使用低成本 MCU 對印度交流電機進行矢量控制

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使用低成本 MCU 對印度交流電機進行矢量控制。

獨立控制兩台交流電機。 逆變器有九個開關器件。 所提出的逆變器由兩個帶有三個公共開關的傳統逆變器組成。 一個九開關逆變器可以通過控制逆變器的MI來實現對交流電機的獨立控制。 逆變器的仿真模型是在MATLAB/simulink中開發的。 提出了兩種不同的觸發方案,即 PWM 和 SVM。 使用不同的開關技術分析逆變器的性能,並在 THD 和開關損耗方面進行比較。 給出了不同調製指數的仿真結果。

檢測大型三相感應電動機故障的常用技術是測量電動機的供電電流並分析信號頻譜。 該技術已得到很好的確立,並已被證明可以指示故障狀況。 然而,電流特徵分析通常由使用昂貴設備的非常熟練的技術人員使用。 小型電機(小於 100 HP)需要一種具有成本效益的狀態監測技術。 電機的熱特徵更能說明其質量和狀況。 對於重型電機,檢測過熱非常重要,因為熱繞組會迅速惡化。 本文探討了在電機內部使用無線傳感器的可能性。

全面介紹了印度交流電機結構類型的最新技術,位置、速度和電流/轉矩控制的閉環控制器以及逆變器、傳感器等的最新趨勢。 詳細討論了消除機械傳感器的技術。 描述了為減少扭矩波動、噪音和振動所做的特殊努力。 給出了通過集成芯片控制 PMBLDC 電機驅動器的微電子技術的影響。 由於性能的提高和成本的降低,這種驅動器的應用越來越多。

現代系統對安靜和平穩運行的要求增加了生產成本。 滿足這些需求的高質量電機的製造和購買成本越來越高。 通過使用微控制器中不斷增加的計算機功率,以相同的成本,可以使用電流感應來開發控制調整,從而減少由印度交流電機的換向器引起的功率紋波。 如果不加以緩解,這些紋波會傳播到扭矩紋波,然後會增加存在的聲學噪聲水平。

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交流伺服電機在機器人等精確定位、高速性能等方面都有應用。 為了控制交流伺服電機,大多數驅動器都配備了傳統的控制器,可能是 PI 或 PID 類型。 因此對本驅動所使用的 PI 參數進行整定是非常有必要的。 但是,在某些操作條件下,該控制器可能無法提供令人滿意的性能和精度。 本文介紹了在電機在磁場定向控制中運行時使用模糊邏輯控制器對印度交流電機進行閉環控制的研究。 印度交流電機中使用的電機是帶永磁體的同步電機。 在 FOC 中,d 軸參考電流取為零。 主要重點是控制永磁同步電機的位置和速度。 使用 MATLAB/SIMULINK 軟件對該方案的性能進行了測試。

由於快速工業化,印度的電力需求增加,需要設計一種成本低、損耗低、效率高的系統。 工業應用中需要大量電機。 PM 電機存在兩種控制方法。 這些傳統方法存在成本增加、設備複雜和缺乏獨立控制的問題。 這裡介紹了一種九開關z源逆變器,用於以獨立模式控制兩個交流負載。 它用於單級升壓。 其優點是與兩個三相逆變器相比,開關器件的數量減少了兩個。 這種逆變器在電動汽車、工業機器人、電動火車、飛機驅動系統、電動船舶推進系統等方面有著廣泛的應用。

動力電池隨後用於驅動驅動車輛的 BLDC 電機。 為了給電池充電,使用了壁式充電器和太陽能,其中壁式充電器是經過適當整流後的常規交流電源,從而獲得直流輸出。 而且我們知道太陽能的功率與太陽輻射成正比,太陽輻射並不總是恆定的,所以我們決定在太陽能的輸出端使用 DC-DC 升降壓轉換器,它可以提供恆定的輸出電壓。 我們還想提一下,用於驅動兩輪車的電力使該車輛成為一種混合動力兩輪車,它包含多個來源。使用低成本 MCU 對印度交流電機進行矢量控制。 混合動力兩輪車中用於控制 BLDC 電機和其他參數的電機控制器利用再生製動內部為電池充電,其中電機將充當發電機

人們對採用可再生能源轉換系統為印度農村家庭供電的興趣日益濃厚。 這種系統的設計必須具有最高的效率和最少的中間階段。 在此背景下,提出對兩種常用的農村家用電器進行改造; 淨零能源住宅 (NZEH) 的濕磨機和麵團機。 在本文中,傳統上用於上述兩種電器的交流電機被印度交流電機取代,從而避免了系統中的逆變器。 還開發了 PMDC 電機的電力電子接口。 已經進行的調查顯示,由於這種更換,能源效率提高了,電器成本降低了。 屋頂光伏(RTPV)陣列是提議的 NZEH 的主要電源。

針對感應電動機的控制,提出了一種智能交流電壓控制器。 它通過調整晶閘管的觸發角來控制電機速度。 基於自適應網絡模糊推理系統 (ANFIS) 的控制器設計用於無傳感器開環控制。 取得的成果是令人滿意和有希望的。 除了簡單、穩定和高精度之外,這種控制器還提供軟啟動。 它適用於控制感應電機作為軟啟動器和壓縮機、鼓風機、風扇、泵和許多其他應用中的速度調節

交流電壓控制器在感應電機、調光器、熱控制器和軟啟動器的速度控制中得到了重要應用。 交流斬波器是一種雙向開關,通過改變相關開關的工作佔空比來控制輸出電壓。 在本文中,討論了一種新的三相交流斬波器開關方案,該方案只需要三個變量即可將固定輸入交流電壓轉換為受控交流電壓。 另一個優點是該方案通過防止短路情況考慮了交流斬波器的安全操作。 同時,當端電壓降至零時,它為交流電機的印度電流提供了通路。 所提出方案的實施導致控制電路比文獻中討論的要簡單得多。 使用由三相交流斬波器供電的三相 3HP 感應電動機進行工作。 仿真結果證實了功率因數的改善,從而實現了節能。

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交流電機廣泛用於許多工業應用,例如便攜式鑽機、縫紉機、食品攪拌機和需要高啟動扭矩的手動工具。 在大多數這些應用中,電樞電壓控制是一種有效且簡單的速度控制方法。 印度固態交流電機可用於控制施加到電機的電壓。 具有背靠背連接的 SCR 或採用相位控制策略的 TRIAC 的交流電壓控制器可用於此目的。 然而,人們發現控制器會產生諸如在輸入電源中引入諧波、電源功率因數差以及對通信設備造成乾擾等問題。 這些問題在控制器的大觸發角時很嚴重。 如果採用脈寬調製技術對印度交流電動機進行速度控制,則可以克服相位控制方法引入的問題。

多相頻率控制交流驅動器的主要優點是它們比三相驅動器具有更多的控制資源。 逆變器系統相數(即相數)的增加超過了五個,再加上這些系統中過相控制方法和交流電機頻率控制的經典原理的聯合應用,可以顯著提高許多驅動器的技術和經濟特性(響應速度、可靠性、製造成本等)。

電動機幾乎佔家庭、商業和工業應用電能利用率的三分之二。 運行電機的生命週期能源成本遠高於電機的總購買成本。 電機故障可能會在生產和對客戶和政府的承諾失敗方面付出更多代價。 一次失敗可能會對公司的短期盈利能力產生不利影響,多次或重複失敗會降低長期和中期的競爭力。 工業上眾所周知的做法是修理/重繞發生故障的電機以避免購買新電機的資本成本。

工業領域最常用的控制器是比例加積分(PI)控制器,它需要係統的數學模型。 模糊邏輯控制器 (FLC) 提供了傳統 PI 控制器的替代方案,尤其是在可用系統模型不精確或不可用時。 此外,數字技術的快速發展使設計人員可以選擇使用依賴於並行編程的現場可編程門陣列 (FPGA) 來實現控制器。 與經典微處理器相比,這種方法具有許多優點。 在這項研究工作中,提出了在現代 FPGA 卡(Spartan-3A,Xilinx 公司)上製造的 FLC,以實現三相感應電機(鼠籠型)速度控制器的原型。 FPGA內置的FLC和PWM逆變器策略在控制三相感應電機時速度響應快、穩定性好。

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鑑於燃料價格飛漲和汽車行業嚴格的排放標準導致運行成本快速增長這一令人擔憂的問題,卓越的解決方案是混合動力汽車和電動汽車,這將被證明正在闡明。 為了對 HEV 和 EV 進行更深入的研究,以便為上述問題找到臨時解決方案,電機是其中不可或缺的一部分,它既可以作為全時的推進力,也可以通過為車輛提供部分時間的推進力。 從遠古時代起,HEV 和 EV 中的電機就被用作主要動力,電機的使用發生了各種變化,從最初使用的直流電機到現在與一些特殊電機一起應用的交流電機。 電機分為三類:初級直流電機、交流電機和特殊電機。

故障診斷和控制系統允許在桌面應用程序、Web 應用程序和離線分析上進行在線分析,以根據設備上觀察到的某些症狀確定變壓器故障和補救措施,並與冷卻系統狀況的調查結果進行比較、套管狀況、絕緣系統狀況、局部放電演變、變壓器合閘/分閘、超過監測參數限值和估計剩餘壽命,其數據不斷更新到現有系統的數據庫中。使用低成本 MCU 對印度交流電機進行矢量控制。 此類模塊專為交流電機、直流電機和路燈而開發,並集成在一個包中,即故障診斷和控制 (FDC) 系統。 所提出的 FDC 系統使用基於 Web 的專家系統架構,該架構已被證明是變壓器診斷和控制應用的有效平台。

實際上,這些驅動器中的大多數都基於印度交流電機,因為這種電機堅固、可靠且相對便宜。 單相到三相轉換器在農村地區以及需要通過容易獲得的單相電源運行三相設備或電機的行業中具有廣泛的應用。 這些轉換器是三相電源不可用的最佳選擇。 另一個優點是三相電機比單相電機更高效、更經濟。 此外,三相電機的啟動電流不如單相電機嚴重。 這需要強大、高效的成本選擇性和高質量的單相到三相轉換。 採用先進的 PWM 技術,保證單相​​電源端的高質量輸出電壓和正弦輸入。

大部分電力用於驅動目的。 印度交流電機佔驅動器總用電量的主要份額。 不僅在工業領域,農業和商業領域的交流電機消耗的功率也相當可觀。 僅在工業部門,它們就消耗了約 70% 的電力。 因此,電機的效率對於節能和能源成本都至關重要。 本文重點介紹提高交流感應電動機效率的方法。 電機效率定義為機械功率輸出與電機輸入電功率之比,即

如果驅動器的額定功率、印度交流電機、傳感器模擬和數字輸入/輸出及其接口以這樣一種方式協調,使得它們的強度和極性不會鬆動和惡化,則該過程通常是成功的。 一項技術努力是為了了解力的機制和分佈,並匹配電機和驅動器的特性以及相關的編碼器和齒輪箱傳動比。

能源短缺至關重要,為了在短缺中度過難關,公司正在發明從可再生能源中提取能源的方法。 提高最終使用效率和解決能源短缺的技術發展需求在於提高電動機效率和在應用中使用此類技術。 科學告訴我們,電動機通過磁場和載流導體的相互作用來產生力。

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AC-DC 轉換器廣泛用於 AC-DC 轉換、交流電機的速度控制等。本文提出了一種基於變壓器的新型 DC-AC 多電平轉換器拓撲,其中抽頭代替脈寬調製改變是為了塑造輸出電壓的正弦曲線。 負載連接在隔離分接變換變壓器的二次側。 在每個半週期中,控制器電路用於系統地切換連接到分接變換變壓器的不同開關器件。 使用低成本 MCU 對印度交流電機進行矢量控制。控制器電路接收電壓或電流形式的指令信號,並將所需的開關信號提供給相關的開關器件,最終控制輸出電壓的大小和多電平逆變器的整體性能。 針對九級輸出電壓開發了一個基於 MATLAB 的模型。 所提出的電路大大降低了輸出電壓的 THD。 而且由於採用了九級逆變器,對濾波器的要求也降低了。

本文介紹了一種帶有 PWM 交流斬波器的通用電機速度控制系統。 介紹了用微控制器實現的控制系統的工作原理。 推導了通用電機和PWM交流斬波器的數學模型,並通過仿真研究了系統的行為。 針對不同負載條件分析電源功率因數、電機速度和電流。 給出了電機電流和電壓的諧波分析,並與相位控制技術進行了比較。 進行了實驗以驗證系統的有效性。 根據實驗結果,既能獲得簡單的硬件設計,又能獲得良好的速度響應。

金屬軋製過程自動化的進步和嚴格的質量標準導致對電動機故障檢測和診斷的需求不斷增長。 電機未對准或電機軸上的耦合負載是常見原因之一,它會產生大部分機械故障並導致電機振動。 儘管有不同的算法可用於電機狀態監測,但仍然缺少電機未對準的在線識別和向維護人員報告的全面故障。 未對準電機的電機電流頻譜分析沒有很好的記錄。 本文描述了一種新穎的在線故障診斷算法,該算法與由變速驅動器饋電的感應電動機的不對中有關。 創新方法的特點是頻譜分析和基於聚類的故障檢測方法。 通過譜分解從定子電流中提取出一組新的機械故障特徵係數。 該技術已針對 7.5 馬力感應電機進行了實驗驗證。
交流電機印度是用於感應電機軟啟動或平滑啟動的最成熟的電氣轉換器。 但是當它與感應發電機(以超同步速度運行)一起使用時,它就會失敗。 歸因於這種行為的原因在此詳細介紹。 進一步描述了使用變極感應電機的一些節能方面。 給出了仿真和測試結果。 波浪渦輪機可以是自啟動型或非自啟動型。 為了獲得受控功率,使用交流電機印度饋電感應電機。 用自啟動和非自啟動渦輪機分析了該發電系統的勵磁和節能。

交流電機矢量控制的原理是交流電機的動態控制,特別是感應電機的性能水平可與直流電機相媲美。 詳細描述了旋轉參考系中感應電機動態行為的基本方程。 基於這些方程推導出矢量控制感應電機驅動器的結構。 開發了一種設計程序,用於系統設計各種控制器的增益和時間常數。 該過程通過廣泛的計算機模擬進行評估。 矢量控制方案的複雜性給控制器帶來了沉重的計算負擔。 為此目的開發了基於數字信號處理器 (DSP) 的控制器。 電源電路是使用絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 開發的。 矢量控制方案的性能在 40 HP 原型驅動器上進行了測試。

對於紙漿、造紙和水泥行業的高扭矩低速應用,已使用直流電機或帶減速器的籠式電機。 本文介紹了使用雙饋感應電動機作為高轉矩極低速驅動器。 結果表明,這種電機作為恆速電機工作,沒有任何穩定性問題。

本文介紹了燃料電池作為柴油的替代燃料的技術可行性,該燃料用於印度郊區/短途客運的柴油電動多單元 (DEMUS) 中。 燃料電池是明顯的無污染、可再生且相當能源的來源。 已經制定了一個使用燃料電池、鋰離子電池和超級電容器的系統,以滿足運輸驅動的瞬態和基礎能量需求。 它克服了燃料電池系統 (FCS) 提供瞬態電流和功率要求的限制。 通過採用再生製動和電能存儲系統的必要性來回收能量也被考慮以提高操作效率。 還簡要討論了電力驅動、燃料電池、轉換器的拓撲結構。 基於 FCS 的 DEMU 的性能已在標準路線上進行了模擬,表明在再生製動期間可以回收約 35% 的能量。

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發電機是電力系統中最重要、成本最高的設備。 為了電力系統的可靠性,發電機的保護非常重要。 發電機保護在實際領域中存在著不同的類型,如逆功率保護、定轉子接地故障保護、負相序保護、過流保護、過壓保護等。在實驗室環境中,設計和開發了採用不同繼電器的保護面板。 該保護板已在加爾各答賈達普大學動力工程系流體動力學與機械實驗室實際建造。 發電機,在保護下,通過一個100mm尺寸的水平軸微微混流式渦輪機驅動; 1.5m 工作頭,流量為 2000 lpm。

本文將自適應控制方法應用於永磁同步電機 (PMSM)。 開發了一種基於輸入-輸出反饋線性化的自適應控制,用於 PMSM 的轉矩和速度控制。 通過反饋線性化,實現了直接和二次電流去耦和控制。 扭矩變得僅與二次電流成比例,並且直流電流被控制為零。 使用低成本 MCU 對印度交流電機進行矢量控制。自適應控制用於估計不確定的工廠參數變化,並且它不需要任何實際參數的先驗信息。 在仿真結果的幫助下,執行了自適應控制方案。 從這些結果可以清楚地看出,所提出的方法獲得了像矢量控制一樣的高動態性能。

在印度,由於人口增長,對水的需求不斷增加。 全國用於抽水的電力中約有 16.5% 來自化石燃料,導致泵的生命週期成本 (LCC) 和溫室氣體 (GHG) 排放量增加。 隨著電力電子和驅動器的最新進展,太陽能光伏和風能等可再生能源正變得容易用於抽水應用,從而減少溫室氣體排放。 最近,基於交流電機的抽水系統 (WPS) 的研究因其眾多優點而受到高度重視。 此外,考慮到可再生能源,尤其是太陽能和風能的巨大接受度,本文詳細介紹了由可再生能源供電的交流電機組成的單級和多級 WPS。 嚴格審查基於以下品質因數進行,包括電機類型、電力電子接口和相關控制策略。

事實上,通過能源的混合,不同可再生能源的優勢是可以實現的。 在這種轉換器中,功率可以靈活分配,輸入源之間不會出現任何失真。 該轉換器具有多個具有不同電壓電平的輸出,使其適用於連接不同的逆變器。 使用不同的逆變器可以減少電壓諧波。 轉換器有兩個電感和兩個電容。 根據儲能係統的充電和放電狀態,為轉換器定義了兩種不同的功率運行模式。 通過針對不同運行條件的模擬和實驗結果驗證了所提出轉換器的有效性及其控制性能

 

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