Bộ ổn định điện áp Servo
Đến servo ổn áp là một cơ chế điều khiển vòng kín nhằm duy trì đầu ra điện áp 3 pha hoặc một pha cân bằng bất chấp các biến động ở đầu vào do các điều kiện không cân bằng. Hầu hết các phụ tải công nghiệp là tải động cơ cảm ứng 3 pha và trong môi trường nhà máy thực tế, điện áp ở 3 pha hiếm khi được cân bằng. Ví dụ, nếu điện áp đo được là 420, 430 và 440V, mức trung bình là 430V và độ lệch là 10V.
Phần trăm mất cân bằng được đưa ra bởi
(10V X 100) / 430V = 2.3% Người ta thấy rằng sự mất cân bằng điện áp 1% sẽ làm tăng tổn thất động cơ lên 5%.
Do đó, sự mất cân bằng điện áp có thể làm tăng tổn thất động cơ từ 2% đến 90% và do đó nhiệt độ cũng tăng quá mức dẫn đến tổn thất tăng thêm và giảm hiệu suất. Do đó đề xuất lập dự án duy trì điện áp đầu ra cân bằng trong cả 3 pha.
Một pha:
Nó dựa trên nguyên tắc cộng véc tơ của điện áp A.C vào Đầu vào để có được đầu ra mong muốn bằng cách sử dụng một máy biến áp gọi là máy biến áp Buck-Boost (T), máy biến áp thứ cấp được mắc nối tiếp với điện áp đầu vào. Sơ cấp của cùng một được cấp từ một máy biến áp biến đổi gắn động cơ (R). Tùy thuộc vào tỷ lệ của điện áp sơ cấp và thứ cấp, điện áp cảm ứng của thứ cấp đến cùng pha hoặc lệch pha dựa trên dao động điện áp . Máy biến áp thường được cấp nguồn từ nguồn cung cấp đầu vào ở cả hai đầu trong khi điều chỉnh ở khoảng 20% cuộn dây được lấy làm điểm cố định cho cuộn sơ cấp của máy biến áp Buck-Boost. Do đó, điểm biến đổi của máy biến áp tự ngẫu có khả năng cung cấp 20% điện áp ngoài pha được sử dụng cho hoạt động cuộn dây trong khi 80% cùng pha với điện áp đầu vào và được sử dụng để tăng cường hoạt động. Chuyển động gạt nước của máy biến áp được điều khiển bằng cách cảm nhận điện áp đầu ra tới mạch điều khiển quyết định hướng quay của động cơ đồng bộ được cấp qua một cặp TRIAC tới cuộn dây chia pha của nó.
Hiệu chỉnh đầu vào cân bằng 3 pha:
Đối với hoạt động công suất thấp, nói khoảng 10KVA, hiện tại người ta thấy rằng một biến trở quấn đôi được sử dụng loại bỏ biến áp Buck-Boost trên chính biến áp biến đổi. Điều này hạn chế chuyển động gạt nước của biến trở ở 250 độ vì sự cân bằng được sử dụng cho cuộn thứ cấp. Mặc dù điều này làm cho hệ thống kinh tế, nó có những hạn chế nghiêm trọng về độ tin cậy của nó. Tiêu chuẩn ngành không bao giờ chấp nhận sự kết hợp như vậy. Trong các khu vực có điện áp đầu vào cân bằng hợp lý, bộ điều chỉnh ba pha điều khiển bằng servo cũng được sử dụng cho đầu ra ổn định trong khi một biến thể ba pha đơn được sử dụng bởi một động cơ đồng bộ và một thẻ điều khiển duy nhất cảm nhận điện áp hai pha trong số ba. Điều này sẽ tiết kiệm và hữu ích hơn nhiều nếu các pha đầu vào được cân bằng hợp lý. Nó có nhược điểm là trong khi mất cân bằng nghiêm trọng diễn ra thì sản lượng không cân bằng theo tỷ lệ.
Hiệu chỉnh đầu vào không cân bằng 3 pha:
Ba máy biến áp nối tiếp (T1, T2, T3), mỗi giây trong số đó được sử dụng, một máy biến áp trong mỗi pha có tác dụng cộng hoặc trừ điện áp từ điện áp cung cấp đầu vào để cung cấp điện áp không đổi trong mỗi pha, do đó làm cho đầu ra cân bằng từ đầu vào không cân bằng. Đầu vào đến sơ cấp của máy biến áp nối tiếp được cấp nguồn từ mỗi pha từ một máy biến áp tự ngẫu biến đổi (Variac) (R1, R2, R3) mỗi bộ có cần gạt nước được kết hợp với động cơ đồng bộ chia pha xoay chiều (2 cuộn dây) (M1, M2 M3). Động cơ nhận được nguồn điện xoay chiều cho mỗi cuộn dây của nó thông qua việc chuyển đổi thyristor theo chiều quay theo chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ để cho phép điện áp đầu ra mong muốn từ biến trở đến cuộn sơ cấp của máy biến áp nối tiếp, cùng pha hoặc lệch pha, để thực hiện phép cộng hoặc trừ theo yêu cầu ở thứ cấp của máy biến áp nối tiếp để duy trì điện áp không đổi và cân bằng ở đầu ra. Phản hồi từ đầu ra đến mạch điều khiển (C1, C2, C3) được so sánh với điện áp tham chiếu cố định theo mức so sánh được hình thành từ op-amps để cuối cùng kích hoạt TRIAC theo nhu cầu kích hoạt động cơ.
Sơ đồ này chủ yếu bao gồm một mạch điều khiển, động cơ cảm ứng servo 1 pha được kết hợp với một sơ cấp cấp nguồn biến thiên của một máy biến áp nối tiếp cho mỗi pha.
- Mạch điều khiển bao gồm một bộ so sánh cửa sổ có dây xung quanh các bóng bán dẫn và khuếch đại điện áp tín hiệu lỗi RMS bởi IC 741 được thiết bị trong Multisim và được mô phỏng cho các điều kiện hoạt động đầu vào khác nhau, đảm bảo việc kích hoạt các TRIAC sẽ vận hành động cơ cảm ứng dịch pha của tụ điện là cần thiết điều khiển xoay gạt nước variac.
- Dựa trên các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của dao động điện áp, máy biến áp nối tiếp và máy biến áp điều khiển được thiết kế theo công thức tiêu chuẩn phù hợp với kích thước lõi sắt và dây đồng siêu tráng men có sẵn trên thị trường trước khi cuộn giống nhau để sử dụng trong dự án.
Công nghệ:
Trong hệ thống điện 3 pha cân bằng, tất cả các điện áp và cường độ dòng điện có cùng biên độ và lệch pha nhau 120 độ. Tuy nhiên, trên thực tế không thể xảy ra vì điện áp không cân bằng có thể gây ảnh hưởng xấu đến thiết bị và hệ thống phân phối điện.
Trong điều kiện không cân bằng, hệ thống phân phối sẽ chịu nhiều tổn thất và hiệu ứng nóng hơn, và kém ổn định hơn. Tác động của sự mất cân bằng điện áp cũng có thể gây bất lợi cho các thiết bị như động cơ cảm ứng, bộ chuyển đổi điện tử công suất và bộ truyền động tốc độ có thể điều chỉnh (ASD). Một tỷ lệ tương đối nhỏ của việc mất cân bằng điện áp với động cơ ba pha dẫn đến tổn thất động cơ tăng đáng kể, đồng thời cũng làm giảm hiệu suất. Có thể giảm thiểu chi phí năng lượng trong nhiều ứng dụng bằng cách giảm công suất động cơ bị mất do mất cân bằng điện áp.
Phần trăm mất cân bằng điện áp được NEMA định nghĩa bằng 100 lần độ lệch của điện áp đường dây từ điện áp trung bình chia cho điện áp trung bình. Nếu các điện áp đo được là 420, 430 và 440V, trung bình là 430V và độ lệch là 10V.
Phần trăm Mất cân bằng được đưa ra bởi (10V * 100 / 430V) = 2,3%
Do đó mất cân bằng điện áp 1% sẽ làm tăng tổn hao động cơ lên 5%.
Do đó, mất cân bằng là một vấn đề chất lượng điện nghiêm trọng, chủ yếu ảnh hưởng đến hệ thống phân phối hạ áp và do đó đề xuất trong dự án là duy trì điện áp cân bằng liên quan đến cường độ trong mọi pha, do đó duy trì điện áp đường dây cân bằng.
GIỚI THIỆU:
Bộ ổn định điện áp A.C có nghĩa là để có được điện áp xoay chiều ổn định. nguồn cung cấp từ nguồn điện đầu vào dao động. Họ tìm thấy các ứng dụng trong mọi lĩnh vực Điện, Điện tử và nhiều ngành khác, các cơ sở nghiên cứu Phòng thí nghiệm thử nghiệm, các cơ sở giáo dục, v.v.
Mất cân bằng là gì:
Điều kiện không cân bằng đề cập đến tình trạng khi điện áp và dòng điện 3 pha không có cùng biên độ hoặc cùng độ lệch pha.
Nếu một trong hai hoặc cả hai điều kiện này không được đáp ứng, hệ thống được gọi là không cân bằng hoặc không đối xứng. (Trong văn bản này, người ta ngầm định rằng các dạng sóng là hình sin và do đó không chứa sóng hài.)
Nguyên nhân của sự mất cân bằng:
Nhà điều hành hệ thống cố gắng cung cấp điện áp hệ thống cân bằng tại PCC giữa lưới điện phân phối và mạng nội bộ của khách hàng.
Điện áp đầu ra trong hệ thống ba pha phụ thuộc vào điện áp đầu ra của máy phát, trở kháng của hệ thống và dòng tải.
Tuy nhiên, vì chủ yếu là máy phát điện đồng bộ được sử dụng, điện áp tạo ra có tính đối xứng cao và do đó máy phát điện không thể là nguyên nhân gây mất cân bằng. Các kết nối ở mức điện áp thấp hơn thường có trở kháng cao dẫn đến khả năng mất cân bằng điện áp lớn hơn. Trở kháng của các thành phần hệ thống bị ảnh hưởng bởi cấu hình của đường dây trên không.
Hậu quả của sự mất cân bằng điện áp:
Độ nhạy của thiết bị điện đối với sự mất cân bằng là khác nhau giữa các thiết bị này. Dưới đây là tổng quan ngắn gọn về các vấn đề phổ biến nhất:
(a) Máy cảm ứng:
Đây là a.c. máy điện đồng bộ có từ trường quay cảm ứng bên trong, có độ lớn tỷ lệ với biên độ của các thành phần trực tiếp và / hoặc nghịch đảo. Do đó trong trường hợp nguồn cung cấp không cân bằng, từ trường quay sẽ trở thành hình elip thay vì hình tròn. do đó máy cảm ứng chủ yếu phải đối mặt với ba loại vấn đề do mất cân bằng điện áp
1. Thứ nhất, máy không thể tạo ra mômen xoắn đầy đủ của nó vì từ trường quay nghịch của hệ thống thứ tự âm tạo ra mômen hãm âm phải trừ đi mômen cơ sở liên kết với từ trường quay bình thường. Hình dưới đây cho thấy các đặc tính trượt momen xoắn khác nhau của máy điện cảm ứng trong điều kiện cung cấp không cân bằng
2. Thứ hai, các ổ trục có thể bị hư hỏng cơ học do các thành phần mômen cảm ứng ở tần số hệ thống kép.
3. Cuối cùng, stato và đặc biệt là rôto bị đốt nóng quá mức, có thể dẫn đến lão hóa nhiệt nhanh hơn. Nhiệt này là do cảm ứng của các dòng điện đáng kể bởi từ trường nghịch đảo quay nhanh (theo nghĩa tương đối), như được thấy bởi rôto. Để có thể giải quyết tình trạng nóng thêm này, động cơ phải được khử định mức, có thể yêu cầu lắp đặt máy có công suất lớn hơn.
KINH TẾ KỸ THUẬT:
Sự mất cân bằng điện áp có thể gây ra hỏng động cơ sớm, không chỉ dẫn đến hệ thống ngừng hoạt động đột xuất mà còn gây thiệt hại lớn về kinh tế.
Ảnh hưởng của điện áp thấp và cao lên động cơ và những thay đổi hiệu suất liên quan có thể dự kiến khi chúng tôi sử dụng điện áp khác với điện áp ghi trên bảng tên được đưa ra như sau:
Ảnh hưởng của điện áp thấp:
Khi một động cơ chịu điện áp thấp hơn định mức trên bảng tên, một số đặc tính của động cơ sẽ thay đổi một chút và những đặc tính khác sẽ thay đổi đáng kể.
Lượng công suất rút ra từ đường dây phải được cố định cho một lượng tải cố định.
Lượng điện động cơ rút ra có mối tương quan sơ bộ với điện áp thành dòng điện (amps).
Để giữ nguyên một lượng điện năng, nếu điện áp nguồn thấp, sự gia tăng dòng điện đóng vai trò như một sự bù đắp. Tuy nhiên, điều này rất nguy hiểm vì dòng điện cao hơn gây ra nhiều nhiệt tích tụ trong động cơ, cuối cùng sẽ phá hủy động cơ.
Vì vậy, nhược điểm của việc áp dụng điện áp thấp là quá nóng của động cơ và động cơ bị hỏng.
Mômen khởi động, mômen kéo lên và mômen kéo của tải chính (động cơ cảm ứng), dựa trên bình phương điện áp đặt vào.
Nói chung, giảm 10% so với định mức điện áp có thể dẫn đến mô-men xoắn khởi động thấp, kéo lên và mô-men xoắn rút ra.
Ảnh hưởng của điện áp cao:
Điện áp cao có thể làm cho nam châm bão hòa, khiến động cơ hút dòng điện quá mức để từ hóa bàn ủi. Do đó điện áp cao cũng có thể dẫn đến hư hỏng. Điện áp cao cũng làm giảm hệ số công suất, làm tăng tổn thất.
Động cơ sẽ chịu được những thay đổi nhất định về điện áp trên điện áp thiết kế. Khi các điểm cực trị trên điện áp thiết kế sẽ làm cho dòng điện tăng lên cùng với những thay đổi tương ứng về nhiệt độ và làm giảm tuổi thọ của động cơ.
Độ nhạy điện áp không chỉ ảnh hưởng đến động cơ mà còn ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Các solenoid và cuộn dây được tìm thấy trong rơ le và bộ khởi động chịu được điện áp thấp tốt hơn so với điện áp cao. Các ví dụ khác là chấn lưu trong đèn chiếu sáng huỳnh quang, thủy ngân và natri cao áp và máy biến áp và đèn sợi đốt.
Nhìn chung, sẽ tốt hơn cho thiết bị nếu chúng ta thay đổi các vòi trên máy biến áp đầu vào để tối ưu hóa điện áp trên sàn nhà máy đến mức gần với xếp hạng thiết bị, đây là khái niệm chính đằng sau khái niệm ổn định điện áp được đề xuất trong dự án.
Quy tắc quyết định điện áp cung cấp
- Động cơ nhỏ có xu hướng nhạy cảm với quá áp và bão hòa hơn so với động cơ lớn.
- Động cơ một pha có xu hướng nhạy cảm với quá áp hơn so với động cơ 3 pha.
- Động cơ khung chữ U ít nhạy cảm với quá áp hơn so với khung chữ T.
- Động cơ Super-E hiệu suất cao ít nhạy cảm với quá áp hơn so với động cơ hiệu suất tiêu chuẩn.
- Động cơ 2 và 4 cực có xu hướng ít bị ảnh hưởng bởi điện áp cao hơn so với các thiết kế 6 và 8 cực.
- Quá áp có thể làm tăng cường độ dòng điện và nhiệt độ ngay cả trên các động cơ được tải nhẹ
- Hiệu quả cũng bị ảnh hưởng vì nó bị giảm với điện áp thấp hoặc cao
- Hệ số công suất giảm khi điện áp cao.
- Dòng khởi động tăng lên với điện áp cao hơn.
Nhận thêm kiến thức về các khái niệm và mạch điện tử khác nhau bằng cách thực hiện một số dự án điện tử ở cấp độ kỹ thuật.
