Stabilisateur de tension servo

Stabilisateur de tension servo

Servo stabilisateur de tension est un mécanisme de commande en boucle fermée qui sert à maintenir une sortie de tension 3 ou monophasée équilibrée malgré les fluctuations à l'entrée dues à des conditions déséquilibrées. La plupart des charges industrielles sont des charges de moteurs à induction triphasés et dans un environnement d'usine réel, la tension en 3 phases est rarement équilibrée. Disons par exemple si les tensions mesurées sont de 420, 430 et 440V, la moyenne est de 430V et l'écart est de 10V.

Le pourcentage de déséquilibre est donné par

(10V X 100) / 430V = 2,3% On voit qu'un déséquilibre de tension de 1% augmentera les pertes du moteur de 5%.

Ainsi, un déséquilibre de tension peut augmenter les pertes du moteur de 2% à 90% et, par conséquent, la température augmente également d'une quantité excessive, ce qui se traduit par des pertes encore accrues et un rendement réduit. Par conséquent, il est proposé de prendre un projet pour maintenir une tension de sortie équilibrée dans les 3 phases.

Monophasé:

Il est basé sur le principe de l'addition vectorielle de la tension A.C à l'entrée pour obtenir la sortie souhaitée à l'aide d'un transformateur appelé transformateur Buck-Boost (T), dont le secondaire est connecté en série avec la tension d'entrée. Le primaire de celui-ci est alimenté par un transformateur variable monté sur moteur (R). En fonction du rapport entre la tension primaire et la tension secondaire, la tension induite du secondaire est soit en phase soit déphasée en fonction de la fluctuation de tension . Le transformateur variable est généralement alimenté par l'alimentation d'entrée aux deux extrémités tandis que le prélèvement à environ 20% de l'enroulement est considéré comme un point fixe pour le primaire du transformateur Buck-Boost. Le point variable de l'autotransformateur est donc capable de fournir 20% de tension déphasée qui est utilisée pour l'opération de tronçonnage tandis que 80% qui est en phase avec la tension d'entrée et est utilisée pour l'opération de suralimentation. Le mouvement de l'essuie-glace du transformateur variable est contrôlé en détectant la tension de sortie vers un circuit de commande qui décide du sens de rotation du moteur synchrone alimenté par une paire de TRIAC vers son enroulement de phase divisé.

Correction d'entrée symétrique à 3 phases:

Pour un fonctionnement à faible capacité, disons environ 10 KVA, on constate actuellement qu'un variac à double enroulement est utilisé pour éliminer le transformateur Buck-Boost sur le transformateur variable lui-même. Cela limite le mouvement des essuie-glaces d'un variac à 250 degrés car la balance est utilisée pour l'enroulement secondaire. Bien que cela rende le système économique, il présente de sérieux inconvénients en termes de fiabilité. La norme de l'industrie n'accepte jamais une telle combinaison. Dans les zones de tension d'entrée raisonnablement équilibrée, des correcteurs servocommandés triphasés sont également utilisés pour une sortie stabilisée, tandis qu'un seul variac triphasé est utilisé monté par un moteur synchrone et une seule carte de commande détectant la tension biphasée sur trois. Ceci est beaucoup plus économique et utile si les phases d'entrée sont raisonnablement équilibrées. Il présente l'inconvénient qu'en cas de déséquilibrage sévère, la sortie est proportionnellement déséquilibrée.

Correction d'entrée asymétrique triphasée:

Trois transformateurs en série (T1, T2, T3), dont chaque seconde est utilisée, un dans chaque phase qui ajoute ou soustrait la tension de la tension d'alimentation d'entrée pour fournir une tension constante dans chaque phase, ce qui rend la sortie équilibrée à partir d'une entrée déséquilibrée. L'entrée du primaire du transformateur série est alimentée à partir de chaque phase d'un de chaque autotransformateur variable (Variac) (R1, R2, R3) dont chacun des essuie-glaces est couplé à un moteur synchrone à phase séparée (2 bobines) (M1, M2 M3). Le moteur reçoit une alimentation en courant alternatif pour chacune de ses bobines via la commutation de thyristor pour une rotation dans le sens horaire ou anti-horaire pour permettre la tension de sortie souhaitée du variac au primaire du transformateur série, en phase ou hors phase, pour effectuer des ajouts ou des soustractions. au besoin au secondaire du transformateur série pour maintenir une tension constante et équilibrée à la sortie. La rétroaction de la sortie vers le circuit de commande (C1, C2, C3) est comparée à une tension de référence fixe par des comparateurs de niveau formés à partir d'ampères-op pour finalement déclencher le TRIAC selon la nécessité d'actionner le moteur.

Ce schéma consiste principalement en un circuit de commande, un servomoteur à induction monophasé couplé à un primaire d'alimentation variac d'un transformateur série pour chaque phase.

• Le circuit de commande comprenant un comparateur de fenêtre câblé autour des transistors et l'amplification de la tension du signal d'erreur RMS par IC 741 est monté dans Multisim et est simulé pour diverses conditions de fonctionnement d'entrée garantissant le déclenchement des TRIAC qui feraient fonctionner le moteur à induction déphasé par condensateur dans la direction requise qui contrôle la rotation de l'essuie-glace variac.
• Sur la base des valeurs maximales et minimales des fluctuations de tension, le transformateur en série et les transformateurs de commande sont conçus en utilisant une formule standard correspondant au noyau de fer disponible dans le commerce et à la taille du fil de cuivre super émaillé avant de les enrouler pour une utilisation dans le projet.

La technologie:

Dans un système d'alimentation triphasé équilibré, toutes les tensions et les courants ont la même amplitude et sont déphasés de 120 degrés les uns par rapport aux autres. Cependant, cela n'est pratiquement pas possible car des tensions déséquilibrées peuvent avoir des effets néfastes sur l'équipement et le système de distribution électrique.

Dans des conditions déséquilibrées, le système de distribution subira plus de pertes et d'effets de chauffage, et sera moins stable. L'effet du déséquilibre de tension peut également être préjudiciable aux équipements tels que les moteurs à induction, les convertisseurs électroniques de puissance et les variateurs de vitesse (ASD). Un pourcentage relativement faible de déséquilibre de tension avec un moteur triphasé entraîne une augmentation significative des pertes du moteur, ce qui entraîne également une diminution du rendement. Les coûts énergétiques peuvent être minimisés dans de nombreuses applications en réduisant la perte de puissance du moteur en raison d'un déséquilibre de tension.

Déséquilibre de tension en pourcentage est défini par NEMA comme étant 100 fois l'écart de la tension de ligne par rapport à la tension moyenne divisé par la tension moyenne. Si les tensions mesurées sont de 420, 430 et 440 V, la moyenne est de 430 V et l'écart est de 10 V.

Le pourcentage de déséquilibre est donné par (10 V * 100/430 V) = 2,3%

Ainsi, un déséquilibre de tension de 1% augmentera les pertes du moteur de 5%.

Par conséquent, le déséquilibre est un problème sérieux de qualité de l'énergie, affectant principalement les systèmes de distribution basse tension et il est donc proposé dans le projet de maintenir une tension équilibrée concernant la magnitude dans chaque phase, maintenant ainsi une tension de ligne équilibrée.

INTRODUCTION:

Les stabilisateurs de tension alternative sont destinés à obtenir un courant alternatif stabilisé. alimentation à partir du réseau entrant de fluctuation. Ils trouvent des applications dans tous les domaines de l'électrique, de l'électronique et de nombreuses autres industries, des instituts de recherche, des laboratoires d'essais, des établissements d'enseignement, etc.

Qu'est-ce que le déséquilibre:

La condition de déséquilibre fait référence à la condition dans laquelle les 3 tensions et courants de phase n'ont pas la même amplitude ni le même déphasage.

Si l'une de ces conditions ou les deux ne sont pas remplies, le système est appelé déséquilibré ou asymétrique. (Dans ce texte, on suppose implicitement que les formes d'onde sont sinusoïdales et ne contiennent donc pas d'harmoniques.)

Causes de déséquilibre:

L’opérateur du système essaie de fournir une tension système équilibrée au PCC entre le réseau de distribution et le réseau interne du client.

Les tensions de sortie dans le système triphasé dépendent des tensions de sortie des générateurs, de l'impédance du système et du courant de charge.

Cependant, étant donné que la plupart des générateurs synchrones sont utilisés, les tensions générées sont très symétriques et les générateurs ne peuvent donc pas être la cause de déséquilibre. Les connexions à des niveaux de tension inférieurs ont généralement une impédance élevée conduisant à un déséquilibre de tension potentiellement plus important. L'impédance des composants du système est affectée par la configuration des lignes aériennes.

Conséquences du déséquilibre de tension:

La sensibilité des équipements électriques au déséquilibre diffère d'un appareil à l'autre. Un bref aperçu des problèmes les plus courants est donné ci-dessous:

(a) Machines à induction:

Ce sont les a.c. machines synchrones à champs magnétiques rotatifs induits de manière interne, dont l'amplitude est proportionnelle à l'amplitude des composantes directes et / ou inverses. Ainsi, dans le cas d'une alimentation déséquilibrée, le champ magnétique rotatif devient elliptique au lieu de circulaire. ainsi les machines à induction sont principalement confrontées à trois types de problèmes dus au déséquilibre de tension

1. Premièrement, la machine ne peut pas produire son couple complet car le champ magnétique à rotation inverse du système à séquence négative produit un couple de freinage négatif qui doit être soustrait du couple de base lié au champ magnétique tournant normal. La figure suivante montre les différentes caractéristiques de glissement de couple d'une machine à induction sous alimentation déséquilibrée

2. Deuxièmement, les roulements peuvent subir des dommages mécaniques en raison des composants de couple induit à la double fréquence du système.

3. Enfin, le stator et surtout le rotor sont chauffés de manière excessive, conduisant éventuellement à un vieillissement thermique plus rapide. Cette chaleur est provoquée par l'induction de courants importants par le champ magnétique inverse à rotation rapide (dans le sens relatif), vu par le rotor. Pour pouvoir faire face à ce surchauffage, le moteur doit être déclassé, ce qui peut nécessiter l'installation d'une machine d'une plus grande puissance.

TECHNO-ÉCONOMIE:

Le déséquilibre de tension peut entraîner une panne prématurée du moteur, ce qui non seulement entraîne un arrêt imprévu du système, mais entraîne également de grandes pertes économiques.

Les effets de la basse et haute tension sur les moteurs et les changements de performance associés auxquels on peut s'attendre lorsque nous utilisons des tensions autres que celles indiquées sur la plaque signalétique sont indiqués comme suit:

Effets de la basse tension:

Lorsqu'un moteur est soumis à des tensions inférieures à la valeur nominale indiquée sur la plaque signalétique, certaines caractéristiques du moteur changeront légèrement et d’autres changeront radicalement.

La quantité d'énergie tirée de la ligne doit être fixée pour une quantité de charge fixe.

La quantité d'énergie consommée par le moteur a une corrélation approximative entre la tension et le courant (ampères).

Pour conserver la même quantité de puissance, si la tension d'alimentation est faible, une augmentation du courant sert de compensation. Cependant, cela est dangereux car un courant plus élevé provoque une accumulation de chaleur dans le moteur, ce qui finit par le détruire.

Ainsi, les inconvénients de l'application d'une basse tension sont la surchauffe du moteur et le moteur est endommagé.

Le couple de démarrage, le couple de traction vers le haut et le couple de retrait de la charge principale (moteurs à induction), basés sur la tension appliquée au carré.

En règle générale, une réduction de 10% de la tension nominale peut entraîner un faible couple de démarrage, une traction vers le haut et un couple de retrait.

Effets de la haute tension:

La haute tension peut provoquer la saturation des aimants, ce qui oblige le moteur à tirer un courant excessif pour magnétiser le fer. Ainsi, une tension élevée peut également entraîner des dommages. La haute tension réduit également le facteur de puissance, entraînant une augmentation des pertes.

Les moteurs toléreront certaines modifications de la tension au-dessus de la tension nominale. Lorsque les extrêmes au-dessus de la tension nominale entraîneront une augmentation du courant avec des changements correspondants de chauffage et un raccourcissement de la durée de vie du moteur.

La sensibilité à la tension affecte non seulement les moteurs mais également d'autres appareils. Les solénoïdes et les bobines des relais et démarreurs tolèrent mieux la basse tension que la haute tension. D'autres exemples sont les ballasts dans les luminaires et les transformateurs fluorescents, au mercure et au sodium à haute pression et les lampes à incandescence.

Dans l’ensemble, il est préférable pour l’équipement de changer les prises des transformateurs entrants afin d’optimiser la tension sur le plancher de l’usine en quelque chose de proche des valeurs nominales de l’équipement, ce qui est le concept principal derrière le concept proposé de stabilisation de la tension dans le projet.

Règles pour décider de la tension d'alimentation

• Les petits moteurs ont tendance à être plus sensibles aux surtensions et à la saturation que les gros moteurs.
• Les moteurs monophasés ont tendance à être plus sensibles aux surtensions que les moteurs triphasés.
• Les moteurs à châssis en U sont moins sensibles aux surtensions que les châssis en T.
• Les moteurs Super-E à efficacité supérieure sont moins sensibles aux surtensions que les moteurs à efficacité standard.
• Les moteurs à 2 et 4 pôles sont généralement moins affectés par la haute tension que les modèles à 6 et 8 pôles.
• La surtension peut augmenter l'ampérage et la température même sur des moteurs légèrement chargés
• L'efficacité est également affectée car elle est réduite avec une tension basse ou élevée
• Le facteur de puissance diminue avec la haute tension.
• Le courant d'appel augmente avec une tension plus élevée.

Obtenez plus de connaissances sur divers concepts et circuits électroniques en faisant quelques mini projets électroniques au niveau de l'ingénierie.