένου ότι χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον σύγχρονες γεννήτριες, οι παραγόμενες τάσεις είναι πολύ συμμετρικές και έτσι οι γεννήτριες δεν μπορούν να είναι η αιτία ανισορροπίας. Οι συνδέσεις σε χαμηλότερα επίπεδα τάσης συνήθως έχουν υψηλή αντίσταση που οδηγεί σε δυνητικά μεγαλύτερη ανισορροπία τάσης. Η σύνθετη αντίσταση των στοιχείων του συστήματος επηρεάζεται από τη διαμόρφωση των εναέριων γραμμών.
Συνέπειες της ανισορροπίας τάσης:
Η ευαισθησία του ηλεκτρικού εξοπλισμού στην ανισορροπία διαφέρει από τη μια συσκευή στην άλλη. Μια σύντομη επισκόπηση των πιο κοινών προβλημάτων δίνεται παρακάτω:
α) Μηχανές επαγωγής:
Αυτά είναι τα a.c. σύγχρονα μηχανήματα με εσωτερικά επαγόμενα περιστρεφόμενα μαγνητικά πεδία, των οποίων το μέγεθος είναι ανάλογο με το πλάτος των άμεσων και / ή αντίστροφων εξαρτημάτων. Ως εκ τούτου, στην περίπτωση μη ισορροπημένης τροφοδοσίας, το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο γίνεται ελλειπτικό αντί για κυκλικό. Έτσι, οι επαγωγικές μηχανές αντιμετωπίζουν κυρίως τρία είδη προβλημάτων λόγω ανισορροπίας τάσης
1. Πρώτον, το μηχάνημα δεν μπορεί να παράγει την πλήρη ροπή του καθώς το αντίστροφα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του συστήματος αρνητικής ακολουθίας παράγει μια αρνητική ροπή πέδησης που πρέπει να αφαιρεθεί από τη ροπή βάσης που συνδέεται με το κανονικό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τα διαφορετικά χαρακτηριστικά ολίσθησης ροπής μιας επαγωγικής μηχανής υπό μη ισορροπημένη παροχή
2. Δεύτερον, τα ρουλεμάν ενδέχεται να υποστούν μηχανική βλάβη λόγω επαγόμενων εξαρτημάτων ροπής σε διπλή συχνότητα συστήματος.
3. Τέλος, ο στάτης και, ιδιαίτερα, ο ρότορας θερμαίνονται υπερβολικά, οδηγώντας πιθανώς σε γρηγορότερη θερμική γήρανση. Αυτή η θερμότητα προκαλείται από την επαγωγή σημαντικών ρευμάτων από το γρήγορο περιστρεφόμενο (με τη σχετική έννοια) αντίστροφο μαγνητικό πεδίο, όπως φαίνεται από τον ρότορα. Για να μπορέσετε να αντιμετωπίσετε αυτήν την επιπλέον θέρμανση, ο κινητήρας πρέπει να έχει υποβαθμιστεί, κάτι που μπορεί να απαιτεί εγκατάσταση ενός μηχανήματος με μεγαλύτερη ισχύ.
ΤΕΧΝΟ-ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΑ:
Η ανισορροπία τάσης μπορεί να προκαλέσει πρόωρη βλάβη του κινητήρα, η οποία όχι μόνο οδηγεί σε απρογραμμάτιστη απενεργοποίηση του συστήματος, αλλά και προκαλεί μεγάλη οικονομική απώλεια.
Τα αποτελέσματα της χαμηλής και υψηλής τάσης στους κινητήρες και οι σχετικές αλλαγές απόδοσης που μπορούν να αναμένονται όταν χρησιμοποιούμε άλλες τάσεις εκτός από αυτές που σημειώνονται στην πινακίδα δίδονται ως εξής:
Επιδράσεις χαμηλής τάσης:
Όταν ένας κινητήρας υποβάλλεται σε τάσεις κάτω από την ονομασία της πινακίδας, μερικά από τα χαρακτηριστικά του κινητήρα θα αλλάξουν ελαφρώς και άλλα θα αλλάξουν δραματικά.
Το ποσό ισχύος που αντλείται από τη γραμμή πρέπει να καθοριστεί για ένα σταθερό φορτίο.
Η ποσότητα ισχύος που αντλεί ο κινητήρας έχει μια σκληρή συσχέτιση με την τάση προς το ρεύμα (ενισχυτές).
Για να διατηρήσετε την ίδια ποσότητα ισχύος, εάν η τάση τροφοδοσίας είναι χαμηλή, η αύξηση του ρεύματος ενεργεί ως αντιστάθμιση. Ωστόσο, είναι επικίνδυνο καθώς το υψηλότερο ρεύμα προκαλεί περισσότερη θερμότητα στον κινητήρα, κάτι που τελικά καταστρέφει τον κινητήρα.
Έτσι τα μειονεκτήματα της εφαρμογής χαμηλής τάσης είναι η υπερθέρμανση του κινητήρα και ο κινητήρας έχει υποστεί ζημιά.
Η ροπή εκκίνησης, η ροπή έλξης και η ροπή έλξης του μεγάλου φορτίου (επαγωγικοί κινητήρες), με βάση την τετραγωνική εφαρμοζόμενη τάση.
Γενικά, μια μείωση 10% από την τάση μπορεί να οδηγήσει σε χαμηλή ροπή εκκίνησης, τραβήξτε προς τα πάνω και τραβήξτε τη ροπή.
Επιδράσεις υψηλής τάσης:
Η υψηλή τάση μπορεί να προκαλέσει κορεσμό των μαγνητών, κάνοντας τον κινητήρα να τραβήξει υπερβολικό ρεύμα για μαγνητισμό του σιδήρου Έτσι, η υψηλή τάση μπορεί επίσης να προκαλέσει ζημιά. Η υψηλή τάση μειώνει επίσης τον συντελεστή ισχύος, προκαλώντας αύξηση των απωλειών.
Οι κινητήρες θα ανεχθούν ορισμένες τροποποιήσεις στην τάση πάνω από την τάση σχεδιασμού. Όταν τα άκρα πάνω από την τάση σχεδιασμού θα προκαλέσουν αύξηση του ρεύματος με αντίστοιχες αλλαγές στη θέρμανση και μείωση του χρόνου ζωής του κινητήρα.
Η ευαισθησία τάσης επηρεάζει όχι μόνο τους κινητήρες αλλά και άλλες συσκευές. Τα σωληνοειδή και τα πηνία που βρίσκονται σε ρελέ και εκκινητές ανέχονται χαμηλή τάση καλύτερα από ό, τι κάνουν υψηλή τάση. Άλλα παραδείγματα είναι τα στραγγαλιστικά πηνία σε λαμπτήρες φθορισμού, υδραργύρου και νατρίου υψηλής πίεσης και μετασχηματιστές και λαμπτήρες πυρακτώσεως.
Συνολικά, είναι καλύτερο για τον εξοπλισμό αν αλλάξουμε τις βρύσες στους εισερχόμενους μετασχηματιστές για να βελτιστοποιήσουμε την τάση στο δάπεδο της εγκατάστασης σε κάτι κοντά στις αξιολογήσεις του εξοπλισμού, η οποία είναι η κύρια ιδέα πίσω από την προτεινόμενη έννοια της σταθεροποίησης τάσης στο έργο.
Κανόνες για την απόφαση της τάσης τροφοδοσίας
- Οι μικροί κινητήρες τείνουν να είναι πιο ευαίσθητοι σε υπερβολική τάση και κορεσμό από ότι οι μεγάλοι κινητήρες.
- Μονοφασικοί κινητήρες τείνουν να είναι πιο ευαίσθητοι σε υπερβολική τάση από ό, τι οι τριφασικοί κινητήρες.
- Οι κινητήρες U-frame είναι λιγότερο ευαίσθητοι σε υπερβολική τάση από ότι τα T-frames.
- Οι κινητήρες Super-E υψηλής απόδοσης είναι λιγότερο ευαίσθητοι σε υπερβολική τάση από ότι οι κινητήρες τυπικής απόδοσης.
- Οι κινητήρες 2 και 4 πόλων τείνουν να επηρεάζονται λιγότερο από την υψηλή τάση από ότι οι σχεδιασμοί 6 και 8 πόλων.
- Η υπέρταση μπορεί να ανεβάσει την ένταση και τη θερμοκρασία ακόμα και σε ελαφρά φορτωμένους κινητήρες
- Η απόδοση επηρεάζεται επίσης καθώς μειώνεται με χαμηλή ή υψηλή τάση
- Ο συντελεστής ισχύος μειώνεται με υψηλή τάση.
- Το ρεύμα εισόδου αυξάνεται με υψηλότερη τάση.
Αποκτήστε περισσότερες γνώσεις για διάφορες ηλεκτρονικές έννοιες και κυκλώματα κάνοντας μίνι έργα ηλεκτρονικής σε επίπεδο μηχανικής.
