вывоз мусора зао - ekodvor.ru
Мебель на все случаи жизни барные стулья по доступным ценам
Своевременный ремонт кофемашин по доступным ценам
подарки женщине - наш интернет магазин подарков, сувениров предлагает только «нужные» подарки - podari.ru
Одним из направлений энергосбережения является снижение энергоемкости стационар-ных и мобильных сельскохозяйственных машин. Основные причины энергоемкости следующие: несовершенство технологий и конструкций; большая мощность холостого хода; отсутствие эффективных автоматичес-ких устройств регулирования и контроля загрузки. В большинстве случаев сельскохозяйствен-ные машины, особенно стационарные, загружены на 50 – 60%. Например, дробилки кормов перерасходуют около 48% электроэнергии на единицу перераба-тываемой продукции. Процесс дробления энерго-емкий, поэтому необходимо регулировать подачу сырья и поддерживать постоянную загрузку. В большинстве существующих измельчающих ма-шин, оснащенных регуляторами загрузки, регули-рование осуществляется по току обмотки статора асинхронного электродвигателя. При колебаниях питающего напряжения изменяется коэффициент мощности электродвигателя, поэтому ток статора не несет достоверной информации для системы автоматического регулирования загрузки. Кроме того, тенденция развития современного электропривода – частотное регулирование, получившее распространение благодаря широкому применению современных преобразователей частоты, стоимость которых постоянно и быстро снижается. При частотном регулировании получение достоверной информации о загрузке становиться еще труднее.
Получить точную информацию о загрузке можно только путем измерения нескольких параметров технологического процесса с последующей их обработкой средствами микропроцессорной техники и компьютерами.
Таким образом, разработка устройств измерения мощности и разработка алгоритмов для автоматических устройств регулирования загрузки является актуальной задачей.
Для решения данной проблемы был проведен литературный анализ существующих средств измерения мощности электроприводов, современных измерителей коэффициента мощности, аналоговых и цифровых [1,2,3].
В результате проведенных исследований разработаны измерительные преобразователи, предназначенные для определения среднеквадратического значения напряжений, токов и мощности, выполненные на современной элементной базе. Их применение в сочетании с цифровыми фазоизмерительными схемами и микропроцессорами позволит реализовать достаточно простые и недорогие регуляторы загрузки для электроприводов различного назначения.
В простейших измерительных схемах токов и напряжений применяют выпрямители и усредняющие цепи, напряжение на выходе которых затем градуируется в единицах RMS(среднеквадратического значения).Удовлетворительные результаты в таких случаях получаются только при одной, неизменной форме сигнала, например синусоидальной. Формы напряжения характеризуются коэффициентом формы,который определяется как отношение амплитудного значения сигнала к действующему.
Многие типичные формы сигналов, такие как синусоидальные и треугольные имеют относительно низкий (?2) коэффициент формы; импульсы с большой скважностью и прямоугольные импульсы имеют большой коэффициент формы.
Истинное (среднеквадратическое) значение напряжения определяется как
(1) где - среднеквадратическое значение; - продолжительность измерения; - мгновенное значение напряжения. Если возвести в квадрат обе части (1), то интеграл может быть аппроксимирован кактекущее среднее значение
(2) Выражение (2) запишем в виде
(3) разделив обе части ( 3 ) на получим
(4) или (5)
Выражение (5) определяет среднеквадратическое значение измеренного напряжения любой формы.
На этом принципе основана работа аналоговых преобразователей среднеквадратического значения напряжения и специализированных линейных интегральных схем. Схема варианта такого устройства приведена на рис. 1.
В измерительной технике применяются специ-ализированные аналоговые интегральные мик-росхемы, представляющие собой детекторы среднеквадратического значения напряжения (преобразователи RMS-DC). Такие микросхемы применяются в простых измерительных пре-образователях и легко согласуются со входами различных автоматических регуляторов, так как их выходным сигналом является линейно изме-няющееся напряжение. Недостатком аналого-вых RMS-детекторов является большое время установления выходного сигнала при малых уровнях входных напряжений, что ограничивает их использование в быстродействующих устройствах.
При повышенных требованиях к точности и быстродействию преобразователей RMS применяют современные цифровые микросхемы и DSP- процессоры [4]. В качестве примера рассмотрим применение микросхемы фирмы“Analog devices” типа AD7755.
AD7755 содержит аналоговые элементы только во входных аналого-цифровых преобразователях и в опорной цепи. Все остальные сигналы обрабатываются данной микросхемой в цифровой форме, что повышает производительностьи точность измерений, а также стабильность работы в широком диапазоне температуры окружающей среды [4].
AD7755 выдает информацию о среднем значении действующей мощности в на низко-частотных выходах F1 и F2. Частотный сигнал на выходе CF соответствует мгновенному значению действующей мощности.
Сигналы от цепей тока и напряжения преобразовываются двумя 16-битными сигма-дельта АЦП с граничной частотой преобра-зования 900 кГц. На входе токового канала включена программируемая логическая матрица (ПЛМ), позволяющая программно изменять коэффициент усиления. Фильтр верхних частот ФВЧ устраняет постоянную составляющую из токового сигнала.
Мгновенная мощность определяется перемножением сигналов тока и напряжения. Для выделения составляющей действующей мощности сигнал проходит через цифровой фильтр нижних частот. Корректные результаты обеспечиваются и для несинусоидальных токов, напряжений при различных значениях коэффициентов мощности. Все сигналы обрабатываются и выводятся в цифровой форме. Принцип действия AD7755 поясняется блок-схемой на рис.2.
Рис. 2. Принцип действия микросхемы для измерения мощности AD7755
Низкочастотный выход AD7755 организо-ван аккумулированием информации о текущей активной мощности за некоторое время между выходными импульсами, поэтому выходная частота пропорциональна средней активной мощности. Полученная таким образом средняя активная мощность, в свою очередь, может использоваться для определения потребленной электроэнергии при помощи счетчика, подключенного к низкочастотному выходу.
Так как длительность импульсов на высокочастотном выходе CF значительно меньше времени интегрирования, информация на этом выходе соответствует мгновенной активной мощности.
Определение коэффициента мощности основано на выделении информации об активной мощности из сигнала мгновенной мощности путем низкочастотной цифровой фильтрации фильтром ФНЧ.
Этот метод расчета также справедлив для несинусоидальных тока и напряжения. Все кривые токов и напряжений можно разложить на отдельные гармонические составля-ющие. Используя преобразования Фурье мгновенные значения токов и напряжений можно выразить через следующие выражения:
где мгновенное значение напряжения
U0 – среднее значение напряжения
Uh – среднеквадратическое значение напряжения h – гармоники
ah – фазный угол h – гармоники напряжения
где I(t) – мгновенное значение тока
I0 – постоянная составляющая тока
Ih – среднеквадратическое значение тока h – гармоники
ah – фазный угол токовой гармоники
В схеме регулятора загрузки, приведенной на рис. 3 использована современная микросхема AD7755, преобразующая входные сигналы, соответствующие току и напряжению электродвигателя в среднеквадратическое значение мощности, причем ее выходные сигналы частотные.
Рис.3. Схема регулятора загрузки. ШД – шаговый двигатель; К – блок управления ШД.
Предлагаемый измерительный преобразо-ватель мощности выполнен на основе специ-ализированной микросхемыAD7755, которая позволяет преобразовывать с высокой точнос-тью значение действующей мощности в частот-ный сигнал в динамическом диапазоне 500:1.
Устройство подключается в цепь питания электродвигателя через трансформаторы тока и делители напряжения (рис.3). В зависимости от выбранного способа регулирования загрузки к выходу преобразователя мощности может быть подключен шаговый электродвигатель, управляющий положением заслонки, или пре-образователь частотного сигнала в аналоговый.
В последнем случае аналоговый сигнал используется для управления частотным преобразователем регулируемого электро-привода. Как правило, современные пре-образователи частоты имеют встроенную функцию ПИД-регулирования, что значи-тельно упрощает разработку, изготовление и наладку систем регулирования загрузки кормоприготовительных машин.
(1)
- среднеквадратическое значение;
- продолжительность измерения;
- мгновенное значение напряжения.
(2)
(3)
получим
(4)
(5)
мгновенное значение напряжения
