Servo estabilitzador de tensió
A servo estabilitzador de tensió és un mecanisme de control de bucle tancat que serveix per mantenir una sortida de tensió trifàsica o monofàsica equilibrada malgrat les fluctuacions de l'entrada a causa de condicions desequilibrades. La majoria de les càrregues industrials són càrregues de motor d’inducció trifàsica i, en un entorn real de fàbrica, la tensió en 3 fases poques vegades és equilibrada. Per exemple, si les tensions mesurades són 420, 430 i 440V, la mitjana és de 430V i la desviació és de 10V.
El percentatge de desequilibri ve donat per
(10V X 100) / 430V = 2,3% Es veu que un desequilibri de tensió de l’1% augmentarà les pèrdues del motor un 5%.
Així, el desequilibri de tensió pot augmentar les pèrdues del motor del 2% al 90% i, per tant, la temperatura també augmenta en una quantitat excessiva, cosa que provoca un augment de les pèrdues i una eficiència reduïda. Per tant, es proposa emprendre un projecte per mantenir una tensió de sortida equilibrada en les 3 fases.
Fase única:
Es basa en el principi de l’addició vectorial de la tensió AC a l’entrada per obtenir la sortida desitjada mitjançant un transformador anomenat transformador Buck-Boost (T), el secundari del qual està connectat en sèrie amb la tensió d’entrada. El principal del mateix s’alimenta d’un transformador variable muntat en motor (R). Depenent de la proporció de tensió primària a secundària, la tensió induïda del secundari es produeix en fase o desfasada en funció del fluctuació de tensió . El transformador variable sol alimentar-se de l’alimentació d’entrada als dos extrems mentre es fa un toc al voltant del 20% del bobinatge com a punt fix per al primari del transformador Buck-Boost. El punt variable de l’autotransformador, per tant, és capaç d’oferir un 20% de tensió de fase fora de fase que s’utilitza per operar en bucking mentre que un 80% està en fase amb la tensió d’entrada i s’utilitza per augmentar l’operació. El moviment del netejador del transformador variable es controla detectant la tensió de sortida a un circuit de control que decideix el sentit de rotació del motor síncron alimentat a través d’un parell de TRIAC fins al seu bobinat de fase dividida.
Correcció d'entrada equilibrada de 3 fases:
Per a operacions de baixa capacitat, diguem uns 10 KVA, actualment es veu que s’utilitza una variació de doble ferida eliminant el transformador Buck-Boost del transformador variable. Això restringeix el moviment del netejador d'una variació a 250 graus, ja que la balança s'utilitza per al bobinatge secundari. Tot i que això fa que el sistema sigui econòmic, té greus inconvenients en termes de fiabilitat. La norma del sector mai no accepta aquesta combinació. A les zones de tensió d’entrada raonablement equilibrada, també s’utilitzen correctors servo controlats trifàsics per a la sortida estabilitzada, mentre que s’utilitza una única variació trifàsica muntada per un motor síncron i una única targeta de control que detecta la tensió bifàsica de tres. Això és molt més econòmic i útil si les fases d'entrada estan raonablement equilibrades. Té l’inconvenient que, tot i que es produeix un desequilibri sever, la producció és proporcionalment desequilibrada.
Correcció d'entrada desequilibrada de 3 fases:
Tres transformadors de sèrie (T1, T2, T3), que s’utilitzen cada segon, un en cada fase que suma o resta la tensió de la tensió d’alimentació d’entrada per proporcionar una tensió constant en cada fase, fent així la sortida equilibrada a partir d’una entrada desequilibrada. L’entrada al transformador primari de la sèrie s’alimenta de cada fase a partir d’un autotransformador variable (Variac) (R1, R2, R3), cadascun dels netejadors del qual està acoblat a un motor síncron de fase dividida de CA (2 bobines) (M1, M2) M3). El motor rep alimentació de corrent altern per a cadascuna de les seves bobines a través de commutació de tiristor per rotació en sentit horari o antihorari per permetre la tensió de sortida desitjada des del variador fins al primari del transformador de la sèrie, ja sigui en fase o fora de fase, per realitzar sumes o restes. segons es requereix a la secundària del transformador de la sèrie per mantenir una tensió constant i equilibrada a la sortida. La retroalimentació de la sortida al circuit de control (C1, C2, C3) es compara amb una tensió de referència fixa mitjançant comparadors de nivell formats a partir d’amplificadors operatius per activar el TRIAC segons la necessitat d’actuar el motor.
Aquest esquema consisteix principalment en un circuit de control, un motor d’inducció de servo monofàsic acoblat a un alimentador primari variable d’un transformador en sèrie per a cada fase.
- El circuit de control format per un comparador de finestres connectat al voltant dels transistors i l'amplificació de la tensió del senyal d'error RMS mitjançant IC 741 està instal·lat a Multisim i es simula per a diverses condicions de funcionament d'entrada, cosa que garanteix l'encès dels TRIAC que funcionarien el motor d'inducció de fase de condensador. que controla la rotació del netejador variable.
- Basant-se en els valors màxim i mínim de les fluctuacions de voltatge, el transformador de sèrie i els transformadors de control es dissenyen mitjançant una fórmula estàndard que s’adapta al nucli de ferro disponible comercialment i a la mida del filferro de coure super esmaltat abans d’enrotllar-lo per al seu ús al projecte.
Tecnologia:
En un sistema d’alimentació trifàsic equilibrat, totes les tensions i els corrents tenen la mateixa amplitud i es desplacen de 120 graus entre si. Tanmateix, no és possible pràcticament ja que les tensions desequilibrades poden provocar efectes adversos sobre els equips i el sistema de distribució elèctrica.
En condicions desequilibrades, el sistema de distribució tindrà més pèrdues i efectes de calefacció i serà menys estable. L’efecte del desequilibri de tensió també pot perjudicar equips com ara motors d’inducció, convertidors electrònics de potència i variadors de velocitat ajustables (ASD). Un percentatge relativament petit de desequilibri de tensió amb el motor trifàsic resulta en un augment significatiu de les pèrdues del motor, cosa que també comporta una disminució de l’eficiència. Els costos energètics es poden minimitzar en moltes aplicacions reduint la potència del motor perduda a causa del desequilibri de tensió.
Percentatge de desequilibri de tensió és definit per NEMA com 100 vegades la desviació de la tensió de línia de la tensió mitjana dividida per la tensió mitjana. Si les tensions mesurades són 420, 430 i 440V, la mitjana és de 430V i la desviació és de 10V.
El desequilibri percentual ve donat per (10V * 100 / 430V) = 2,3%
Així, l’equilibri de tensió de l’1% augmentarà les pèrdues del motor un 5%.
Per tant, el desequilibri és un greu problema de qualitat de potència, que afecta principalment els sistemes de distribució de baixa tensió i, per tant, es proposa mantenir en el projecte una tensió equilibrada quant a la magnitud en cada fase, mantenint així una tensió de línia equilibrada.
INTRODUCCIÓ:
Els estabilitzadors de tensió A.C.estan destinats a obtenir un corrent altern estabilitzat. subministrament de la xarxa elèctrica entrant de fluctuació. Troben aplicacions en tots els camps de la indústria elèctrica, electrònica i de moltes altres indústries, institucions de recerca, laboratoris de proves, institucions educatives, etc.
Què és el desequilibri:
La condició de desequilibri es refereix a la condició quan les tensions i corrents de 3 fases no tenen la mateixa amplitud ni el mateix desplaçament de fase.
Si no es compleix una o les dues condicions, el sistema s'anomena desequilibrat o asimètric. (En aquest text, se suposa implícitament que les formes d'ona són sinusoidals i, per tant, no contenen harmònics).
Causes del desequilibri:
L’operador del sistema intenta proporcionar una tensió del sistema equilibrada al PCC entre la xarxa de distribució i la xarxa interna del client.
Les tensions de sortida del sistema trifàsic depenen de les tensions de sortida dels generadors, de la impedància del sistema i del corrent de càrrega.
Tanmateix, atès que s'utilitzen majoritàriament generadors síncrons, les tensions generades són molt simètriques i, per tant, els generadors no poden ser la causa del desequilibri. Les connexions a nivells de tensió més baixos solen tenir una impedància elevada que condueix a un desequilibri de tensió potencialment més gran. La impedància dels components del sistema es veu afectada per la configuració de línies aèries.
Conseqüències del desequilibri de tensió:
La sensibilitat dels equips elèctrics al desequilibri difereix d’un aparell a un altre. A continuació es presenta una breu visió general dels problemes més habituals:
(a) Màquines d’inducció:
Aquests són els a.c. màquines síncrones amb camps magnètics giratoris induïts internament, la magnitud dels quals és proporcional a l’amplitud dels components directes i / o inversos. Per tant, en el cas d’un subministrament desequilibrat, el camp magnètic giratori esdevé el·líptic en lloc de circular. per tant, les màquines d’inducció s’enfronten principalment a tres tipus de problemes a causa del desequilibri de tensió
1. En primer lloc, la màquina no pot produir el seu parell complet ja que el camp magnètic que gira inversament del sistema de seqüències negatives produeix un parell de frenada negatiu que s’ha de restar del parell base vinculat al camp magnètic giratori normal. La següent figura mostra les diferents característiques de lliscament de parell d’una màquina d’inducció amb subministrament desequilibrat
2. En segon lloc, els coixinets poden patir danys mecànics a causa dels components de parell induït a doble freqüència del sistema.
3. Finalment, l'estator i, especialment, el rotor s'escalfen excessivament, cosa que pot conduir a un envelliment tèrmic més ràpid. Aquesta calor és causada per la inducció de corrents significatius pel camp magnètic invers que gira ràpidament (en el sentit relatiu), tal com es veu pel rotor. Per poder fer front a aquest escalfament addicional, s’ha de desvalorar el motor, cosa que pot requerir la instal·lació d’una màquina de potència superior.
TECNOECONOMIA:
El desequilibri de tensió pot causar avaries prematures del motor, que no només condueixen a l’aturada no programada del sistema, sinó que també provoquen grans pèrdues econòmiques.
Els efectes de la baixa i alta tensió sobre els motors i els canvis de rendiment relacionats que es poden esperar quan fem servir voltatges diferents dels que s’indiquen a la placa de característiques es donen de la manera següent:
Efectes de la baixa tensió:
Quan un motor se sotmet a tensions inferiors a la placa nominal, algunes de les característiques del motor canviaran lleugerament i d’altres canviaran dràsticament.
La quantitat d'energia extreta de la línia s'ha de fixar per a una quantitat fixa de càrrega.
La quantitat de potència que consumeix el motor té una correlació aproximada amb la tensió a corrent (amplificadors).
Per mantenir la mateixa quantitat de potència, si la tensió d'alimentació és baixa, un augment del corrent actua com a compensació. No obstant això, és perillós, ja que el corrent més alt provoca que s’acumuli més calor al motor, que finalment destrueix el motor.
Per tant, els desavantatges d’aplicar baixa tensió són el sobreescalfament del motor i el motor està danyat.
El parell d’arrencada, el parell de tracció i el parell de tracció de la càrrega principal (motors d’inducció), en funció del voltatge aplicat al quadrat.
En general, una reducció del 10% respecte a la tensió nominal pot conduir a un parell d’arrencada baix, elevar-lo i treure-lo.
Efectes de l’alta tensió:
L’alt voltatge pot provocar la saturació dels imants, cosa que provoca que el motor extreu corrent excessiu per magnetitzar el ferro. Així, l’alta tensió també pot provocar danys. L’alta tensió també redueix el factor de potència, provocant un augment de les pèrdues.
Els motors toleraran certes modificacions en el voltatge per sobre del voltatge de disseny. Quan els extrems superiors a la tensió de disseny faran que el corrent pugi amb els canvis corresponents en la calefacció i l’escurçament de la vida útil del motor.
La sensibilitat a la tensió afecta no només els motors, sinó també altres dispositius. Els solenoides i bobines que es troben als relés i arrencadors toleren millor la baixa tensió que no pas l’alta tensió. Altres exemples són els balasts en aparells de llum fluorescents, mercuri i sodi d'alta pressió i transformadors i làmpades incandescents.
En general, és millor per a l’equip si canviem les aixetes dels transformadors entrants per optimitzar el voltatge a la planta de la planta a un nivell proper a les qualificacions dels equips, que és el concepte principal del concepte d’estabilització de tensió proposat al projecte.
Normes per decidir la tensió d'alimentació
- Els motors petits solen ser més sensibles a la sobretensió i a la saturació que els motors grans.
- Els motors monofàsics solen ser més sensibles a la sobretensió que els motors trifàsics.
- Els motors de quadre U són menys sensibles a la sobretensió que els quadres T.
- Els motors Super-E d’eficiència superior són menys sensibles a la sobretensió que els motors d’eficiència estàndard.
- Els motors de 2 i 4 pols són menys afectats per l’alta tensió que els dissenys de 6 i 8 pols.
- La sobretensió pot augmentar l'amperatge i la temperatura fins i tot en motors amb poca càrrega
- L'eficiència també es veu afectada, ja que es redueix amb baixa o alta tensió
- El factor de potència es redueix amb l’alta tensió.
- El corrent de pujada augmenta amb un voltatge més alt.
Obteniu més coneixement sobre diversos conceptes i circuits electrònics fent una mica projectes electrònics a nivell d'enginyeria.
