Servospänningsstabilisator
Till servo spänningsstabilisator är en styrmekanism med sluten slinga som tjänar till att upprätthålla balanserad 3 eller enfas spänningsutgång trots fluktuationer vid ingången på grund av obalanserade förhållanden. De flesta industriella laster är 3-fas induktionsmotorbelastningar och i en verklig fabriksmiljö är spänningen i 3 faser sällan balanserad. Säg till exempel om de uppmätta spänningarna är 420, 430 och 440V, är genomsnittet 430V och avvikelsen är 10V.
Procentandelen av obalans ges av
(10V X 100) / 430V = 2,3% Man ser att 1% spänningsobalans ökar motorförlusterna med 5%.
Sålunda kan spänningsobalans öka motorförlusterna från 2% till 90% och temperaturen ökar följaktligen också för mycket, vilket resulterar i ytterligare ökade förluster och minskad effektivitet. Därför föreslås att ett projekt tas upp för att upprätthålla en balanserad utspänning i alla tre faserna.
En fas:
Den är baserad på principen om vektortillsättning av AC-spänning till ingången för att få önskad utgång med en transformator som heter Buck-Boost-transformator (T), vars sekundär är ansluten i serie med ingångsspänningen. Den primära av samma matas från en motormonterad variabel transformator (R). Beroende på förhållandet mellan primär och sekundär spänning kommer den inducerade spänningen i sekundären antingen i fas eller ur fas baserat på spänningsfluktuationer . Den variabla transformatorn matas vanligtvis från ingångsförsörjningen i båda ändarna medan knackning vid cirka 20% av lindningen tas som en fast punkt för den primära av Buck-Boost-transformatorn. Auto-transformatorns variabla punkt kan därför leverera 20% av fasspänningen som används för bockning medan 80% är i fas med ingångsspänningen och används för att öka driften. Torkarrörelsen hos den variabla transformatorn styrs genom att känna av utspänningen till en styrkrets som bestämmer rotationsriktningen för den synkronmotorn som matas genom ett par TRIAC till dess delade faslindning.
3-fas balanserad ingångskorrigering:
För drift med låg kapacitet, säg cirka 10KVA, ses det för närvarande att en dubbel sårvariak används, vilket eliminerar Buck-Boost-transformatorn på själva den variabla transformatorn. Detta begränsar torkarens rörelse för en variac till 250 grader eftersom balansen används för sekundärlindningen. Även om detta gör systemet ekonomiskt har det allvarliga nackdelar när det gäller tillförlitlighet. Branschstandarden accepterar aldrig en sådan kombination. I områden med rimligt balanserad ingångsspänning används trefas servostyrda korrigatorer också för stabiliserad utgång, medan en enda trefasvariak används monterad av en synkron motor och ett enda styrkort som känner av tvåfasspänningen av tre. Detta är mycket mer ekonomiskt och användbart om ingångsfaserna är rimligt balanserade. Det har nackdelen att medan allvarlig obalansering sker är produktionen proportionellt obalanserad.
3-fas obalanserad ingångskorrigering:
Tre serietransformatorer (T1, T2, T3), varav varje sekund används, en i varje fas som antingen adderar eller subtraherar spänningen från ingångsspänningen för att leverera konstant spänning i varje fas och därigenom gör den balanserade utgången från obalanserad ingång. Ingången till den primära serietransformatorn matas från varje fas från en varje variabel autotransformator (Variac) (R1, R2, R3) vars viskare är kopplad till en synkronmotor med växelströmsdelad fas (2 spolar) (M1, M2 M3). Motorn mottar växelströmsförsörjning för var och en av dess spolar genom tyristorkoppling för antingen medurs eller moturs rotation för att möjliggöra önskad utspänning från variac till serietransformatorns primära, antingen i fas eller ur fas, för att utföra addition eller subtraktion som krävs vid sekundärtransformatorn för att upprätthålla en konstant och balanserad spänning vid utgången. Återkoppling från utgången till styrkretsen (C1, C2, C3) jämförs med en fast referensspänning av nivåkomparatorer bildade av op-förstärkare för att slutligen utlösa TRIAC enligt behovet av att aktivera motorn.
Detta schema består huvudsakligen av en styrkrets, enfas servoinduktionsmotor kopplad till en variabel matning primär i en serietransformator för varje fas.
- Styrkrets som består av en fönsterkomparator ansluten runt transistorer och RMS-felsignalspänningsförstärkning med IC 741 är upprullad i Multisim och simuleras för olika ingångsförhållanden, vilket säkerställer att avfyrning av TRIAC: erna som skulle driva kondensatorns fasförskjutna induktionsmotor krävs riktning som styr varvtorkarens rotation.
- Baserat på de maximala och minimala värdena för spänningsfluktuationer, är serietransformatorn och styrtransformatorerna utformade med användning av standardformel som matchar den kommersiellt tillgängliga järnkärnan och super emaljerad koppartrådstorlek innan den lindas densamma för användning i projektet.
Teknologi:
I ett balanserat 3-fas kraftsystem har alla spänningar och strömmar samma amplitud och är fasförskjutna med 120 grader från varandra. Det är dock inte möjligt praktiskt taget eftersom obalanserade spänningar kan leda till negativa effekter på utrustningen och det elektriska distributionssystemet.
Under obalanserade förhållanden kommer distributionssystemet att medföra mer förluster och värmeeffekter och vara mindre stabilt. Effekten av spänningsobalans kan också vara skadlig för utrustning som induktionsmotorer, kraftelektroniska omvandlare och ASD: er med justerbar hastighet. En relativt liten andel av spänningsobalans med trefasmotor resulterar i en signifikant ökning av motorförluster, vilket också medför en minskning av effektiviteten. Energikostnaderna kan minimeras i många applikationer genom att minska motoreffekten förlorad på grund av spänningsobalans.
Procentuell spänningsobalans definieras av NEMA som 100 gånger linjens spännings avvikelse från medelspänningen dividerat med genomsnittspänningen. Om de uppmätta spänningarna är 420, 430 och 440V är medelvärdet 430V och avvikelsen 10V.
Den procentuella obalansen ges av (10V * 100 / 430V) = 2,3%
Således kommer 1% spänningsobalans att öka motorförlusterna med 5%.
Därför är obalans ett allvarligt kraftkvalitetsproblem, som främst påverkar lågspänningsdistributionssystem och det föreslås därför i projektet att upprätthålla balanserad spänning angående storleken i varje fas, och därmed bibehålla balanserad linjespänning.
INTRODUKTION:
AC-spänningsstabilisatorer är avsedda för att erhålla ett stabiliserat AC tillförseln från fluktuerande inkommande elnät. De hittar applikationer inom alla områden av elektriska, elektroniska och många andra branscher, forskningsinstitutioner som testar laboratorier, utbildningsinstitutioner etc.
Vad är obalans:
Obalansstillstånd avser tillståndet när 3-fas spänningar och strömmar inte har samma amplitud eller samma fasförskjutning.
Om endera eller båda av dessa villkor inte är uppfyllda kallas systemet obalanserat eller asymmetriskt. (I denna text antas det implicit att vågformerna är sinusformade och därför inte innehåller övertoner.)
Orsaker till obalans:
Systemoperatören försöker tillhandahålla en balanserad systemspänning vid PCC mellan distributionsnätet och kundens interna nätverk.
Utspänningarna i trefassystemet beror på generatorns utspänningar, systemets impedans och belastningsström.
Men eftersom mestadels synkrona generatorer används är de genererade spänningarna mycket symmetriska och så kan generatorerna inte vara orsaken till obalans. Anslutningar vid lägre spänningsnivåer har vanligtvis hög impedans vilket leder till potentiellt större spänningsobalans. Systemkomponenternas impedans påverkas av konfigurationen av luftledningar.
Konsekvenser av spänningsobalans:
Känsligheten hos elektrisk utrustning för obalans skiljer sig från en apparat till en annan. En kort översikt över de vanligaste problemen ges nedan:
(a) Induktionsmaskiner:
Dessa är a.c. synkrona maskiner med internt inducerade roterande magnetfält, vars storlek är proportionell mot amplituden hos direkta och / eller inversa komponenter. Följaktligen i fallet med en obalanserad tillförsel blir det roterande magnetfältet elliptiskt istället för cirkulärt. induktionsmaskiner står således huvudsakligen inför tre typer av problem på grund av spänningsobalans
1. För det första kan maskinen inte producera sitt fulla vridmoment eftersom det omvänt roterande magnetfältet i det negativa sekvenssystemet alstrar ett negativt bromsmoment som måste subtraheras från basmomentet kopplat till det normala roterande magnetfältet. Följande bild visar de olika vridmomentslipegenskaperna hos en induktionsmaskin under obalanserad tillförsel
2. För det andra kan lagren drabbas av mekanisk skada på grund av inducerade momentkomponenter med dubbel systemfrekvens.
3. Slutligen värms statorn och i synnerhet rotorn överdrivet, vilket möjligen leder till snabbare termisk åldring. Denna värme orsakas av induktion av signifikanta strömmar genom det snabbt roterande (i relativ mening) inversa magnetfältet, sett av rotorn. För att kunna hantera denna extra uppvärmning måste motorn vara omklasserad, vilket kan kräva att en maskin med högre effektklassificering måste installeras.
TEKNOEKONOMI:
Spänningsobalansen kan orsaka för tidigt motorfel, vilket inte bara leder till oavsiktlig avstängning av systemet utan också orsakar stora ekonomiska förluster.
Effekterna av låg- och högspänning på motorer och relaterade prestandaförändringar som kan förväntas när vi använder andra spänningar än de som anges på typskylten ges enligt följande:
Effekter av lågspänning:
När en motor utsätts för spänningar under märkplåten kommer vissa av motorns egenskaper att förändras något och andra kommer att förändras dramatiskt.
Mängden ström som dras från ledningen måste fixeras för en fast mängd last.
Mängden effekt som motorn drar har en grov korrelation med spänningen till ström (förstärkare).
För att behålla samma mängd ström, om matningsspänningen är låg, fungerar en ökning av strömmen som kompensation. Det är dock farligt eftersom högre ström får mer värme att byggas upp i motorn, vilket så småningom förstör motorn.
Sålunda är nackdelarna med att applicera låg spänning överhettning av motorn och motorn skadas.
Startmoment, uppdragningsmoment och utdragningsmoment för större belastning (induktionsmotorer) baserat på den applicerade spänningen i kvadrat.
I allmänhet kan en 10% minskning från spänningen leda till lågt startmoment, dra upp och dra ut vridmoment.
Effekter av högspänning:
Högspänning kan göra att magneterna mättas, vilket får motorn att dra för mycket ström för att magnetisera järnet. Således kan hög spänning också leda till skador. Högspänning minskar också effektfaktorn, vilket orsakar en ökning av förlusterna.
Motorer tål vissa modifieringar i spänningen över konstruktionsspänningen. När ytterpunkterna ovanför konstruktionsspänningen kommer att leda till att strömmen ökar med motsvarande förändringar i uppvärmning och en förkortning av motorns livslängd.
Spänningskänsligheten påverkar inte bara motorer utan även andra enheter. Solenoiderna och spolarna som finns i reläer och startmotstånd tolererar lågspänning bättre än de gör högspänning. Andra exempel är förkopplingsdon i lysrörsarmaturer för lysrör, kvicksilver och högtryck och transformatorer och glödlampor.
Sammantaget är det bättre för utrustningen om vi byter kranar på inkommande transformatorer för att optimera spänningen på anläggningsgolvet till något nära utrustningsbetyg, vilket är huvudkonceptet bakom det föreslagna konceptet för spänningsstabilisering i projektet.
Regler för att bestämma matningsspänningen
- Små motorer tenderar att vara mer känsliga för överspänning och mättnad än stora motorer.
- Enfasmotorer tenderar att vara mer känsliga för överspänning än trefasmotorer.
- U-ramsmotorer är mindre känsliga för överspänning än T-ramar.
- Högeffektiv Super-E-motorer är mindre känsliga för överspänning än vanliga motorer.
- 2 och 4-poliga motorer tenderar att påverkas mindre av högspänning än 6- och 8-poliga konstruktioner.
- Överspänning kan öka strömstyrkan och temperaturen även på lättbelastade motorer
- Effektiviteten påverkas också eftersom den minskas med låg eller hög spänning
- Effektfaktorn minskar med hög spänning.
- Startströmmen ökar med högre spänning.
Få mer kunskap om olika elektroniska koncept och kretsar genom att göra lite mini elektronikprojekt på ingenjörsnivå.
