Contrôle de l'excitation d'une machine synchrone à l'aide d'un hacheur

La machine synchrone est une machine électrique polyvalentemachine qui utilise dans divers domaines comme son utilisation pour générer de l'énergie dans les centrales, pour une vitesse constante, une correction du facteur de puissance, etc. Notre thèse est basée sur le fait que quelle efficacité nous pouvons Excitation du champ de contrôle de la machine synchrone. Les méthodes conventionnelles DC excitent ce qui estutilisé pour contrôler l'excitation souffre de problèmes de refroidissement et de maintenance associés aux bagues collectrices, aux brosses et aux commutateurs alors que le calibre de l'alternateur augmente, la tendance vers les systèmes d'excitation modernes a été de réduire ces problèmes en minimisant le nombre de contacts glissants et de brosses. Cette tendance a conduit au développement d'une excitation statique en utilisant un hacheur. Dans les systèmes modernes, la conversion est effectuée par le dispositif de commutation à semi-conducteur, telle que diode, thyristors et transistors.

Dans l’électronique de puissance, une quantité considérable d’énergie électrique est traitée. Un convertisseur ACDC est la plupart des appareils électroniques de puissance.
La plage de puissance est typiquement de plusieurs dizaines de watts àplusieurs centaines de watts. Dans l'industrie, l'application courante est le variateur de vitesse utilisé pour contrôler la vitesse du moteur à induction. Le système de conversion de puissance peut être classé en fonction du type de puissance d'entrée et de sortie.

• AC to DC (redresseur)
• DC to AC (inverseur)
• CC à CA (convertisseur CC à CC)
• AC à AC (convertisseur AC à AC)

Il traite à la fois des équipements tournants et statiquespour la production, la transmission et l'utilisation de grandes quantités d'énergie électrique. Le convertisseur CC-CC est un circuit électronique qui convertit une source de courant continu d'un niveau de tension à un autre.
Les avantages des convertisseurs électroniques de puissance sont les suivants:

• Rendement élevé dû aux faibles pertes dans les dispositifs à semi-conducteurs de puissance.
• Haute fiabilité du système de conversion électronique de puissance.
• Longue durée de vie et moins d'entretien en raison de l'absence de pièces mobiles.
• Flexibilité en fonctionnement.
• Réponse dynamique rapide par rapport au système de conversion électromécanique.

Il existe également des inconvénients importants liés aux convertisseurs électroniques de puissance, tels que les suivants:

• Les circuits dans le système électronique de puissance ont tendance à générer des harmoniques dans le système d'alimentation ainsi que dans le circuit de charge.
• Les convertisseurs CA à CC et CC à CA fonctionnent avec un facteur de puissance d'entrée faible dans certaines conditions de fonctionnement.
• La régénération de puissance est difficile dans un système de convertisseur électronique de puissance.

Dans ce projet, la tension moyenne à travers leLe champ de la machine synchrone est contrôlé à l’aide d’un hacheur Boost (c’est un convertisseur continu-continu qui a un niveau plus élevé de tension de sortie contrôlée à partir d’une tension continue à entrée fixe). MOSFET est un dispositif électronique à semi-conducteur de puissance qui est un commutateur entièrement contrôlé (un commutateur dont les deux modes peuvent être contrôlés. Le MOSFET est utilisé comme dispositif de commutation dans ce circuit de découpage Boost. Le terminal de porte du MOSFET est commandé par un signal de modulation de largeur d'impulsion (PWM). Qui est généré en utilisant un microcontrôleur. La tension d'alimentation du hacheur a été prise d'un redresseur à pont de diodes par conversion de courant alternatif monophasé.
Ce schéma de contrôle d’excitation de champ estextrêmement efficace et de taille compacte, grâce à la participation de circuits électroniques de puissance. Dans de nombreuses applications industrielles, telles que le contrôle de la puissance réactive, l’amélioration du facteur de puissance de la ligne de transmission, il est nécessaire de modifier l’excitation du champ. Ce variateur est alimenté par une source de courant continu fixe et converti en tension continue variable. Les systèmes de découpage offrent un contrôle en douceur, une efficacité élevée, une réactivité et une capacité de régénération plus rapides. Fondamentalement, un hacheur peut être considéré comme l'équivalent en courant continu d'un transformateur à courant alternatif, car ils se comportent de manière identique. Comme le découpage implique une conversion en une étape, celles-ci sont plus efficaces.

Principe de fonctionnement d'une machine synchrone utilisant un hacheur

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Pour comprendre les détails du plan de projet, considérons ce schéma fonctionnel.
Dans le diagramme ci-dessus, nous pouvons dire que pour 230VEn entrée d’un redresseur alternatif, la tension de sortie est de 146 (environ). La tension de champ de la machine est de 180 V. Nous devons donc augmenter la tension à l’aide du hacheur élévateur. Maintenant, la tension continue ajustée est transmise au champ de la machine synchrone. La tension de sortie du hacheur peut être modifiée en modifiant le cycle de travail. Nous devons donc créer un générateur d'impulsions de largeur d'impulsion réglable, ce qui peut être fait à l'aide d'un microcontrôleur. Dans un microcontrôleur, en comparant un signal de séquence aléatoire de magnitude constante, il est possible de générer un signal d'impulsion, mais pour éviter l'effet de chargement, il est conseillé d'utiliser une isolation électrique. Pour ce faire, nous utilisons un coupleur optique. Un condensateur a été utilisé dans le circuit de découpage afin de supprimer l’ondulation de la tension de sortie. Il a été simulé que l'inducteur utilisé dans le circuit de découpage devrait être capable de gérer 2 à 3 A de courant pendant la période de court-circuit. En plus de la tension de sortie souhaitée, nous devons également concevoir le circuit de manière à ce qu’il puisse supporter toutes les conditions de défaut.

• Pour la protection contre les surtensions, nous utiliserons des varistances à oxyde métallique (MOV) dont la résistance dépend de la tension.
• Pour la protection contre les surintensités, nous pouvons utiliser un fusible à limitation de courant de premier ordre.

Pour améliorer la qualité de la forme d'onde, nous pouvons utilisercircuit de filtrage, filtre L ou LC essentiellement à la sortie du redresseur en pont. La diode qui a été devrait avoir moins de temps de récupération inverse, nous pouvons utiliser une diode de récupération rapide.

Valeurs des composants de circuit utilisés
Tension d'entrée DC = 100V
Tension d'impulsion = 10V, service = 40%
Fréquence de découpage = 10 KHz
R = 225 ohm (calculé à partir de l'estimation de la machine)
L = 10mH
C = 1pF

Données obtenues de la sortie
Tension de sortie: 174 V (moyenne)
Courant de charge: 0.775 A (moyenne)
Source de courant: 0,977 A

Développement ultérieur de la machine synchrone à l'aide du hacheur

Il reste encore beaucoup à faire pour un développement futur qui améliorerait le système et augmenterait sa valeur commerciale.

Contrôle en boucle fermée
Domaines d'application concernés par l'utilisateurcharge variable, nécessite un schéma de contrôle en boucle fermée pour maintenir une excitation constante. La tension de référence et la tension de sortie réelle seront d'abord comparées et un signal d'erreur est généré. Ce signal d'erreur décidera du cycle de service de l'hélicoptère.

Réduction de l'effet de la température
utilisation de condensateur de précession, la diode de commutation peut certainement améliorer la performance, mais ils contribueront à réduire le coût du projet.

Conclusion de la machine synchrone utilisant le découpeur

Dans notre projet, nous avons conçu et mis en place unContrôleur d'excitation économique et convivial utilisant Chopper. Les utilisateurs cibles du système sont les industries nécessitant un contrôleur lisse, efficace et petit qui donne une large plage de variation de tension. Ce type de projet est vraiment utile dans les domaines industriels de pays en développement comme l'Inde, où la crise énergétique est une grave préoccupation.
Nous avons beaucoup appris grâce au projet. Nous avons appris le travail d’équipe, la coordination, le leadership tout au long des différentes phases de développement du projet. Nous avons été mis au défi par la complexité des technologies nécessaires à la construction du système. Cela nous a aidés à mettre en relation et à appliquer les connaissances théoriques acquises lors de nos cours d'ingénierie. Aucun d'entre nous n'avait l'expérience du contrôle électronique du moteur avant le projet. Nous devions apprendre rapidement différents concepts et techniques et les appliquer au système. Le projet nous a également permis d’acquérir de l’expérience en matière de génération de signaux de pouls et de zone de contrôle MOSFET de puissance. Cette expérience de projet a grandement enrichi nos connaissances et a affiné nos compétences techniques.