05 марта 2016г.
В современном мире семимильными шагами движется технический прогресс, который подталкивает все области человеческой деятельности к таким невероятным темпам развития, что мы даже не успеваем рассматривать все новшества и изобретения. Некоторые виды нового оборудования являются вполне понятными и простыми, даже такими, которые мы могли бы применить в нашей обычной жизни, но очень большая часть оборудования является специализированной и сложной, применяемой только в самых специфических случаях. К такому оборудованию полноценно относятся преобразователи частоты. Это оборудование выполняет функцию регулятора разнообразных электрических двигателей, которые сейчас применяются во множестве различных областей. В том случае, если бы работа электрического двигателя шла абсолютно однообразно, то такой преобразователь частоты и не понадобился бы, но когда речь идёт о постоянно разнящихся нагрузках, то регулировка просто необходима.
Цель работы – разработка методики контроля энергетических показателей асинхронного частотно- регулируемого электропривода в рабочем состоянии.
Задачи исследования:
1. Построить структурную схему приборного комплекса контроля энергетических показателей асинхронного частотно-регулируемого электропривода в рабочем состоянии.
2. Разработать методику контроля энергетических показателей системы «преобразователь частоты – асинхронный двигатель» в рабочем состоянии.
Приборный комплекс контроля энергетических показателей асинхронного частотно-регулируемого электропривода в рабочем состоянии (Рисунок 1) состоит из трех бесконтактных датчиков тока (ДТ) APPA 39T(до 1000А), трех датчиков напряжения (ДН) SV025 (до 1000 В) блока питания (БП), АЦП NIUSB6008 (10 бит, 10 кГц); ноутбука (ПК) с комплектом прикладного программного обеспечения (ПО), реализованного в среде LabVIEW, для проведения измерений, расчетов, визуализации, сохранения результатов и выдачи протокола испытаний. Электронные блоки, датчики тока, щупы для измерения напряжения и ноутбук с прикладной программой размещены в ударопрочном кейсе.
Энергетическая эффективность электроприводов, построенных на базе системы «ПЧ - АД», принято оценивать по показателям, называемым энергетическими показателями, а именно: мощность, подводимая к обмоткам статора; электромагнитная мощность; механическая мощность; мощность потерь в активном сопротивлении обмотки статора; мощность потерь в обмотке ротора; магнитные потери в статоре, к.п.д., коэффициент мощности.
Предлагаемая методика предназначена для контроля энергетических показателей системы ПЧ-АД в номинальных и отличных от номинальных режимах работы электроустановки (различный уровень нагрузки на валу, изменяемая частота питающего напряжения) без останова технологического процесса.
Схема (Рисунок 2)
включает в себя элементы, входящие в состав электроустановки: AHF – фильтр высших гармоник, LC-синус-фильтр, преобразователь частоты ПЧ, асинхронный двигатель АД с моментом M д на валу; Мс – момент сопротивления, создаваемый рабочим органом
РО. Контрольные точки для проведения
измерений обозначены соответственно КТ1, КТ2, КТ3,
КТ4. На схеме также показаны потери на
элементах системы: DPahf , DPПЧ ,
DPLC , DP Д .
Сущность предлагаемой методики заключается в измерении мгновенных значений фазных токов и напряжений в доступных
для подключения приборного
комплекса контрольных точках электроустановки (рис. 2 КТ1, КТ2, КТ3, КТ4) с последующим расчётом
в прикладной программе
энергетических показателей по усовершенствованному методу с использованием круговых диаграмм. В зависимости от доступности в электрощите контрольных точек энергетические показатели могут быть получены
либо для всей системы ПЧ-АД, либо для отдельных её частей. Порядок
подключения и проведения измерений одинаков для каждой контрольной точки, а расчёт проводится согласно алгоритму [3].
В контрольные точки подключаются датчики измерительных каналов
тока и напряжения приборного комплекса. Для реализации метода
контроля энергетических характеристик асинхронных электроприводов с преобразователями частоты, комплексом измеряются мгновенные значения
фазных токов и напряжений.
Для работы методики
необходимы каталожные данные
исследуемого асинхронного двигателя.
В прикладной программе в виртуальных измерительных приборах (виртуальный вольтметр, амперметр, ваттметр и т.д.) рассчитываются необходимые для определения энергетических показателей промежуточные величины (модуль пространственных векторов тока и напряжения, угол φ1 и т. д.). Кроме того,
в программе рассчитывается коэффициент несиметрии, несинусоидальности сети, по мгновенным значениям
фазных токов строится годограф, а с помощью быстрого
Фурье преобразования можно получить гармонический состав токов и напряжений. Дополнительные сервисные
возможности позволяют проводить
углубленный анализ
исследуемой электроустановки.
Например, при отсутствии исходных
данных о настройках ПЧ по спектру тока или напряжения в контрольной точке КТ3 (Рисунок 2) можно получить
информацию о выходной частоте напряжения ПЧ и частоте коммутации полупроводниковых ключей
инвертора.
После проведения измерений во всех контрольных точках прикладная программа выводит отчет в виде таблиц и гистограмм, где качественно и количественно представлены рассчитанные энергетические показатели системы ПЧ-АД.
Работа выполнялась при поддержке
гранта У.М.Н.И.К., государственный контракт № 11717р/17263 от «05» апреля 2013г.
Список литературы
1.
ГОСТ 7212-87 «Машины
электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний.»
2.
Андреева Н.В., Корнилов В.Ю., Малацион А.С. Приборный
комплекс контроля энергетических характеристик асинхронных электроприводов // Труды
VIII Международной (XIX Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. 2014. Т. 1. – Саранск:
МГУ им. Н.П. Огарёва, 2014. – С. 187-190.
3.
Малацион А.С., Малацион
Н.В. Система мониторинга энергетических показателей асинхронного частотно- регулируемого электропривода в рабочем состоянии // Современный взгляд на проблемы технических наук. Выпуск II. Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции. 2015. – Уфа, 2015. – С. 77-79.
