Magnetisering till en ASEA synkrongenerator

[Maskinist]

Hallå där!

Jag läser sista året på Sjöingenjörsprogrammet och har precis påbörjat mitt examensarbete. I detta examensarbete ska jag modernisera magnetiseringsutrustningen till en gammal generator. Det är en synkrongenerator där utspänningen likriktas och matas till rotorlindningarna via en spänningsregulator.
Den gamla magnetiseringsutrustningen som sitter i en stor låda ovanpå generatorn ska kastas och ersättas av en AVR (Automatic Voltage Regulator). Men då det krävs en relativt hög magnetiseringsström (märkskylt: 55V 38A) så var min tanke att använda utpänningen(som är pulsbreddsmodulerad) från AVR-enheten som styrsignal till någon form av kraftelektronik som kan hantera de stora strömmarna..
Jag har fått ett tips om att använda effekttransistorer och ska kolla upp hur det skulle kunna fungera.
Men jag är jättetacksam om någon kan komma med övriga tips om hur man skulle kunna bygga upp kraftelektroniken för att styra magnetiseringsströmmen? Så att jag i mitt arbete sedan kan redogöra för olika metoder och varför jag valt som jag gjort.

Mvh
Daniel

[blueint]

Pulsbreddsmodulering, IGBT-halvledare, och ATmega88 eller liknande som känner av t.ex utspänning och styr IGBT:n därefter.

[danei]

Jag uppfattade det som att han ska använda en färdig regulator men behöver förstärka magnetiserings strömmen.

[Icecap]

Om jag förstår rätt skapar generatorn 3 fas på 390V. Denna spänning ska användas till att driva magnetiseringen också.

"Enklast" är att ta den likriktade 3-fas, man behöver knappast någon glättningskondensator då faserna överlappar så pass mycket. Magnetiseringseffekten är upp till 2kW och det är en hel del. Men med en vettig step-down SMPS kan man ganska lätt klara detta, det kräver transistorer som klarar strömmen och spänningen samt såklart "snubber"dioder i herrstorlek.

Det svåraste är nog att mäta spänningen och reglera rätt, detta kan dock lösas med en lämplig µC och lite filter.

Kraftelektroniken kan "enkelt" plankas från en vanlig step-down regulator, faktisk skulle man kunde styra det hela med en lämplig switch-mode regleringskrets om man anpassar komponenter efter spännings- och strömnivåer.

Det viktiga är ju att det inte avsätt speciellt med effekt i styrelektroniken eller i drivelektroniken och där är switch-mode vägen fram.

[Maskinist]

@danei & Icecap: Ni har fattat helt rätt.

Jag får erkänna att mina elektronikkunskaper inte är allt för stora, men försöker hänga med så gott jag kan...
Ska ta och läsa in mig på SMPS.
Jag kollade upp transistorer och såg att de har en ruskig förlusteffekt. Så en metod som avger mindre förluster i form av värme vore ju bra.

Angående att mäta och reglera spänningen korrekt. Sköter inte AVR:en det och sen handlar det väl om att förstärka denna signal med rätt faktor?

[Icecap]

Man kan använda en µC (AVR eller PIC eller annan) men man behöver inte! Det finns många switch-mode styrkretsar som styr PWM och allt, helt utan programmering. Tittar du t.ex. i databladet för 73-132-50 ser du principskissen ganska lätt, en grundskiss finns på första sidan.

Sedan tillkommer det ju en massa anpassning till de höga spänningar och strömmar osv. men grundkopplingen är den samma ändå.

[Maskinist]

Kanske ska nämna också att generatorn ska kunna samköras ihop med en annan likadan generator.
Så en droop-funktion kommer ju att krävas av regulatorn..

[MiaM]

En fråga som jag tycker är rätt så viktig att besvara är vad målet med förändringen är.

Ja, givetvis inser jag att syftet kan vara att just "göra något som kan vara användbart" för att få pratisk erfarenhet och ett vettigt skolprojekt.

Det jag tänker på dock är möjligheterna att återanvända en del av den gamla regulatorn. Det ser ut att sitta ett gäng transformatorer och riktigt feta krafthalvledare - de kostar en slant och framförallt transformatorer lever i stort sett hur länge som helst om man inte misshandlar dem.

Vad sägs om att ta tre "ljusdimmers" som styrs med 0-10V (eller 1-10V) och som är avsedda att driva tunga transformatorer ("lågvolthalogen, vanlig trafo" kan det stå i beskrivningen) och låta styrsignalen från den moderna regulatorn styra dessa. Dessa matar sedan tre transformatorer (som troligtvis redan finns) som efter likriktning (som också troligtvis redan finns) matar magnetiseringen.

[Mizzarrogh]

Off topic, skall ni kasta det på bilden är det säkert värt litet gott fikabröd/kaffepengar här på forumet, ser en heldel där som skulle göra en och annan lycklig här.

[Maskinist]

@MiaM:
Den här generatorn ska användas ombord på ett gammalt fartyg i en elpraktisk kurs för sjöingenjörsstudenterna där eleverna ska köra samköra generatorerna för att skapa ett eget elnät och kunna lägga på laster i form av belysning och elmotorer till pumpar. Så syftet är ju så klart att få en fungerade generator men jag gör också detta för att kunna fördjupa mig i ämnet då jag tycker det är intressant med generatorer och elektronik överlag..

Om det är dioderna till likriktningen som du avser med krafthalvledarna så kommer de nog användas igen. Eller åtminstone kylflänsarna till dom. Köpa in nya dioder kostar inte så mycket vad jag förstått..

Förstår inte riktigt hur du tänker med dimmers. För på en vanlig vriddimmer reglerar du ju spänningen som du sedan matar till transformatorns primärsida?
Har du någon länk till den sortens dimmer du tänker på? För jag antar att denna dimmer inte har något vred utan styrs endast av en signal?
På den regulator som jag kikat på ger der dock högre utsignal än 10V :"The output power is 7A 63V under normal conditions and 15A for 10s under overload conditions."

[Maskinist]

Off topic, skall ni kasta det på bilden är det säkert värt litet gott fikabröd/kaffepengar här på forumet, ser en heldel där som skulle göra en och annan lycklig här.

Om det är några prylar över som ska slängas så kan jag säger jag till.

[Maskinist]

Som det ser ut nu så kommer det köpas in en ny AVR, ny likriktning och ny transformator. Skolan står för kostnaden och läraren tyckte det var onödigt att försöka använda några av de gamla prylarna...
Dock är jag fortfarande oklar över hur den relativt stora magnetiseringsströmen ska styras (märkskylt 55V 38A)..
Har inte beställt någon AVR än men på den jag kikat på står följande: "The output power is 7A 63V under normal conditions and 15A for 10s under overload conditions."

Tankegången så här långt är som följer:
Det lutar åt att använda den pulsbreddsmodulerade utsignalen från AVR-enheten till att styra basen på en IGBT. Magnetiseringsspänningen tas från 3-fas utspänningen från generatorn som likriktas och transformeras ner till 55V (Ev. mindre spännning då det inte rör sig om så stora laster som kommer att hanteras).
IGBT:n används för att slå av och på magnetiseringskretsen.

Jag har dock ingen aning just nu om detta kommer att fungera. Jättetacksam om någon kan lägga en kommentar ang. denna lösning.

[Icecap]

Transformatorn blir en bjässe och det finns ett grundläggande problem: hur börjar du att magnetisera den? Det finns ju (teoretisk sett) ingen output från generatorn varför du inte har något att transformera och därmed inte kan få energi att påbörja magnetiseringen med. Ett klockrent Moment 22 (bra film i övrigt).

Och ska du transformera ner får det bli 3 st ganska biffiga transformatorer.

Det är dock svårt att ge några handfasta råd pga. det bristande vetande om magnetiseringsspänning & ström men ska vi utgå ifrån 55V och 38A som "kortslutningsström" (alltså worst case) är det en total effekt om 2kW som ska transformeras, värdet låter ganska rimligt med tanke på att generatorn ska kunde ge 162kVA vid cos-fi 0,8.

Jag hade först planerat på att likrikta utgående spänning medelst ett gäng dioder i herrstorlek. Jag hade INTE använd glättningskondensator till detta pga. att det rör sig om 3-fas. Innan detta finns det ju en massa krav på isolering som jag hade analyserat först.

Nåväl, med den likriktade spänningen hade jag sedan byggt en switch-mode koppling med snubberdiod och allt och använd en lämplig transistor till att switcha detta eller fler transistorer om det behövs för att vara extra säker.

En mindre transformator på en fas vill ge driftström till drivsteg. den "högspända" sidan av generatorn, alltså galvanisk på utgången, hade jag byggt till PWM-styrningen, då skulle jag släppa "tröga" optokopplare osv. PWM-styrningen skulle vara UTAN någon mikroprocessor (µC) eller kanske med en µC med ett program som startar upp illa kvickt, då är riskan för överslag mindre. Den bästa uppstart ville sannolikt vara att den rampar upp belastningen på drivningen så att det inte blir ett "ryck" på drivmotorn.

Om det sedan behövs någon µC styrning alls vill jag inte sia om, det beror på så mycket. Det kan vara fjärravläsning av status, övervakning, larm och annat.

För att undvika Moment 22 (fortfarande en bra film) hade jag lagt in någon mindre transformator som kan ge ett spänningstillskott till den likriktade drivspänning, då kan man "stjäla" lite startström från ett annat system om det är svårt att få generatorn att starta på restmagnetismen. Vid att bara lägga in en transformator och en diodbrygga kan man komma mycket långt på den vägen.

Den totala effekt som eldas upp i magnetiseringsspolen beror enbart på PWM-styrningen, den kan man sedan göra så avancerat man vill. Det svåra jag ser är att få spänningen stabil då det är AC, man bör alltså ha en bra mätning av spänningen för att få detta att fungera bra - men det är inte så svårt heller, det kräver "bara" mer elektronik.

[säter]

det finns ett grundläggande problem: hur börjar du att magnetisera den? Det finns ju (teoretisk sett) ingen output från generatorn varför du inte har något att transformera och därmed inte kan få energi att påbörja magnetiseringen med. Ett klockrent Moment 22

Brukar det inte hoppa igång av remanensen som finns i rotorn?

[blueint]

Lite remenans ger lite effekt till magnitisering som ger mer effekt ut som ger ännu mer effekt till magnetiseringen osv.