CC BY
6
№ 7 (76)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2020 г,
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ ТЯГОВЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МЕТОДОМ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ СТРУКТУРНЫХ СХЕМ
Халиков Абдульхак Абдульхаирович
д-р. техн. наук, профессор кафедры автоматика, телемеханика и телекоммуникационные технологии
Ташкентский государственный транспортный университет,
Узбекистан, г. Ташкент E-mail: xalikov_abdulxak@mail.ru E-mail: icenter@tashiit. uz
Файзуллаев Жавхарбек Султон Огли
докторант кафедры автоматика, телемеханика и телекоммуникационные технологии
Ташкентский государственный транспортный университет,
Узбекистан, г. Ташкент E-mail: icenter@tashiit.uz
THE STUDY OF THE ERROR OF THE TECHNICAL MEANS OF FUNCTIONAL DIAGNOSTICS OF TRACTION INDUCTION MOTORS BY THE METHOD OF PARAMETRIC STRUCTURAL SCHEMES
Abdulxak Khalikov
Tashkent State Transport University Head. Department of Automation, Telemechanics and Telecommunication Technologies, Doctor of Technical Sciences, Professor,
Uzbekistan, Tashkent
Gavharbek Fayzullaev
Tashkent State Transport University PhD student, Department of Automation, Telemechanics and Telecommunication Technologies,
Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В работе составлена параметрическая структурная схема разработанного магнитоупругого датчика усилий с учетом возможных источников погрешностей. Приведены анализ, качественная и количественная оценка источников погрешностей магнитоупругого датчика усилий, который значительно упрощается при использовании метода параметрических структурных схем.
ABSTRACT
A parametric structural diagram of the developed magnetoelastic force transducer was developed taking into account possible sources of errors. The analysis, qualitative and quantitative assessment of the sources of errors of the magnetoelastic force transducer, which is greatly simplified by using the method of parametric structural schemes.
Ключевые слова: магнитоупругий датчик усилий; источники погрешности; качественная и количественная оценка; метод параметрических структурных схем.
Keywords: magnetoelastic force transducer; sources of error; qualitative and quantitative assessment; method of parametric structural schemes.
Введение. Погрешность является одним из основных качественных и количественных показателей любого измерительного преобразователя, в том
числе и измерительных технических средств функциональной диагностики тяговых асинхронных двигателей [4, 6, 7-9].
Библиографическое описание: Халиков А.А., Файзуллаев Ж.С. Исследование погрешности технических средств функциональной диагностики тяговых асинхронных двигателей методом параметрических структурных схем // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2020. № 7 (76). URL: https ://7universum. com/ru/tech/archive/ite m/9866
№ 7 (76)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2020 г,
Целью работы является исследование погрешности технических средств функциональной диагностики тяговых асинхронных двигателей методом параметрических структурных схем.
В данной статье рассмотрим исследование погрешности разработанного магнитоупругого датчика усилий (МУД) [5].
Отрицательное влияние остаточной магнитной индукции в стали, высших гармонических составляющих, упрощения при определении аналитических зависимостей магнитного сопротивления стальной части и воздушных зазоров от конструктивных параметров и геометрических размеров магнитной цепи, неточности аппроксимации (неточное определение линейной части) кривой намагничивания материала магнитопровода, неидентичности отдельных участков магнитопроводов датчика, некоаксиальности концентрических магнитопроводов, неравномерности намотки витков намагничивающей обмотки и неточности расположения измерительных обмоток на уровень выходного сигнала общеизвестны [1, 10].
Метод исследования.
Выявление, анализ, качественная и количественная оценка источников погрешностей МУД значительно упрощается при использовании метода параметрических структурных схем (ПСС) [2].
На рис. 1 приведена ПСС разработанного МУД с учётом всех источников погрешностей.
Напишем уравнения статической характеристики каждого элементарного преобразователя с учётом источников погрешностей:
1) для эффекта электромагнитной индукции (этот участок ПСС обведен пунктиром и обозначен цифрой I):
Оэ.вых.z = иэ.вых +лиэ±биэ = = (К30 + ЛК3 ± 6К3)и + лиэ ± биэ
(1)
^-значение коэффициента К3 для идеального случая, т.е. при отсутствии источников погрешностей; К^^ = К3 = - коэффициент межцепного ФТЭ между и иэ, равный числу витков измерительной обмотки и АЦэ, ±5иэ - соответственно систематические и случайные аддитивные составляющие источников погрешности, оказывающие влияния на выходное напряжение; соответственно систематические и случайные ЛК3; ±8К3 - мультипликативные
составляющие источников погрешностей, влияющие на коэффициент межцепного ФТЭ К3.
(Здесь коэффициент межцепного ФТЭ между величиной и параметром ьой физической природы. Дополнительные элементарные звенья параметрических структурных схем).
2) для элементарного звена-преобразователя магнитного потока Q|¿ в магнитный ток (11-ой участок ПСС):
= j(^o + Аы± 8(ß)Qu + А1и ± ÖIU.
м 1 —
(2)
3) для магнитоупругого эффекта (III-ий участок ПСС):
Qßz = Qß + ± öQß = = UßzCßZ = и^С/шач. + Cß) + ^Qß ±SQß =
= [С^нач. + (Кю + АКг ± SKJU»] + AQfX±SQfX.
(3)
4) для эффекта ампервитков (IV- ый участок ПСС):
Uflz = Ufl + AUfl±SUfl = = (К20 + АК2 ± SK2)Ly + AUU ± SUU.
(4)
5) для параметра электрической проводимости (V - ой участок ПСС):
4z = 1э+ А1э ± 61э = = (Сэо + АСэ ± 6Сэ) • йэъ + А1э ± 61э = = (Сэо + АСэ ± бСэХиэи + Айэ ± 6йэ
+ А1э ± SL.
(5)
Результаты исследования.
Подставляя последовательно последние уравнения в предыдущие, и пренебрегая членами второго и высшего порядка малости, получим следующее аналитическое уравнение статической характеристики с учетом всех возможных источников погрешностей:
Уэвых = ^20^эо^эп^11нач.]^оА^3 + +К2оСэоиэпК1оим1ЫоАКз ±
№ 7 (76)
AunÎ /m te:
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2020 г,
Рисунок 1. Параметрическая структурная схема разработанного магнитоупругого датчика усилий с
учетом возможных источников погрешностей
±aQfXju0K3o+K2oG30U3nAKiUMju0K3o ± K2oG30U3naKiUMjœ0K3o + +AUflKioUMju0K3o+AUflCflHa4ju0K3 ± aUßKwUMj^oK30 ± ±<jUßCßHa4jMoK30 + AK2oG30U3nKwUMjœ0K3o + +AK2oG3oU3nCßHa4.j^oK3o±aK2oG3oU3nKioUMj^o^3o ± ±<?K2oG3oU3nCfXHa4jMoK30 ± ±
+K20AG3 U3UKW UMj^o^30 + ^O^^nC^HajMo^o ± ±^20^G3 U3UKw UMj^o^30 ± K20GG3Ü3nCllHa4j^oK30 ± ±K20VU3G3oCfXHa4jUoK30 + K20G3oAU3KwUMj^oK30 + +K20G3oAU3CßHa4j^oK30 ± K20^U3G3oKwUMj^oK30 + AU3 ± 0V3.
(6)
Истинное значение выходного напряжения, соответствующее идеальному случаю, когда источники погрешностей отсутствует, определяемое по ПСС, имеет следующий вид:
а
3 RHY 0
— K30J' ^0GßHaH^20G30^3n + K3oiUoKioK?nG3U3„U„.
(7)
У —
- и.
и
100%
(8)
3.пых.тах
где извыхтах - максимальное значение выходного напряжения, соответствующее максимальному значению измеряемого (преобразуемого) усилия имтаг, выражаемое как:
Точность любого измерительного преобразователя, в том числе и МУД усилий, по определению наиболее близка к его приведенной погрешности. Поэтому оценку погрешности разработанного МУД усилий производим для приведенной погрешности, которая по определению находится как [31:
U
■ч RT-.TV тпу
- ^зоУ^о^о^обзо^зп (9)
+ Кзо1'ЫоК1()К2оСзизпим.тах. Подставляя (1) - (7) и (9) в (8) получим следующее выражение приведенной погрешности разработанного МУД усилий:
№ 7 (76)
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2020 г,
АК3 бК3 А1и У =—3±—---±
К30 К30 К10^м.тах)
SL Аы бы
1 и + — ±
j + К10им.тах)
+_AR-_±_бЯ-_+
К20^э0^эп0(^-нач + К10^м.тах} К20^э0^эп0(^-нач + К10^м.тах} им.тахАК1 | Цм.тахбК1 Аии +
С-нач + К10^м.тах Синач + К10^м.тах К20^эп0^э0
бии АК2 бК2 А1э б1э AG2 6G2 ±-и-+ —-±—2 +-— ±-— +—-±—2 +
K20Uэn0Gэ0 К20 К20 Uэп0Gэ0 Uэп0Gэ0 Gэ0 Gэ0
А иэ биэ
А U
±
б и
иэп0 иэп0 иэ.вых.тах иэ.вых.тах
(10)
Учитывая, что в идеальном случае (при отсутствии источников погрешностей):
1-0 = j Ы0K20Gэ0Uэп0(Gинaч + К10им.тах),
Q-0 = K20Gэ0Uэп0(Gинaч + К10им.тах)>
и-0 = К20иэп^^э0,
4о = Uэn0Gэ0^
(11)
им.тахАК1 С-нач + К10им.тах
, и„,тахбК1 | Аии | бии | АК2 |
С-нач + К10и м.тах Uu0 Uu0 К20
б К2 А э б э А G2 б G2 ±-2 + — ± — + -2±-2 +
К20 4о 4о Gэ0 Gэ0
А иэ б иэ +-~±-Э +
иэп0 иэп0
А и
+
±
б и
иэ.вых.тах иэ.вых.тах
(12)
уравнение (10) перепишется как:
А К б К А б
У =
К
К
+
и Аы0
Ыо
_[_бЫl+AQиí + бQиí+
~ Ыо q-O~ q-O
В таблице 1 приведены результаты исследования погрешности разработанных МУД на основе вышеприведенных ПСС и уравнении составленные на её основе.
Таблица 1.
Источники Величина, ±% Пути снижения Снижение до: ±%
Нелинейность рабочей характеристики 3,0 - 7,0 Частичный отжиг сердечника магнитопровода 0,5
Введение большого сопротивления в электрическую цепь магнитоупругого датчика усилий 0,5
Введение в магнитную цепь воздушного зазора 0,7
Исключение из рабочей характеристики наиболее нелинейной части 0,3
Сложение или вычитание двух характеристик с нелинейностью одинакового знака 0,2
Регулирование параметров источника питания 0,5
Преобразование аналогового сигнала в пропорциональную частоту 0,1
Магнитоупругий гистерезис 1,5 - 2,0 Изготовление магнитопровода монолитным 0,2
Набор магнитопровода из отдельных пластин трансформаторной стали, чередующихся с прокладками из высокоупругих материалов 0,15
Периодическое воздействие на магнитопровод с помощью затухающегося магнитного поля, механических ударов, ультразвуковых колебаний 0,35
№ 7 (76)
a uní
/т те:
universum:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
июль, 2020 г,
Изменение температуры окружающей среды 1,5 - 2,5 на 10°С Использование второго, ненагружаемого усилием магни-тоупругого датчика усилий 0,1 на 10°
Стабилизация входного сопротивления магнитоупругого датчика усилий за счет коррекции ампер -витков намагничивания 0,01 на 10°
Перераспределение сигнала между двумя сопротивлениями, одно из которых имеет большой температурный коэффициент, а другое - близкое к нулю 0,05 на 10°
Наложение на магнитопровод дополнительной обмотки, замкнутой на термосопротивление 0,1 на 10°
Использование дифференциальных схем 0,015 на 10°
Источники Величина, ±% Пути снижения Снижение до: ±%%
Нестабильность параметров источника питания до 15,0 Использование стабилизаторов 1,0
Сопоставление выходного сигнала с параметрами входной цепи 0,7
Использование метода преобразования переменного напряжения в постоянное, стабилизация её, а потом снова на переменное напряжение 0,01
Преобразование высокостабильного постоянного напряжения в прямоугольные импульсы 0,01
Заключение. Результаты исследования погрешности разработанных МУД (табл.1) показывают, что наибольший вклад в величину погрешности новых магнитоупругих датчиков усилий вносят нелинейность рабочей характеристики, магнитоупругий гистерезис, изменение температуры окружающей
среды и нестабильность параметров источника питания. Выявлены пути снижения погрешности. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что относительная приведенная погрешность разработанных МУД не превышает ±0,5%.
Список литературы:
1. Жураева К.К. Магнитоупругие датчики усилий для систем контроля и управления объектами железнодорожного транспорта: диссертация на соискание ученой степени доктора философии (PhD) по техническим наукам, Ташкент, ТГТУ, 2018. -170с.
2. Зарипов М.Ф., Зайнуллин Н.Р., Петрова И.Ю. Энергоинформационный метод научно-технического творчества. -Москва: ВНИИПИ ГКНТ, 1988. -124с.
3. Ким К.К., Анисимов Г.Н., Чураков А.И. Электрические измерения: учебное пособие. - Москва: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на ж.д. транспорте, 2018. -114с.
4. Приборы и средства диагностики электрооборудования и измерений в системах электроснабжения: справочное пособие. /В.И. Григорьев и др.: под общ. Ред. В.И. Григорьева. Москва: Колос, 2006. -270с.
5. Патент РУз (UZ) № 05432. Магнитоупругий датчик усилий / Амиров С.Ф., Турдибеков К.Х., Жураева К.К., Болтаев О.Т., Файзуллаев Ж.С. // 2017г. Расмий ахборотнома-2017. -№10.
6. Смирнов В.И. Методы и средства функциональной диагностики и контроля технологических процессов на основе электромагнитных датчиков. /Ульяновский государственный технический университет. - Ульяновск: УлГТУ, 2001. -190с.
7. Халиков А.А., Мирсагдиев О.А. Разработка информационно- измерительных систем на основе волоконно -оптических датчиков. / Проблемы получения, обработки и передачи измерительной информации II Международная научно-техническая конференция, посвященная 90 - летию со дня рождения профессора Зарипова Мадияра Фахритдиновича19-20 сентября 2019г.Уфа, Россия. - С.207-212.
8. Xalikov A.A., Kolesnikov I.K. Temir yol transportida maxsus olchovlar va tashxis (1 qism). / Oquv qollanma 1-цисм. Toshkent -2019. .«Ilm-ziyo-zakovat» 140b.
9. Xalikov A.A., Kolesnikov I.K., Karimov R.K. Maxsus o'lchovlar. / O'quv qo'llanma. TTYMI. Toshkent -2007. 128б.
10. Халиков А.А., Амиров С.Ф., Балгаев Н.Е. Гальваномагнитные датчики больших токов. // Проблемы автоматики и управления, ИЛИМ. №1. -С.152-156. Бишкек -2011.
