Автоматизований контроль моментних характеристик електричних машин

Порівняльна характеристика алгоритмів за кількістю виміряних значень наведена в табл. 2.

Отже, більш ефективним для автоматизованого контролю залежності пускового моменту від напруги живлення є алгоритм зміни ступінчасто-зростаючої напруги.

Таблиця 2. - Порівняльна характеристика автоматизованих алгоритмів контролю:

Примітка:

- кількість виміряних значень для ступінчасто-зростаючої і ступінчасто-спадної напруги живлення.

Даний результат підтверджує нині діючий емпіричний критерій, що регламентує методику випробування електричних машин для неавтоматизованих засобів контролю залежності.

Отримані якісні результати є вихідними для створення алгоритмічного та програмного забезпечення мікропроцесорних засобів вимірювального контролю залежності пускового моменту від напруги живлення в досліді короткого замикання асинхронних машин з покращеними метрологічними характеристиками. Розроблено функціональну схему і алгоритм роботи мікропроцесорного засобу прямого контролю моменту інерції ротора електричної машини. Отримано аналітичні залежності для визначення верхньої:

(24)

Та нижньої межі вимірювання:

(25)

Де:

- частота квантування;

- розрядність двійкового лічильника;

- нормоване значення похибки квантування.

Встановлено, що при номінальній напрузі живлення об'єкту контролю запропонований метод і засіб для його здійснення дозволяють контролювати інформативний параметр для електричних машин потужністю від 0.05 кВт до 5 кВт. Зменшення напруги живлення за допомогою електронного варіатора значно розширює діапазон вимірювального контролю моменту інерції. На основі розробленого алгоритмічного і апаратного забезпечення прямого контролю моменту інерції і пускового моменту запропоновано функціональну схему мікропроцесорного засобу контролю динамічного моменту, який порівняно з опосередкованими має вищу точність. Підвищення точності досягнемо за рахунок введення поправки в результати вимірювання на величину моменту інерції статора об'єкта контролю і рухомої частини перетворювача.

В шостому розділі натурним експериментом підтверджена адекватність розроблених математичних моделей, що покладено в основу роботи мікропроцесорних засобів контролю. Експериментальні дослідження виконано на метрологічне атестованих зразкових засобах.

Метрологічну атестацію засобів контролю пускового моменту від кутового положення ротора здійснено комплектно, застосувавши при цьому метод зразкових мір. Запропоновано задавач зразкового моменту і методику атестації засобів контролю даного класу. Експериментальні дослідження, що виконано із застосуванням задавача зразкового моменту, дозволили: по-перше, в результаті атестації визначити основні метрологічні характеристики засобу контролю (табл. 3) і застосувати його в якості експериментального засобу контролю пускового моменту, по-друге, підтвердити наявність систематичної складової похибки під час вимірювання пускового моменту і ефективність її зменшення в результаті застосування метода дворазових спостережень, по-третє, підтвердити гіпотезу про нормальні закони розподілу контрольованої величини і похибки вимірювань, що була прийнята під час розрахунку номограм для обчислення помилок першого і другого роду.

Метрологічну атестацію засобу контролю залежності пускового моменту від напруги живлення здійснено за допомогою задавача зразкового моменту в статичному режимі роботи в умовах знеструмленого привідного двигуна.

Таблиця 3. - Результати метрологічної атестації засобу контролю:

Для експериментальних досліджень даного засобу контролю застосовано раніше запропоновану методику метрологічної атестації. Відмінною особливістю даної методики від попередньої є те, що вимірювальний експеримент проводиться при нерухомому роторі привідного двигуна. В результаті проведених експериментальних досліджень (табл. 4) за допомогою задавача зразкового моменту для статичного режиму роботи встановлено: під час вимірювального контролю величини зразкового моменту від задавача для всього діапазону вимірювання має місце випадкова складова похибки.

Таблиця 4. - Результати метрологічної атестації засобу контролю:

Контрольована величина і похибка вимірювання розподілені за нормальними законами, що підтверджує раніше прийняту теоретичну гіпотезу. Експериментальна і теоретична статичні характеристики є лінійними. Встановлено, що в експериментально отриманій статичній характеристиці має місце як адитивна, так і мультиплікативна складові похибки. Оскільки числові значення даних похибок не значні, то практично відсутня розбіжність між теоретичною і емпіричною статичними характеристиками. Розраховано помилки першого і другого роду для початку, середини і кінця діапазону зміни зразкового моменту. На метрологічне атестованих засобах вимірювального контролю отримано експериментальні статичні характеристики. Теоретичні і експериментальні характеристики є лінійними. Тому чутливість у таких засобів вимірювального контролю постійна, а шкала рівномірна. Дана обставина значно спрощує програмну підтримку мікроконтролера, що керує процесом вимірювання, а також дозволяє зреалізувати розроблені методи як у вигляді аналогових, так і цифрових засобів вимірювальної техніки.

Аналіз отриманих метрологічних характеристик показує, що розроблені методи і мікропроцесорні засоби для їх здійснення, порівняно з відомими, мають високу швидкодію, широкий діапазон вимірювання і незначну похибку.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі на основі виконаних автором досліджень започатковано нові та розвинуто відомі теоретичні, метрологічні, інженерно-технічні основи вимірювального контролю моментних характеристик електричних машин, завдяки чому вирішена науково-прикладна проблема, яка має важливе народногосподарське значення і полягає у створенні нового класа автоматизованих засобів контролю залежностей пускового моменту від кутового положення ротора і напруги живлення, моменту інерції ротора, динамічного моменту.

В теоретичному аспекті розроблено засади контролю моментних характеристик електричних машин, які включають: узагальнену математичну модель контролю моментних характеристик електричних машин;методи неперервного і покрокового контролю залежності пускового моменту від кутового положення ротора;метод прискореного контролю залежності пускового моменту від напруги живлення;методи прямого контролю моменту інерції та динамічного моменту.

В метрологічному аспекті розв'язано задачу математичного, методичного, алгоритмічного і апаратного забезпечення автоматизованого здійснення метрологічної атестації і перевірки засобів контролю пускового моменту і моменту інерції ротора.

В інженерно-технічному аспекті синтезовано нові алгоритми, структурні, функціональні схеми мікропроцесорних засобів контролю залежності пускового моменту від кута повороту ротора і напруги живлення, моменту інерції ротора і динамічного моменту. Розроблено пакет прикладних програм в середовищі символьної математики, який дозволяє змоделювати процес вимірювального контролю виділених моментних характеристик електричних машин, часові динамічні і статичні метрологічні характеристики засобів контролю.

При цьому експериментальні дослідження, що виконано на базі метрологічно атестованих засобів, дозволили підтвердити коректність постановки задачі і математичних методів, використаних при доведенні основних наукових положень, порівняти результати, отримані за допомогою методів, викладених у роботі з відомими раніше, співставити результати математичного і фізичного моделювання.

В дисертаційній роботі одержані такі основні наукові та практичні результати:

1. Проаналізовано відомі методи та засоби контролю моментних характеристик електричних машин та теоретичні підходи, що покладено в основу їх побудови. Встановлено, що на сучасному етапі розвитку теорії та техніки актуальним і перспективним є створення нових методів та засобів автоматизованого контролю залежності пускового моменту від кутового положення ротора, залежності пускового моменту від напруги живлення, моменту інерції ротора, динамічного моменту з покращеними метрологічними характеристиками.

2. Вперше створено теоретичні засади контролю моментних характеристик електричних машин, які включають узагальнену математичну модель засобів контролю моментних характеристик, нелінійні та лінеаризовані моделі для перетворювачів пускового моменту, моменту інерції, динамічного моменту. Доведено адекватність даних моделей (похибки моделей не перевищують 10%) і необхідність використання для аналізу автоматизованих засобів контролю лінеаризованих моделей замість складних нелінійних.

3. Розроблено методи неперервного і покрокового контролю залежності пускового моменту від кутового положення ротора. Встановлено, що засоби автоматизованого контролю, в основу побудови яких покладено дані методи, характеризуються високою швидкодією (швидкодія створених засобів контролю на два порядки перевищує швидкодію відомих) і необхідною точністю (зведена похибка вимірювання залежності не перевищує 1.5%).

4. Розроблено метод прискореного контролю залежності пускового моменту від напруги живлення і засоби автоматизованого контролю з постійним, лінійно-змінним і ступінчасто-змінним вхідними сигналами. Встановлено, що засоби контролю пускового моменту із ступінчасто-зростаючою напругою живлення мають найвищу швидкодію (на два порядки перевищує швидкодію відомих) і необхідну точність (зведена похибка вимірювання залежності не перевищує 1%). Синтезовано якісно новий алгоритм контролю даної характеристики.

5. Отримали подальший розвиток методи прямого контролю моменту інерції ротора і удосконалено відомий метод контролю динамічного моменту. Доведено, що прямий метод контролю моменту інерції, який засновано на вимірюванні тривалості перехідного процесу вільних коливань рухомої частини перетворювача і ротора об'єкту контролю після знеструмлення обмоток статора, має на порядок вищу швидкодію порівняно з відомими опосередкованими. Встановлено, що врахування моменту інерції статора і рухомої частини перетворювача дозволяє зменшити в 1.5 рази похибку вимірювання і підвищити вірогідність контролю динамічного моменту.

6. Розроблені та впроваджені в практику випробувань електричних машин мікропроцесорні засоби контролю залежності пускового моменту від кутового положення ротора і напруги живлення, моменту інерції ротора та динамічного моменту. Впровадження розролених засобів контролю дозволяє підвищити якість контролю електричних машин, суттєво підвищити швидкодію і зменшити витрати на проведення випробувань в дослідах холостого ходу і короткого замикання.

7. Розроблені та впроваджені в практику вимірювань методики, технічні засоби та алгоритмічне забезпечення для проведення автоматизованої метрологічної атестації та перевірки створених мікропроцесорних засобів контролю моментних характеристик електричних машин. Впровадження розробленого апаратного, алгоритмічного і метрологічного забезпечення дозволило експериментально визначити основні метрологічні характеристики засобів контролю даного класу і допустити їх до застосування в якості експериментальних зразків.

Розроблені в дисертації методи та засоби можуть застосовуватися також під час контролю моментних характеристик синхронних машин, крокових двигунів, мікромашин, газотурбінних двигунів, гідродвигунів, моментних двигунів та інш., що значно розширює можливості практичного застосування результатів роботи.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кухарчук В.В. Елементи теорії контролю динамічних параметрів електричних машин: Монографія. - Вінниця: «Універсум-Вінниця», 1998. - 125 с.

2. Поджаренко В.О., Кухарчук В.В.. Математична модель для метрологічної атестації вимірювального перетворювача пускового моменту // Вимірювальна техніка та метрологія. - 1998. - №53. - С. 119-124.

3. Кухарчук В.В., Козловський А.В. Математична модель вимірювального перетворювача пускового моменту з кроковим приводом // Вісник ВПІ. - 1997. - №3. - С. 11-15.

4. Кухарчук В.В., Поджаренко А.В., Кухарчук Г.В. Математична модель вимірювального перетворення динамічного моменту електричних машин // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - №3. - С. 63-70.

5. Кухарчук В.В., Кучерук В.Ю. Аналіз та практична реалізація мікропроцесорного засобу вимірювання кутової швидкості обертання електричних машин // Вісник ВПІ. - 1995. - №2. - С. 12-16.

6. Поджаренко В.О., Кухарчук В.В., Кучерук В.Ю., Джарадат Р.Х. Фазовий метод мікропроцесорного вимірювання добротності обмоток електричних машин // Вимірювальна техніка та метрологія. - 1995. - №51. - С. 19-21.

7. Кухарчук В.В. Математична модель вимірювального перетворювача пускового моменту електричних машин // Вісник ВПІ. - 1995. - №1. - С. 5-9.

8. Кухарчук В.В. Математична модель вимірювального перетворювача пускового моменту з лінійно-змінним вхідним сигналом // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1997. - №2. - С. 78-86.

9. Кухарчук В.В. Узагальнена математична модель вимірювального перетворення пускового моменту асинхронних машин // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - №1. - С. 11-19.

10. Кухарчук В.В. Спосіб апаратно-програмної реалізації вимірювання частоти періодичного сигналу // Вісник ВПІ. - 1994. - №3(4). - С. 28-33.

11. Кухарчук В.В. Математична модель вимірювального перетворення моменту інерції ротора асинхронних машин // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - №2. - С. 62-70.

12. Кухарчук В.В. Лінеаризована математична модель перетворювача для контролю пускового моменту асинхронних машин / Вісник ВПІ. - 1999. - №2. - С. 11-18.

13. Кухарчук В.В. Математична модель вимірювального перетворення пускового моменту з постійним вхідним сигналом // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1998. - №4. - С. 143-149.

14. Кухарчук В.В. Моделювання вимірювального перетворювача для асинхронних машин // Автоматизація виробничих процесів. - 1999. - №1(8). - С. 14-18.

15. Кухарчук В.В., Козловський А.В. Моделювання контролю залежності пускового моменту в функції кутового положення ротора // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1999. - №1. - С. 17-23.

16. Кухарчук В.В. Аналіз засобів вимірювання пускового моменту електричних машин. - 1997. - №2. - С. 38-46.

17. Кухарчук В.В., Поджаренко В.О. Автоматизація процесу вимірювання пускового моменту електричних машин // Автоматизація технологічних процесів та промислова екологія. - 1996. - Вип. 1. - С. 26-35.

18. Поджаренко В.А., Кухарчук В.В., Присяжнюк В.В., Штанько В.И. Микропроцессорный измеритель пускового момента // Регулируемые асинхронные двигатели: Сб. науч. труд. ИЭД АНУСС Р. - 1988. - С. 120-126.

19.Поджаренко В.А., Кухарчук В.В. Метрологические основы компьютерно-измерительной техники: Учебное пособие. - К.: УМК ВО, 1989. - 216 с.

20. Поджаренко В.О., Кухарчук В.В. Вимірювання і комп'ютерно-вимірювальна техніка: Навчальний посібник. - К.: УМКВО, 1991. - 240 с.

21. V.V. Kucharchuk, V.A. Podzarenko. Mathematical modeling of a mesuring converter of asynchronous electric motor starting momont // Unconvetional electromechanical and electrotechnical systems. - Szczezin (Poland). - 1996. - v. 2. - P. 275-280. електродвигун інженерний технічний

22. Кухарчук В.В., Козловський А.В. Моделювання динамічних характеристик вимірювального перетворювача мінімального пускового моменту // Сборник трудов МНТК «Приборостроение - 97» Приложение к Всеукраинскому научно-техническому журналу «Вибрации в измерительной технике». - Том 1. - Винница-Симеиз. - 1997. - С. 139-144.

23. Кухарчук В.В., Поджаренко В.О. Дослідження та аналіз перехідного процесу вимірювального перетворювача пускового моменту з асинхронним приводом // Труды МНТК «Современная контрольно-испытательная техника промышленных изделий и их сертификация». - Том 2. - Киев. - 1997. - С. 136-139.

Размещено на Allbest.ru