Estabilizador de Servo Voltagem

Estabilizador de Servo Voltagem

Para servo estabilizador de voltagem é um mecanismo de controle de malha fechada que serve para manter a saída de tensão 3 ou monofásica balanceada, apesar das flutuações na entrada devido a condições de desequilíbrio. A maioria das cargas industriais são cargas de motor de indução trifásico e em um ambiente de fábrica real, a tensão em 3 fases raramente é equilibrada. Digamos, por exemplo, se as tensões medidas são 420, 430 e 440 V, a média é 430 V e o desvio é 10 V.

A porcentagem de desequilíbrio é dada por

(10V X 100) / 430V = 2,3% Vê-se que 1% de desequilíbrio de tensão aumentará as perdas do motor em 5%.

Assim, o desequilíbrio de tensão pode aumentar as perdas do motor de 2% a 90% e, portanto, a temperatura também aumenta em uma quantidade excessiva, o que resulta em perdas ainda maiores e eficiência reduzida. Portanto, é proposto assumir um projeto para manter uma tensão de saída equilibrada em todas as 3 fases.

Fase única:

É baseado no princípio da adição vetorial da tensão A.C à entrada para obter a saída desejada usando um transformador chamado transformador Buck-Boost (T), cujo secundário é conectado em série com a tensão de entrada. O primário do mesmo é alimentado por um transformador variável montado no motor (R). Dependendo da relação entre a tensão primária e secundária, a tensão induzida do secundário vem tanto em fase quanto fora de fase com base no flutuação de tensão . O transformador variável geralmente é alimentado pela fonte de entrada em ambas as extremidades, enquanto a derivação em cerca de 20% do enrolamento é considerada um ponto fixo para o primário do transformador Buck-Boost. O ponto variável do autotransformador, portanto, é capaz de fornecer 20% da tensão fora de fase, que é usada para operação de compensação, enquanto 80%, que está em fase com a tensão de entrada e é usada para operação de reforço. O movimento do limpador do transformador variável é controlado pela detecção da tensão de saída para um circuito de controle que decide a direção de rotação do motor síncrono alimentado por um par de TRIACs para seu enrolamento de fase dividida.

Correção de entrada balanceada de 3 fases:

Para operação de baixa capacidade, digamos cerca de 10 KVA, atualmente é visto que um variac de enrolamento duplo é usado eliminando o transformador Buck-Boost no próprio transformador variável. Isso restringe o movimento do limpador de um variac a 250 graus, pois a balança é usada para o enrolamento secundário. Embora isso torne o sistema econômico, tem sérias desvantagens em termos de confiabilidade. O padrão da indústria nunca aceita tal combinação. Em áreas de tensão de entrada razoavelmente equilibrada, corretores trifásicos servo-controlados também são usados ​​para saída estabilizada, enquanto um único variac trifásico é usado montado por um motor síncrono e placa de controle única detectando a tensão bifásica de três. Isso é muito mais econômico e útil se as fases de entrada estiverem razoavelmente equilibradas. Tem a desvantagem de que, embora ocorra um desequilíbrio grave, a saída ficará proporcionalmente desequilibrada.

Correção de entrada desequilibrada de 3 fases:

Transformadores de três séries (T1, T2, T3), cada segundo dos quais é usado, um em cada fase que adiciona ou subtrai a tensão da tensão de alimentação de entrada para fornecer tensão constante em cada fase, tornando assim a saída balanceada da entrada não balanceada. A entrada para o primário do transformador em série é alimentada a partir de cada fase de um cada autotransformador variável (Variac) (R1, R2, R3), cada um de cujo limpador é acoplado a um motor síncrono de fase dividida CA (2 bobinas) (M1, M2 M3). O motor recebe alimentação CA para cada uma de suas bobinas por meio de comutação de tiristor para rotação no sentido horário ou anti-horário para habilitar a tensão de saída desejada do variac para o primário do transformador em série, seja em fase ou fora de fase, para realizar adição ou subtrações conforme necessário no secundário do transformador em série para manter uma tensão constante e equilibrada na saída. O feedback da saída para o circuito de controle (C1, C2, C3) é comparado com uma tensão de referência fixa por comparadores de nível formados a partir de op-amps para acionar o TRIAC de acordo com a necessidade de acionar o motor.

Este esquema consiste principalmente em um circuito de controle, servo motor de indução monofásico acoplado a um variac de alimentação primária de um transformador em série para cada fase.

• O circuito de controle que compreende um comparador de janela conectado em torno de transistores e amplificação de tensão de sinal de erro RMS por IC 741 é montado no Multisim e é simulado para várias condições de operação de entrada garantindo o disparo dos TRIACs que operariam o motor de indução de fase deslocada do capacitor é a direção necessária que controla a rotação do limpador variac.
• Com base nos valores máximo e mínimo das flutuações de tensão, o transformador em série e os transformadores de controle são projetados usando a fórmula padrão que combina com o núcleo de ferro disponível comercialmente e o tamanho do fio de cobre superesmaltado antes de enrolá-lo para uso no projeto.

Tecnologia:

Em um sistema de energia trifásico balanceado, todas as tensões e correntes têm a mesma amplitude e são deslocadas em 120 graus uma da outra. No entanto, isso não é possível praticamente, pois tensões desequilibradas podem resultar em efeitos adversos nos equipamentos e no sistema de distribuição elétrica.

Em condições desequilibradas, o sistema de distribuição incorrerá em mais perdas e efeitos de aquecimento e será menos estável. O efeito do desequilíbrio de tensão também pode ser prejudicial para equipamentos como motores de indução, conversores eletrônicos de potência e drives de velocidade ajustável (ASDs). Uma porcentagem relativamente pequena de desequilíbrio de tensão com motor trifásico resulta em um aumento significativo nas perdas do motor, o que também acarreta uma diminuição na eficiência. Os custos de energia podem ser minimizados em muitas aplicações, reduzindo a perda de potência do motor devido ao desequilíbrio de tensão.

Porcentagem de desequilíbrio de tensão é definido pela NEMA como 100 vezes o desvio da tensão da linha da tensão média dividido pela tensão média. Se as tensões medidas são 420, 430 e 440 V, a média é 430 V e o desvio é 10 V.

O desequilíbrio percentual é dado por (10V * 100 / 430V) = 2,3%

Assim, 1% de desequilíbrio de tensão aumentará as perdas do motor em 5%.

Portanto, o Desequilíbrio é um sério problema de qualidade de energia, afetando principalmente os sistemas de distribuição de baixa tensão e, portanto, é proposto no projeto manter a tensão balanceada em relação à magnitude em todas as fases, mantendo assim a tensão de linha balanceada.

INTRODUÇÃO:

Os estabilizadores de tensão A.C. destinam-se a obter um a.c. alimentação da rede de entrada de flutuação. Eles encontram aplicações em todos os campos da Elétrica, Eletrônica e muitas outras Indústrias, Laboratórios de Teste de Instituições de Pesquisa, Instituições Educacionais, etc.

O que é desequilíbrio:

A condição de desequilíbrio refere-se à condição em que as tensões e correntes trifásicas não têm a mesma amplitude nem o mesmo deslocamento de fase.

Se uma ou ambas as condições não forem atendidas, o sistema é denominado desequilibrado ou assimétrico. (Neste texto, é implicitamente assumido que as formas de onda são sinusoidais e, portanto, não contêm harmônicos.)

Causas de desequilíbrio:

O operador do sistema tenta fornecer uma tensão de sistema equilibrada no PCC entre a rede de distribuição e a rede interna do cliente.

As tensões de saída no sistema trifásico dependem das tensões de saída dos geradores, da impedância do sistema e da corrente de carga.

No entanto, como são usados ​​principalmente geradores síncronos, as tensões geradas são altamente simétricas e, portanto, os geradores não podem ser a causa do desequilíbrio. As conexões em níveis de tensão mais baixos geralmente têm alta impedância, levando a um desequilíbrio de tensão potencialmente maior. A impedância dos componentes do sistema é afetada pela configuração das linhas aéreas.

Consequências do desequilíbrio de tensão:

A sensibilidade do equipamento elétrico ao desequilíbrio difere de um aparelho para outro. Uma breve visão geral dos problemas mais comuns é fornecida abaixo:

(a) Máquinas de indução:

Estes são os a.c. máquinas síncronas com campos magnéticos rotativos induzidos internamente, cuja magnitude é proporcional à amplitude das componentes diretas e / ou inversas. Portanto, no caso de uma alimentação desequilibrada, o campo magnético giratório torna-se elíptico em vez de circular. assim, as máquinas de indução enfrentam principalmente três tipos de problemas devido ao desequilíbrio de tensão

1. Em primeiro lugar, a máquina não pode produzir seu torque total, pois o campo magnético de rotação inversa do sistema de sequência negativa produz um torque de frenagem negativo que deve ser subtraído do torque de base vinculado ao campo magnético de rotação normal. A figura a seguir mostra as diferentes características de escorregamento de torque de uma máquina de indução sob alimentação desequilibrada

2. Em segundo lugar, os rolamentos podem sofrer danos mecânicos por causa dos componentes de torque induzido na frequência dupla do sistema.

3. Finalmente, o estator e, principalmente, o rotor são aquecidos excessivamente, podendo levar a um envelhecimento térmico mais rápido. Esse calor é causado pela indução de correntes significativas pelo campo magnético inverso em rotação rápida (no sentido relativo), visto pelo rotor. Para ser capaz de lidar com esse aquecimento extra, o motor deve ser reduzido, o que pode exigir a instalação de uma máquina com uma potência nominal maior.

TECHNO-ECONOMICS:

O desequilíbrio de tensão pode causar falha prematura do motor, o que não só leva ao desligamento não programado do sistema, mas também causa grande perda econômica.

Os efeitos de baixa e alta tensão nos motores e as alterações de desempenho relacionadas que podem ser esperadas quando usamos tensões diferentes das indicadas na placa de identificação são fornecidos como segue:

Efeitos da baixa tensão:

Quando um motor é submetido a tensões abaixo da classificação da placa de identificação, algumas das características do motor mudarão ligeiramente e outras mudarão dramaticamente.

A quantidade de energia retirada da linha deve ser fixada para uma quantidade fixa de carga.

A quantidade de energia que o motor consome tem uma correlação aproximada com a tensão e a corrente (amperes).

Para manter a mesma quantidade de energia, se a tensão de alimentação estiver baixa, um aumento na corrente age como compensação. No entanto, é perigoso porque uma corrente mais alta faz com que mais calor se acumule no motor, o que acaba destruindo o motor.

Assim, as desvantagens da aplicação de baixa tensão são o superaquecimento do motor e o motor está danificado.

O torque de partida, torque de pull-up e torque de retirada da carga principal (motores de indução), com base na tensão aplicada ao quadrado.

Geralmente, uma redução de 10% da classificação de tensão pode levar a um torque de partida baixo, puxar para cima e puxar para fora.

Efeitos da alta tensão:

A alta tensão pode causar a saturação dos ímãs, fazendo com que o motor extraia corrente excessiva para magnetizar o ferro. Portanto, a alta tensão também pode causar danos. A alta tensão também reduz o fator de potência, causando um aumento nas perdas.

Os motores irão tolerar certas modificações na tensão acima da tensão do projeto. Quando os extremos acima da tensão de projeto farão com que a corrente aumente com mudanças correspondentes no aquecimento e encurtando a vida útil do motor.

A sensibilidade da tensão afeta não apenas os motores, mas também outros dispositivos. Os solenóides e bobinas encontrados em relés e partidas toleram melhor a baixa tensão do que a alta tensão. Outros exemplos são reatores em lâmpadas fluorescentes, de mercúrio e de sódio de alta pressão e transformadores e lâmpadas incandescentes.

No geral, é melhor para o equipamento se mudarmos as tomadas nos transformadores de entrada para otimizar a tensão no chão de fábrica para algo próximo às classificações do equipamento, que é o conceito principal por trás do conceito proposto de estabilização de tensão no projeto.

Regras para decidir a tensão de alimentação

• Os motores pequenos tendem a ser mais sensíveis à sobretensão e saturação do que os motores grandes.
• Os motores monofásicos tendem a ser mais sensíveis à sobretensão do que os motores trifásicos.
• Os motores de estrutura em U são menos sensíveis à sobretensão do que as estruturas em T.
• Os motores Super-E de eficiência premium são menos sensíveis à sobretensão do que os motores de eficiência padrão.
• Os motores de 2 e 4 polos tendem a ser menos afetados pela alta tensão do que os projetos de 6 e 8 polos.
• A sobretensão pode aumentar a amperagem e a temperatura, mesmo em motores com carga leve
• A eficiência também é afetada, pois é reduzida com baixa ou alta tensão
• O fator de potência reduz com alta tensão.
• A corrente de pico sobe com tensão mais alta.

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