УСТАНОВКА ДЛЯ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для исследования систем, построенных на базе преобразователей частоты с асинхронным двигателем в части оценивания показателей качества функционирования частотно-регулируемых электроприводов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является стационарная установка для оценки эффективности функционирования асинхронного электропривода, состоящего из последовательно соединенных комплекта коммутационно-защитной аппаратуры, преобразователя частоты, асинхронного двигателя и рабочего механизма, при этом установка содержит вычислительную систему, систему сбора данных, набор датчиков для измерения тока и напряжения, датчик для измерения скорости, причем указанные датчики установлены до преобразователя частоты и после него (Водовозов A.M., Королев Т.В. Система оценки энергетических параметров электропривода переменного тока // Сборник трудов VII международной конференции по автоматизированному электроприводу. Иваново: ИГЭУ. 2012. С.96-100, рис.1, рис.2).
Основным недостатком известной установки является низкая достоверность оценки эффективности функционирования асинхронного электропривода из-за высокой погрешности результатов измерений, обусловленной тем, что в установке осуществляется обработка потоковой информации, поступающей с датчиков тока и напряжения, которые установлены на силовых кабелях между элементами системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода и датчиком скорости, размещенном на валу асинхронного двигателя, в результате чего погрешность результатов измерений будет равна сумме инструментальных погрешностей всех датчиков.
Кроме этого, недостатками данной установки являются сложность оценки эффективности функционирования асинхронного электропривода из-за необходимости останова технологического процесса и вмешательства в силовую цепь асинхронного электропривода, ограниченные функциональные возможности из-за ее стационарности, сложность структуры известной установки из-за большого количества однотипных датчиков, сложность разработки программного обеспечения для одновременной обработки данных с нескольких датчиков.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение достоверности оценки эффективности функционирования асинхронного электропривода в режиме реального времени, упрощение и повышение мобильности за счет меньшего количества элементов информационно-измерительной части установки, упрощение процедуры оценки за счет исключения необходимости останова технологического процесса или вмешательства в силовую цепь асинхронного электропривода.
Технический результат достигается за счет того, что в установке для оценки эффективности функционирования асинхронного электропривода, состоящего из последовательно соединенных комплекта коммутационно-защитной аппаратуры, преобразователя частоты, асинхронного двигателя и рабочего механизма, при этом установка содержит вычислительную систему, датчики тока, согласно полезной модели, датчики тока установлены на фазах, питающих преобразователь частоты и асинхронный двигатель, и выполнены в виде бесконтактных датчиков тока с возможностью измерения и записи мгновенных значений токов статора асинхронного двигателя в двух фазах, при этом выходы бесконтактных датчиков тока соединены с входами дополнительно введенного аналогово-цифрового преобразователя, подключенного к вычислительной системе, выполненной в виде переносной электронно-вычислительной машины с установленной прикладной программой обработки мгновенных значений фазных токов и определения показателей качества преобразования и передачи электроэнергии в исследуемом асинхронном электроприводе.
При этом бесконтактные датчики тока выполнены с возможностью записи мгновенных значений токов статора асинхронного двигателя в двух фазах в течение 5-15 секунд.
При этом аналогово-цифровой преобразователь выполнен с возможностью преобразования сигнала из аналоговой в цифровую форму при различных частотах дискретизации в диапазоне частот от 3 кГц до 15 кГц.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема предлагаемой установки для оценки эффективности функционирования асинхронного электропривода,
Цифрами на чертеже обозначены:
I - исследуемый асинхронный электропривод,
II - мобильная установка,
1 - комплект коммутационно-защитной аппаратуры,
2 - преобразователь частоты (ПЧ),
3 - асинхронный двигатель (АД),
4 - рабочий механизм,
5 - аналогово-цифровой преобразователь (АЦП),
6 - вычислительная система,
7 - бесконтактный датчик тока фазы V,
8 - бесконтактный датчик тока фазы W.
Исследуемый асинхронный электропривод I состоит из последовательно соединенных комплекта 1 коммутационно-защитной аппаратуры, преобразователя 2 частоты, асинхронного двигателя 3, и рабочего механизма 4.
Установка II для оценки эффективности функционирования асинхронного электропривода I содержит вычислительную систему 6, датчики 7 и 8 тока.
Отличием предлагаемой установки для оценки эффективности функционирования асинхронного электропривода является то, что датчики 7 и 8 тока установлены на фазах, например V и W, питающих преобразователь 2 частоты и асинхронный двигатель 3.
Датчики 7 и 8 тока выполнены в виде бесконтактных датчиков тока с возможностью измерения и записи мгновенных значений токов статора асинхронного двигателя 3 в двух фазах.
Выходы бесконтактных датчиков 7 и 8 тока соединены с входами дополнительно введенного аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 5, подключенного к вычислительной системе 6.
Вычислительная система 6 выполнена в виде переносной электронно-вычислительной машины (ЭВМ) с установленной прикладной программой обработки мгновенных значений фазных токов и определения показателей качества преобразования и передачи электроэнергии в исследуемом асинхронном электроприводе I.
При этом бесконтактные датчики 7 и 8 тока выполнены с возможностью записи мгновенных значений токов статора асинхронного двигателя 3 в двух фазах в течение 5-15 секунд.
При этом аналогово-цифровой преобразователь 9 выполнен с возможностью преобразования сигнала из аналоговой в цифровую форму при различных частотах дискретизации в диапазоне частот от 3 кГц до 15 кГц.
Установка для оценивания эффективности функционирования асинхронного электропривода работает следующим образом.
АЦП
Бесконтактные датчики 7 и 8 тока последовательно устанавливаются на двух фазах, питающих ПЧ 2 и АД 3, выходы с которых соединяют с входами АЦП 5 для преобразования мгновенных значений фазных токов из аналоговой формы в цифровой сигнал, выход которого соединяют с входом переносной ЭВМ 6 посредством универсальной шины данных USB. Программную поддержку АЦП 5 обеспечивает драйвер NI-DAQmx, установленный на переносной ЭВМ 6. Затем в прикладной программе, установленной в переносной ЭВМ 6, по запросу оператора производится обращение к бесконтактным датчикам 7 и 8 тока в течение времени t, равном 5-15 секунд. Частота дискретизации АЦП 5 варьируется в диапазоне f, равной 3-15 КГц в зависимости от частоты вращения вала АД 3.
По полученным данным с бесконтактных датчиков 7 и 8 тока по заранее разработанному алгоритму производится автоматическая обработка измеренных мгновенных значений фазных токов, которая включает:
кр
кр
определение мгновенных значений токов третьей фазы; вычисление математического ожидания каждого i-го мгновенного значения тока в каждой фазе по имеющейся выборке данных; переход от трехфазной системы питающих токов в двухфазные проекции на оси неподвижной системы координат х-у; определение значений модуля пространственного вектора тока трехфазной системы; построение по полученным проекциям годографа пространственного вектора тока трехфазной системы питающих токов; определение значения радиуса круга R, площадь которого равна площади плоской фигуры, ограниченной построенным годографом, при этом R=kI, где k - коэффициент масштабирования, I - среднее значение тока за контрольный период.
Для определения относительных потерь в отдельном элементе системы автоматизированного электропривода бесконтактные датчики 7 и 8 тока устанавливаются на двух питающих кабелях на входе и на выходе данного элемента системы, и повторяется вышеописанный процесс.
По результатам автоматической обработки на экран переносной ЭВМ 6 выводятся данные об относительных потерях мощности в элементах асинхронного электропривода. Качественные показатели эффективности передачи и преобразования электроэнергии в элементах асинхронного электропривода от питающей сети до рабочего механизма 5 оцениваются графо-аналитическим методом путем определения доверительной области годографа при вращении пространственного вектора тока в процессе функционирования асинхронного электропривода.
По имеющейся базе данных об изменениях формы годографа от требуемой определяются элементы автоматизированной системы (ПЧ, АД, механическая передача) или показатели качества питающей сети, оказывающие наибольшее влияние на изменение формы годографа и, как следствие, увеличение потерь мощности всей автоматизированной системы. На основании полученных результатов диагностирования предлагаются рекомендации для уменьшения относительных потерь мощности в элементах автоматизированного электропривода в рамках энергоаудита предприятия.
Таким образом, предлагаемая мобильная установка позволяет в режиме реального времени проводить экспресс-анализ эффективности функционирования локальных систем автоматизированного электропривода, по результатам которого предлагаются рекомендации для уменьшения энергопотребления технологического объекта в рамках энергоаудита предприятия или отдельного цеха.
Использование заявляемой полезной позволит повысить достоверность оценки эффективности функционирования асинхронного электропривода в режиме реального времени, упростить и повысить мобильность за счет меньшего количества элементов информационно-измерительной части установки, упростить процедуру оценки за счет исключения необходимости останова технологического процесса или вмешательства в силовую цепь асинхронного электропривода.