Для эффективного управления асинхронными электродвигателями (АД) и двигателями постоянного тока (ДПТ) необходимо знать их реальные пара метры, 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 пара метров 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.
Обозначения:
- URRM — повторяющееся импульсное обратное напряжение;
- IT(AV) — максимально допустимый средний ток в открытом состоянии;
- IFMS — ударный прямой ток;
- UMG — максимальное напряжение;
- (dUD/dt)crit — критическая скорость нарастания напряжения;
- IGMT— ток на светодиод
Структура испытательного стенда представлена на рис. 1.
где
- 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
- PC — персональный компьютер
- НМ — нагрузочная машина
Данный стенд позволяет, не меняя схему, подключать различные преобразовательные устройства (ПУ1) к испытуемому двигателю.
В блоке датчиков (БД1) для измерения токов используются датчики LA-100P, имеющие диапазон измерений от -150 А до + 150 А при точности измерений 0,45% от номинального тока IН=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 LV25-P/SP5, 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 поступает 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 RVI58N011К1АЗ1N-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 раз дельным управлением. Применение оптотиристорных модулей избавляет от трансформа торной 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 фазных напряжений через ноль и формирует на выходе синхронизирующие прямоугольные импульсы стандартных уровней ТТЛ. Основой блока является компаратор LP393. Гальваническая развязка выполнена на оп тронах 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 RS-232H обеспечивает интегральная схема-преобразователь уровня сигналов МАХ232А (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 режиме и управляющие команды отображаются на алфавитно-цифровом жидкокристаллическом дисплее АС-162 А со встроенным знакогенерирующим 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.
Источник: Универсальный стенд для исследования электродвигателей на основе современных компьютерных технологий / Е.В. Каширских, М.В. Бердников // Вестник КузГТУ. – 2005. — №3. – С. 5-7.
