Научная статья на тему 'Универсальный стенд для исследования электродвигателей на основе современных компьютерных технологий'

Универсальный стенд для исследования электродвигателей на основе современных компьютерных технологий Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
639
101
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Каширских Егор Владимирович, Бердников Михаил Викторович

Приводится описание компьютеризированного стенда для проведения различных испытаний двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей с целью их идентификации, а также для испытаний различных систем управления, защиты и диагностирования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Каширских Егор Владимирович, Бердников Михаил Викторович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Универсальный стенд для исследования электродвигателей на основе современных компьютерных технологий»

компьютерного мониторинга, результаты которого далее могут быть использованы для решения ряда задач в асинхронном электроприводе горных машин. В структуру экспериментального образца этого устройства входит совокупность наблюдателей, объединенных управляющим устройством, производящим сканирование параметров и переменных АД, накапливающая матрица, анализатор текущих значений и их приращений относительно значений предыдущих тактов и матрица с набором эталонных значений, которые вводятся в нее в начале эксплуатации заведомо исправного АД. Отличительной особенностью данного устройства является то, что оно реализовано в основном программным образом, а физически состоит лишь из ноутбука с измерительной системой, в которую входят датчики тока, напряжения, частоты вращения и плата аналого-цифрового преобразования.

Устройство позволяет осуществлять функциональное диагностирование и прогнозирование состояния АД, а также может быть использовано для превентивной защиты АД от аварийных ситуаций. При использовании в составе горных машин частотно-регулируемого электропривода оно может быть использовано в качестве его информационной части. В этом случае могут использоваться лишь часть компонентов векторов 08 и .

Таким образом, применение современных компьютерных технологий, в том числе с использованием представленных в данной статье решений, может перевести эксплуатацию и обслуживание асинхронных электроприводов горных машин на более высокий качественный уровень и повысить тем самым их функциональную надежность и эффективность.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каширских В.Г. Определение в реальном времени активного сопротивления и потокосцепления ротора асинхронного двигателя при его работе в установившемся режиме / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов // Вестн. КузГТУ, 2003. - №1. - С. 21-24.

2. Каширских В.Г. Оценка активного сопротивления ротора асинхронного электродвигателя с помощью нейронной сети / В.Г. Каширских, А.В. Нестеровский // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-17: Сб. трудов 17-й Международ. науч. конф.: В 10 т. Т. 5 Секция 5 / Под общ. ред. В.С. Балакирева. - Кострома: изд-во Костромского Гос. технол. ун-та, 2004. - С. 161-163.

3. Каширских В.Г. Динамическая идентификация асинхронных электродвигателей с учетом значимости параметров / В.Г. Каширских, А.В. Нестеровский // Вестн. КузГТУ, 2005. - С. 73-74.

4. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энерго-атомиздат, 2001. - 704 с.

□ Автор статьи :

Каширских Вениамин Георгиевич

- канд. техн. наук, доц., зав. каф. электропривода и автоматизации

УДК 621.313.33

Е.В. Каширских, М.В. Бердников

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Для эффективного управления асинхронными электродвигателями (АД) и двигателями постоянного тока (ДПТ) необходимо знать их реальные параметры, поскольку данные из каталогов являются проектными. Для нахождения значений параметров, а также для комплексных исследований различных режимов работы двигателей с целью оптимизации систем защиты, управления и диагностики необходим испытательный стенд с универсальным нагрузочным

устройством.

Разработанный и изготовленный нами для этих целей стенд позволяет:

- испытывать любые двигатели постоянного тока и асинхронные двигатели мощностью до 5 кВт, со скоростью вращения до 6000 об/мин и обеспечивать при этом значения момента сопротивления на валу испытуемого двигателя в пределах до 25 Нм с возможностью изменения характеристик нагружения как автоматически, так и

вручную;

- проводить испытания различных режимов и устройств пуска АД при разных условиях нагружения;

- проводить испытания устройств для мониторинга параметров и состояния АД и ДПТ в процессе работы;

- проводить исследования регулируемых электроприводов на основе АД и ДПТ с различными преобразователями и системами управления для разных режимов нагружения.

б

Е.В. Каширских, М. В. Бердников

Характеристики тиристоров

Тип исп. Модулей URRM IT(AV) IFMS umg (dUD/dt) crit igmt

V A A V V/mks MA

МТО2-25 400-2000 25 800 2500 20-1000 250

-повторяющееся импульсное обратное напряжение; -максимально допустимый средний ток в открытом состоянии; -ударный прямой ток;

-максимальное напряжение;

-критическая скорость нарастания напряжения;

-ток на светодиоды;

Обозначения:

!т(ЛУ)

!рт иио

отЫ

!оыт

Структура испытательного стенда представлена на рис. 1.

Он позволяет, не меняя схему, подключать различные преобразовательные устройства (ПУ1) к испытуемому двигателю.

В блоке датчиков (БД1) для измерения токов используются датчики ЬА-100Р, имеющие диапазон измерений от -150А до +150А при точности измерений 0,45 % от номинального тока 1н =100А. Данные датчики тока предназначены для работы в диапазоне частот от 0 до 200 кГц. Для измерения фазных напряжений асинхронных электродвигателей применяются резистивные делители, а в случае, когда в качестве объекта исследований выступает двигатель постоянного тока, используются датчики напряжения ЬУ25-Р/8Р5, имеющие диапазон входного напряжения от 10

до 1500 В при точности измерений 0,8 % и рабочую частоту от 0 до 25 кГц.

С выхода блока датчиков информационные сигналы поступают на вход устройства АЦП, в качестве которого используется универсальная плата аналого-цифрового преобразования для IBM PC/AT - совместимых компьютеров - ЛА-1,5 PCI. Данная плата имеет 16 дифференциальных каналов (32 однополюсных), разрешение 12 бит и максимальную частоту дискретизации 500 кГц. Кроме того, наличие цифровых входов позволяет получать по ним информацию синхронно с аналоговыми сигналами.

С выхода устройства АЦП сигнал измерительной информации поступает на компьютер. Одновременно с оцифрованными данными о значениях тока и напряжения на компьютер по-

ступает также сигнал с выхода датчика скорости, что позволяет оценивать совместное изменение этих величин во времени.

Для измерения частоты вращения используется датчик скорости, включающий в себя микроконтроллер и инкрементальный шифратор приращений ЯУ158Ш11К1А3Ш-02048 с

выходным логическим сигналом, имеющий 2048 импульсов на оборот по двум каналам, что позволяет иметь разрешающую способность до 0,044 градуса и, таким образом, не только получить данные о частоте вращения с высокой точностью, но и оценить динамический момент в переходных режимах.

Преобразователь нагрузочной машины (ПУ2) представляет собой управляемый реверсивный тиристорный преобразователь, работающий в режиме инвертирования. Он собран на базе оптотиристорных модулей МТО2-25 (см. таблицу) по мостовой схеме Ларионова с раздельным управлением. Применение оптотиристорных модулей избавляет от трансформаторной гальванической развязки, что позволило создать СУ с малой потребляемой мощностью и повышенной помехозащищенностью расчетно-

логической части.

Система управления нагрузочного устройства включает в себя блок синхронизации с сетью (БСС), контроллер формирования нагрузки (КФН), контроллер управления тиристорным преобразователем (КУТ), усилительный каскад (УК) и датчик скорости (ДС).

Блок синхронизации с сетью БСС отслеживает переход

Рис. 1. Функциональная схема стенда: БСС - блок синхронизации с сетью, КУТ - контроллер управления тиристорным преобразователем, КФН - контроллер формирования нагрузки, УК - усилительный каскад, ТМ- тиристорные модули, БД1, БД2 - блоки датчиков испытуемого двигателя и нагрузочной машины, соответственно, ИД - испытуемый двигатель, ПУ1 - преобразовательное устройство ИД, ДС - датчик скорости вращения, АЦП -аналого-цифровой преобразователь, РС - персональный компьютер, НМ - нагрузочная машина

фазных напряжений через ноль и формирует на выходе синхронизирующие прямоугольные импульсы стандартных уровней ТТЛ. Основой блока является компаратор LP393. Гальваническая развязка выполнена на оптронах TLP621-4.

Сигнал с датчика скорости вращения (энкодера) поступает на делитель частоты (двоичный счетчик на ИС К555ИЕ5), предназначенный для снижения частоты сигнала до уровня, достаточного для последующего преобразования микроконтроллером (PIC16F628) в восьмиразрядный параллельный код, передаваемый в КФН (PIC16F8 74). Преобразование сигналов от БД осуществляется КФН с помощью интегрированного многоканального 10-ти разрядного модуля АЦП.

Применение микроконтроллеров компании Microchip Technology Incorporated делает привлекательным их низкая цена, наличие периферийных модулей, экономичность, быстродействие, простота использования и гибкость ввода/вывода.

Связь КФН с компьютером по каналу Я8-232И обеспечивает интегральная схема-преобразователь уровня сигналов MAX232A (ТТЛ в биполярный сигнал и обратно) через разъем DB-9S.

В соответствии с поступающим с компьютера заданием, информацией о скорости и электрических параметрах НМ, КФН вычисляет и передает в КУТ значение угла управления вентилями. По запросу с компьютера КФН передает также информацию о работе нагрузочного устройства. В программе контроллера предусмотрена возможность ручного задания значения момента сопротивления на валу двигателя и выбора вида нагрузки с помощью кнопок, подключенных к контроллеру. Информация о выбранном

□ Авторы статьи:

Каширских Егор Владимирович

- асс. каф. электропривода и автоматизации

^ Запуск ^

да

Запрос задания с компьютера Сообщение о неисправности

Последовательность чередования фаз верна?

Задание поступает Ручное задание

с компьютера

АЦП 1НМ и иНМ

Считывание сигнала

Вывод импульса управления на тиристор фазы А

Блоки В и С аналогичны блоку А

Ъ В г-----1---

г

Рис. 2. Блок-схема программы контроллера формирования нагрузки

режиме и управляющие команды отображаются на алфавитноцифровом жидкокристаллическом дисплее АС-162 А со встроенным знакогенерирую-

щим контроллером. Принимая синхронизирующие импульсы от БСС, КУТ отсчитывает угол управления и формирует сигнал управления силовой частью, который после усиления в УК поступает на тиристоры.

Задачи сбора, обработки,

отображения информации и управления стендом решаются при помощи специально разработанного для этих целей программного обеспечения, в котором используются алгоритмы оценивания параметров и состояния АД, основанные на моделировании динамических процессов с использованием расширенного фильтра Калмана и рекуррентного метода наименьших квадратов.

[

Бердников Михаил Викторович асп. каф. электропривода и автоматизации

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.