Servospannungsstabilisator

Servospannungsstabilisator

Servospannungsstabilisator

Zum Servo Spannungsstabilisator ist ein Regelungsmechanismus, der dazu dient, trotz Schwankungen am Eingang aufgrund unsymmetrischer Bedingungen einen symmetrischen 3- oder einphasigen Spannungsausgang aufrechtzuerhalten. Die meisten Industrielasten sind dreiphasige Induktionsmotorlasten, und in einer realen Fabrikumgebung ist die Spannung in drei Phasen selten ausgeglichen. Angenommen, die gemessenen Spannungen betragen 420, 430 und 440 V, der Durchschnitt beträgt 430 V und die Abweichung beträgt 10 V.



Der Prozentsatz der Unwucht ist gegeben durch




(10 V x 100) / 430 V = 2,3% Es ist ersichtlich, dass eine Spannungsunsymmetrie von 1% die Motorverluste um 5% erhöht.

Somit kann eine Spannungsunsymmetrie die Motorverluste von 2% auf 90% erhöhen, und daher steigt die Temperatur auch um einen übermäßigen Betrag, was zu weiter erhöhten Verlusten und einem verringerten Wirkungsgrad führt. Daher wird vorgeschlagen, ein Projekt zur Aufrechterhaltung einer ausgeglichenen Ausgangsspannung in allen drei Phasen aufzunehmen.



Einzelphase:

Es basiert auf dem Prinzip der Vektoraddition der Wechselspannung zum Eingang, um den gewünschten Ausgang mit einem Transformator namens Buck-Boost-Transformator (T) zu erhalten, dessen Sekundärteil in Reihe mit der Eingangsspannung geschaltet ist. Die Primärwicklung desselben wird von einem am Motor montierten variablen Transformator (R) gespeist. Abhängig vom Verhältnis von Primär- zu Sekundärspannung ist die induzierte Spannung der Sekundärspannung entweder gleichphasig oder phasenverschoben, basierend auf der Spannungsschwankungen . Der variable Transformator wird normalerweise an beiden Enden von der Eingangsversorgung gespeist, während ein Abgriff bei etwa 20% der Wicklung als fester Punkt für die Primärwicklung des Buck-Boost-Transformators verwendet wird. Der variable Punkt des Autotransformators kann daher 20% phasenverschobene Spannung liefern, die für den Bucking-Betrieb verwendet wird, während 80% mit der Eingangsspannung in Phase sind und für den Boosting-Betrieb verwendet werden. Die Wischerbewegung des variablen Transformators wird gesteuert, indem die Ausgangsspannung an einen Steuerkreis erfasst wird, der die Drehrichtung des Synchronmotors bestimmt, der über ein Paar TRIACs zu seiner Split-Phase-Wicklung geführt wird.

3-phasig ausgeglichene Eingangskorrektur:

Für einen Betrieb mit geringer Kapazität, beispielsweise etwa 10 kVA, ist derzeit zu sehen, dass ein doppelt gewickelter Variac verwendet wird, der den Buck-Boost-Transformator am variablen Transformator selbst eliminiert. Dies beschränkt die Wischerbewegung eines Variacs auf 250 Grad, da die Waage für die Sekundärwicklung verwendet wird. Dies macht das System zwar wirtschaftlich, weist jedoch schwerwiegende Nachteile hinsichtlich seiner Zuverlässigkeit auf. Der Industriestandard akzeptiert niemals eine solche Kombination. In Bereichen mit angemessen ausgeglichener Eingangsspannung werden auch dreiphasige servogesteuerte Korrektoren für eine stabilisierte Ausgabe verwendet, während ein einzelner dreiphasiger Variac verwendet wird, der von einem Synchronmotor und einer einzelnen Steuerkarte montiert wird, um die zweiphasige Spannung von drei zu erfassen. Dies ist viel wirtschaftlicher und nützlicher, wenn die Eingangsphasen angemessen ausgeglichen sind. Es hat den Nachteil, dass während eine starke Unwucht stattfindet, die Ausgabe proportional unausgeglichen ist.


3-phasige unsymmetrische Eingangskorrektur:

Drei Serientransformatoren (T1, T2, T3), von denen jede Sekunde verwendet wird, einer in jeder Phase, der die Spannung entweder zur Eingangsversorgungsspannung addiert oder von dieser subtrahiert, um in jeder Phase eine konstante Spannung zu liefern, wodurch der symmetrische Ausgang vom unsymmetrischen Eingang erzeugt wird. Der Eingang zur Primärwicklung des Serientransformators wird von jeder Phase von einem variablen Spartransformator (Variac) (R1, R2, R3) gespeist, dessen Scheibenwischer jeweils mit einem Synchronmotor mit geteilter Wechselstromphase (2 Spulen) (M1, M2) gekoppelt ist M3). Der Motor erhält eine Wechselstromversorgung für jede seiner Spulen durch Thyristorumschaltung entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn, um die gewünschte Ausgangsspannung vom Variac zur Primärwicklung des Serientransformators entweder in Phase oder außer Phase zu ermöglichen, um Additionen oder Subtraktionen durchzuführen wie an der Sekundärseite des Serientransformators erforderlich, um eine konstante und ausgeglichene Spannung am Ausgang aufrechtzuerhalten. Die Rückkopplung vom Ausgang zum Steuerkreis (C1, C2, C3) wird mit einer festen Referenzspannung durch Pegelkomparatoren verglichen, die aus Operationsverstärkern gebildet sind, um letztendlich den TRIAC gemäß der Notwendigkeit der Betätigung des Motors auszulösen.



Dieses Schema besteht hauptsächlich aus einem Steuerkreis, einem Einphasenservo-Induktionsmotor, der für jede Phase mit einer Variac-Einspeisungsprimärseite eines Serientransformators gekoppelt ist.

  • Die Steuerschaltung, die aus einem um Transistoren verdrahteten Fensterkomparator und einer RMS-Fehlersignalspannungsverstärkung durch den IC 741 besteht, ist in Multisim aufgebaut und wird für verschiedene Eingangsbetriebsbedingungen simuliert, um sicherzustellen, dass das Zünden der TRIACs, die den phasenverschobenen Induktionsmotor des Kondensators betreiben würden, erforderlich ist das steuert die Drehung des Variac Wischers.
  • Basierend auf den Maximal- und Minimalwerten der Spannungsschwankungen werden der Serientransformator und die Steuertransformatoren unter Verwendung einer Standardformel entworfen, die auf den handelsüblichen Eisenkern und die Größe des superlackierten Kupferdrahtes abgestimmt ist, bevor diese für die Verwendung im Projekt gewickelt werden.
Technologie:

In einem symmetrischen 3-Phasen-Stromversorgungssystem haben alle Spannungen und Ströme die gleiche Amplitude und sind um 120 Grad gegeneinander phasenverschoben. Praktisch ist dies jedoch nicht möglich, da unsymmetrische Spannungen zu nachteiligen Auswirkungen auf Geräte und das elektrische Verteilungssystem führen können.

Unter unausgeglichenen Bedingungen verursacht das Verteilungssystem mehr Verluste und Erwärmungseffekte und ist weniger stabil. Der Effekt der Spannungsunsymmetrie kann sich auch nachteilig auf Geräte wie Induktionsmotoren, leistungselektronische Wandler und Frequenzumrichter (ASDs) auswirken. Ein relativ geringer Prozentsatz der Spannungsunsymmetrie bei Drehstrommotoren führt zu einer signifikanten Zunahme der Motorverluste, was ebenfalls zu einer Abnahme des Wirkungsgrads führt. Die Energiekosten können in vielen Anwendungen minimiert werden, indem der Motorleistungsverlust aufgrund von Spannungsungleichgewichten verringert wird.

Prozentuale Spannungsunsymmetrie wird von der NEMA als 100-fache Abweichung der Netzspannung von der Durchschnittsspannung geteilt durch die Durchschnittsspannung definiert. Wenn die gemessenen Spannungen 420, 430 und 440 V betragen, beträgt der Durchschnitt 430 V und die Abweichung 10 V.

Das prozentuale Ungleichgewicht ist gegeben durch (10 V · 100/430 V) = 2,3%

Somit erhöht eine Spannungsunsymmetrie von 1% die Motorverluste um 5%.

Daher ist Unwucht ein ernstes Problem der Stromqualität, das hauptsächlich Niederspannungsverteilungssysteme betrifft, und es wird daher im Projekt vorgeschlagen, in jeder Phase eine ausgeglichene Spannung bezüglich der Größe aufrechtzuerhalten, wodurch eine ausgeglichene Netzspannung aufrechterhalten wird.

EINFÜHRUNG:

Wechselspannungsstabilisatoren sind zum Erhalten einer stabilisierten Wechselspannung vorgesehen. Versorgung aus der Fluktuation eingehenden Netzes. Sie finden Anwendung in allen Bereichen der Elektrotechnik, Elektronik und vielen anderen Branchen, Forschungseinrichtungen, Prüflabors, Bildungseinrichtungen usw.

Was ist Ungleichgewicht?::

Unwuchtbedingung bezieht sich auf die Bedingung, wenn die 3-Phasenspannungen und -ströme nicht die gleiche Amplitude oder die gleiche Phasenverschiebung haben.

Wenn eine oder beide dieser Bedingungen nicht erfüllt sind, wird das System als unsymmetrisch oder asymmetrisch bezeichnet. (In diesem Text wird implizit angenommen, dass die Wellenformen sinusförmig sind und daher keine Harmonischen enthalten.)

Ursachen für Unwucht:

Der Systembetreiber versucht, am PCC eine ausgeglichene Systemspannung zwischen dem Verteilungsnetz und dem internen Netzwerk des Kunden bereitzustellen.

Die Ausgangsspannungen im Dreiphasensystem hängen von den Ausgangsspannungen der Generatoren, der Impedanz des Systems und dem Laststrom ab.

Da jedoch meistens Synchrongeneratoren verwendet werden, sind die erzeugten Spannungen hochsymmetrisch und daher können die Generatoren nicht die Ursache für eine Unwucht sein. Verbindungen mit niedrigeren Spannungspegeln haben normalerweise eine hohe Impedanz, was zu einem möglicherweise größeren Spannungsungleichgewicht führt. Die Impedanz der Systemkomponenten wird durch die Konfiguration der Freileitungen beeinflusst.

Folgen der Spannungsunsymmetrie:

Die Empfindlichkeit elektrischer Geräte gegenüber Unwuchten unterscheidet sich von Gerät zu Gerät. Nachfolgend finden Sie eine kurze Übersicht über die häufigsten Probleme:

(a) Induktionsmaschinen:

Dies sind die a.c. Synchronmaschinen mit intern induzierten rotierenden Magnetfeldern, deren Größe proportional zur Amplitude der direkten und / oder inversen Komponenten ist. Daher wird im Fall einer unsymmetrischen Versorgung das rotierende Magnetfeld elliptisch statt kreisförmig. Daher sind Induktionsmaschinen hauptsächlich mit drei Arten von Problemen aufgrund von Spannungsungleichgewichten konfrontiert

Erstens kann die Maschine nicht ihr volles Drehmoment erzeugen, da das umgekehrt rotierende Magnetfeld des Gegensystemes ein negatives Bremsmoment erzeugt, das vom Basisdrehmoment abgezogen werden muss, das mit dem normalen rotierenden Magnetfeld verbunden ist. Die folgende Abbildung zeigt die unterschiedlichen Drehmomentschlupfeigenschaften einer Induktionsmaschine bei unausgeglichener Versorgung

Eigenschaften der Induktionsmaschine

2. Zweitens können die Lager aufgrund induzierter Drehmomentkomponenten bei doppelter Systemfrequenz mechanisch beschädigt werden.

3. Schließlich werden der Stator und insbesondere der Rotor übermäßig erwärmt, was möglicherweise zu einer schnelleren thermischen Alterung führt. Diese Wärme wird durch die Induktion signifikanter Ströme durch das schnell rotierende (im relativen Sinne) inverse Magnetfeld verursacht, wie es vom Rotor gesehen wird. Um mit dieser zusätzlichen Heizung umgehen zu können, muss der Motor entlastet werden, was möglicherweise die Installation einer Maschine mit einer höheren Nennleistung erforderlich macht.

TECHNO-WIRTSCHAFT:

Das Spannungsungleichgewicht kann zu einem vorzeitigen Motorausfall führen, der nicht nur zu einer außerplanmäßigen Abschaltung des Systems führt, sondern auch zu großen wirtschaftlichen Verlusten führt.

Die Auswirkungen von Niedrig- und Hochspannung auf Motoren und die damit verbundenen Leistungsänderungen, die zu erwarten sind, wenn andere als die auf dem Typenschild angegebenen Spannungen verwendet werden, sind wie folgt angegeben:

Auswirkungen von Niederspannung:

Wenn ein Motor Spannungen unter dem Typenschild ausgesetzt wird, ändern sich einige Eigenschaften des Motors geringfügig und andere dramatisch.

Die aus der Leitung entnommene Leistung muss für eine feste Last festgelegt werden.

Die vom Motor aufgenommene Leistung korreliert grob mit der Spannung zum Strom (Ampere).

Um bei gleicher Versorgungsspannung die gleiche Leistung zu erhalten, wirkt ein Anstieg des Stroms als Ausgleich. Es ist jedoch gefährlich, da durch einen höheren Strom mehr Wärme im Motor aufgebaut wird, wodurch der Motor schließlich zerstört wird.

Somit sind die Nachteile des Anlegens einer Niederspannung eine Überhitzung des Motors und eine Beschädigung des Motors.

Das Anlaufdrehmoment, das Anziehdrehmoment und das Auszugsdrehmoment der Hauptlast (Induktionsmotoren) basieren auf der angelegten Spannung im Quadrat.

Im Allgemeinen kann eine Verringerung der Nennspannung um 10% zu einem niedrigen Anlaufdrehmoment führen, das Drehmoment hochziehen und herausziehen.

Auswirkungen von Hochspannung:

Eine hohe Spannung kann dazu führen, dass die Magnete gesättigt sind und der Motor zu viel Strom zieht, um das Eisen zu magnetisieren. Somit kann Hochspannung auch zu Schäden führen. Hochspannung reduziert auch den Leistungsfaktor, was zu einer Erhöhung der Verluste führt.

Motoren tolerieren bestimmte Änderungen der Spannung über der Auslegungsspannung. Wenn die Extreme über der Auslegungsspannung dazu führen, dass der Strom mit entsprechenden Änderungen der Heizung und einer Verkürzung der Motorlebensdauer ansteigt.

Die Spannungsempfindlichkeit betrifft nicht nur Motoren, sondern auch andere Geräte. Die Magnete und Spulen in Relais und Startern vertragen Niederspannung besser als Hochspannung. Andere Beispiele sind Vorschaltgeräte in Leuchtstofflampen, Quecksilber- und Hochdrucknatriumleuchten sowie Transformatoren und Glühlampen.

Insgesamt ist es für die Ausrüstung besser, wenn wir die Abgriffe an den ankommenden Transformatoren ändern, um die Spannung auf dem Werksgelände so zu optimieren, dass sie nahe an den Nennwerten der Ausrüstung liegt. Dies ist das Hauptkonzept des im Projekt vorgeschlagenen Konzepts der Spannungsstabilisierung.

Regeln zur Entscheidung der Versorgungsspannung

  • Kleine Motoren reagieren tendenziell empfindlicher auf Überspannung und Sättigung als große Motoren.
  • Einphasenmotoren reagieren tendenziell empfindlicher auf Überspannung als Dreiphasenmotoren.
  • U-Frame-Motoren reagieren weniger empfindlich auf Überspannung als T-Frames.
  • Super-E-Motoren mit Premium-Wirkungsgrad reagieren weniger empfindlich auf Überspannung als Motoren mit Standard-Wirkungsgrad.
  • 2- und 4-polige Motoren sind tendenziell weniger von Hochspannung betroffen als 6- und 8-polige Konstruktionen.
  • Überspannung kann Stromstärke und Temperatur auch bei leicht belasteten Motoren erhöhen
  • Die Effizienz wird ebenfalls beeinträchtigt, da sie mit niedriger oder hoher Spannung verringert wird
  • Der Leistungsfaktor verringert sich mit hoher Spannung.
  • Der Einschaltstrom steigt mit höherer Spannung.

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