Диссертация (Обеспечение бесперебойной работы частотно-регулируемого электропривода при провалах напряжения в распределительной сети предприятия), страница 10

Все полученные в ходе эксперимента данные в виде диаграмм напряженийпредставлены в приложении 1.2.8 Обработка экспериментальных данных и анализ результатовработы алгоритмаНижепредставленаоценкаэффективностиалгоритмаопределениясоставляющих прямой и обратной последовательностей напряжения при работе сданными, полученными в ходе эксперимента. Критериями эффективности врассматриваемом случае являются скорость работы алгоритма, определяемаяколичеством задействованных в вычислениях измерений, и точность определениясоставляющих напряжений.Для этого на вход алгоритма подавалось различное количество измерений,начиная с 4 (на измерение, которых требовалось 0.4 мс) до 50 (на измерениекоторых требовалось 5 мс соответственно).

Большее количество измерений нерассматривалось, так как имея данные о четверти периода можно использоватьдругие точные способы определения параметров напряжения. После вычисленияалгоритмом большой и малой полуосей эллипса, площади эллипса и частотынапряжений сети вычислялась относительная погрешность определения этихпараметров. Действительные величины большой и малой полуосей эллипсавычислялись по известным действующим значениям напряжений, в соответствиес уравнением 2.4, а затем вычислялась площадь эллипса.

Относительнаяпогрешность определения частоты вычислялась относительно заданной заранеечастоты 50 Гц (настоящая частота напряжения во время проведения экспериментаво всех измерениях была равна 49,9875 Гц).Полученные экспериментальные данные были использованы для проверкитезиса о равенстве средней площади секторов, на которые вектор напряженийделит эллипс через равные промежутки времени, сформулированного ранее.Площадь секторов, определенная по формуле 2.10 из данных, полученных в ходеэксперимента, представлена на рисунке 2.10.56Рисунок 2.12 – Изменение площади секторов от измерения к измерениюАнализ, полученного массива площадей показал, что имеется некотороесреднее значение площади сектора, отклонение от которого носит случайныйхарактер.Действительно,полученныезначенияплощадейпопадаютколоколообразное распределение (рисунок 2.13).Рисунок 2.13 – Распределение площадей секторов откладываемых векторомнапряжений трехфазной сети, полученное с усреднением 0.1 Вв57Нормальное распределение площадей позволяет применять для их анализаметоды статистики и теории вероятности.

Так математическое ожидание площадиможно определить, как среднее арифметическое из массива известных площадейS величиной n.1 ns   S i n i 1(2.16)Таким образом, тезис о постоянстве среднего значения площадей секторов,определенных в установившемся режиме подтвержден экспериментально. Это всвою очередь подтверждает возможность применения определения этой величиныдля определения частоты питающего напряжения.Затем были получены зависимости ошибки расчета параметров годографовобобщенного вектора напряжения и частоты от различного количества начальныхданных. Для случая понижения напряжения в одной из фаз на 40% онипредставлены на рисунке 2.14.

Зависимости, полученные для других массивовэкспериментальных данных, представлены в виде графиков в приложении 2.Рисунок 2.14 – Зависимость ошибки определения величинИз рисунка видно, что при увеличении количества измерений, подаваемыхнавходалгоритма,ошибкапостепенносокращается.Представленныезависимости хорошо иллюстрируют тот факт, что динамика изменения ошибок, а58также их локальные минимумы и максимумы одинаковы. При некоторомколичестве измерений ошибка может достигнуть локального минимума.Линейные коэффициенты корреляции ошибок определения полуосей и площадиэллипса по отношению к ошибке определения частоты для провалов напряженияразличной глубины представлены в таблице 2.1.Таблица 2.1 – Коэффициенты корреляции ошибок определения параметровпитающего напряженияГлубина проваланапряженияКорреляция ∆w и ∆aКорреляция ∆w и ∆bКорреляция ∆w и ∆SКорреляцияэкспериментальных20%40%60%80%96%0.180.990.890.60.940.760.580.970.720.740.740.740.960.70.8междуошибками,полученнымиприрасчетеданных,подтверждаетсправедливостьпредположенийсделанных в предыдущих разделах, что в свою очередь позволяет обоснованноиспользовать ошибку вычисления частоты напряжения для оценки ошибкивычисления параметров питающего напряжения.В качестве примера результатов работы модернизированного алгоритма нарисунке 2.14 представлено сравнение годографа обобщенного вектора и линейныенапряжения, определенных с помощью предложенного алгоритма, при анализеблока данных полученных при снижении напряжения в одной из фаз на 40%.Допустимая ошибка определения частоты ∆wдоп во время определения параметровпитающего напряжения была принята равной 5%.59Рисунок 2.15 – Годограф обобщенного вектора напряжения (а) и линейныенапряжения (б), определенные с помощью итерационного алгоритма по критериюминимума ошибки определения частотыВидно,предложенногочтомеждуалгоритмаформамиикривых,исходнымиполученнымикривымиразницаспомощьюминимальна.Результаты обработки экспериментальных данных с количественной оценкойошибки определения частоты напряжения для этого и других рассмотренныхслучаев представлены в таблице 2.2.Таблица 2.2 – Результаты вычисления параметров питающего напряжения спомощью модернизированного алгоритма при ∆wдоп равной 5%Глубина проваланапряженияПотребовавшеесяколичество измеренияВремя, затраченное наизмерения, мсОпределенная ∆w, %Определенная ∆а, %Определенная ∆b, %Определенная ∆S, %20%40%60%80%96%1520141841,521,41,80,44,30,821,23,62,468,44,84,64,59,330,080,20,83,662,8360Полученные значения позволяют сделать вывод о том, что выбраннаястратегия является успешной, так как наибольшая ошибка определения величинполуосей составила 6%.

Графически полученные годографы и мгновенныезначения напряжения представлены в приложении 3.61Выводы по Главе 21.Показано, что для определения параметров питающего напряжения внесимметричных режимах целесообразно использовать представлениенапряжения сети в виде обобщенного вектора, так как годограф вектораописываетсяэллипсом,величиныполуосейкоторогосвязаныскомпонентами прямой и обратной последовательности.2.Доказанопостоянствосреднегозначениясекторов,откладываемыхобобщенным вектором напряжения за равные промежутки времени вустановившемся режиме.3.Предложен способ определения частоты питающего напряжения сиспользованием параметров годографа обобщенного вектора напряжения,основанный на сравнении площади годографа обобщенного вектора сосредней площадью секторов, откладываемых им за равные промежуткивремени.4.Представленпитающегомодернизированныйнапряжения,алгоритмоценивающийопределенияошибкупараметроввычисленийпутемсравнения ошибки расчета частоты напряжения способом, предложенным вглаве, с заранее заданным допустимым для этой ошибки значением.5.Для проверки разработанного алгоритма подготовлен и проведен натурныйэксперимент, в ходе которого получены массивы данных о напряженияхтрехфазной сети при однофазном провале напряжения различной глубины.6.В процессе обработки экспериментальных данных были полученызависимости относительных ошибок определения частоты и величинполуосей эллипса от количества измерений, подаваемых на вход алгоритма,корреляционный анализ которых подтвердил прямую связь междуотносительной ошибкой определения частоты ∆w и ошибками определенияпараметров питающего напряжения (∆a и ∆b).7.Анализ результатов работы модернизированного алгоритмапоказал, что при допустимой ошибке определения частоты в 5%,максимальная ошибка определения величины полуосей эллипса, а значенийвеличины напряжения составила 6%.62ГЛАВА 3 ПРЕДИКТИВНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВНАПРЯЖЕНИЯ ЗВЕНА ПОСТОЯННОГО ТОКА АСИНХРОННОГОЭЛЕКТРОПРИВОДА С ПАССИВНЫМ ВЫПРЯМИТЕЛЕМ ПРИПРОВАЛАХ НАПРЯЖЕНИЯДля анализа изменения напряжения ЗПТ при провале напряжения требуетсяописать энергетические процессы, происходящие в ЗПТ с учетом режима сети иэлектрической машины.

Поэтому в начале главы кратко рассмотрены принципыработы неуправляемого выпрямителя в составе асинхронного электропривода.Затем описывается решение задачи определения динамики заряда/разрядаконденсатораподаннымопотребленииэлектроэнергиидвигателеминапряжениях сети. При этом, определение параметров питающего напряжениявыполняется с помощью модернизированного алгоритма, представленного впредыдущей главе.

Таким образом, алгоритм определения динамики измененияЗПТ при провалах напряжения включает в себя модернизированный алгоритмопределения параметров питающего напряжения. Адекватность и точностьпредложенного метода расчета была проверена сначала путем сравнения сданными компьютерного моделирования, а затем и с данными, полученными входе натурного эксперимента.Дляэтогобыларазработанакомпьютернаямодельасинхронногоэлектропривода с векторным управлением и проведено моделирование работыдвигателя при провалах напряжения различного типа.

В главе описывается ееструктура, порядок и результаты моделирования. Далее дано описание натурногоэксперимента и порядок сбора экспериментальных данных. Кривые напряжениязвена постоянного тока были получены, при провалах напряжения различнойглубины, различных нагрузке и емкости конденсатора в ЗПТ.Заключительная часть главы посвящена оценке результатов натурногоэксперимента и сравнению их с результатами работы модернизированногоалгоритма.633.1 НеуправляемыйвыпрямительвструктуресовременногоэлектроприводаРазвитиесистемвекторногоуправленияопределилоструктурусовременного электропривода. Асинхронные и синхронные электродвигатели всовременных условиях управляются посредством частотного преобразователя,преобразующего постоянное напряжение в напряжение заданной частоты, фазы иамплитуды.

Постоянное напряжение получается путем выпрямления трехфазногонапряжения сети. Стандартным решением при проектировании электроприводамалой и средней мощности на высокое и среднее напряжение являетсяшестипульсныйвыпрямительнаосновеполупроводниковыхдиодов[43].Структура преобразователя частоты изображена на рисунке 3.1.Рисунок 3.1 – Структура преобразователя частоты с пассивным шестипульснымвыпрямителем и инвертором напряженияВходные токи преобразователя на рисунке 3.1 обозначены ia, ib и ic.

Токпротекающий через конденсатор обозначен iк, а ток нагрузки обозначен iload. Вкаждый момент времени оказываются открыты только два диода, к которымприложено наибольшее линейное напряжение uл с наибольшей амплитудой, нотолько в том случае, если оно больше напряжения в звене постоянного тока, этообуславливает нелинейность входных токов такого преобразователя и пульсациипостоянного напряжения.64Также в состав звена постоянного тока ПЧ включен разрядный резистор накотором происходит рассеивание энергии в случаях, когда напряжение звенапостоянного тока превышает допустимое, например при работе двигателя врежиме рекуперации. Ключ VT7 при этом работает в импульсном режиме, так чтопродолжительность его включения в рабочем цикле пропорциональна разницемежду текущим и допустимым напряжением на конденсаторе.Постояннаясоставляющаянапряжениянавыходенеуправляемогошестипульсного выпрямителя в симметричном режиме определяется выражением[36, 69, 74, 93]:Uк 3u, л max(3.1)Поддержание постоянного уровня напряжения на конденсаторе необходимодля управления двигателем посредством инвертора.

При постоянстве напряженияв ЗПТ модуль силовых ключей работает в режиме инвертор напряжения. Нарисунке 3.2 схематично изображен поток мощности через звено постоянного тока.Конденсатор, как правило, обладает незначительным тангенсом диэлектрическихпотерь, поэтому практически не потребляет активной мощности [43], чтообуславливает справедливость равенства:Pвх.к.  Pвых.к. ,(3.2)где Pвх.к. – активная мощность на входе звена постоянного тока, Pвых.к. –активная мощность на выходе звена постоянного тока.Рисунок 3.2 – Поток мощности в звене постоянного тока65Понятно, что при снижении напряжения в звене постоянного тока,снижается и способность привода формировать требуемые токи в обмоткахстатора и максимальный момент силы на валу двигателя.

При проваленапряжения постоянная составляющая напряжения звена постоянного токаснижается, а величина пульсаций увеличивается, что может привести к остановкеработы привода при срабатывании реле ЗМН, что было подробно описано впервой главе.3.2 Расчет параметров напряжения звена постоянного тока припровалах напряженияРассмотрим способ определения параметров напряжения ЗПТ по известнымлинейным напряжениям и мощности, потребляемой двигателем.