124996 (593050), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Високоточний контроль та вимірювання кутової швидкості має велике значення не тільки при випробуваннях ЕМ, а в багатьох випадках і під час їх роботи. Це стосується систем точних приводів, систем автоматики, у яких ЕМ є складовими компонентами, систем, у яких відбувається керування електроприводами. Складним завданням є високоточний контроль та вимірювання кутової швидкості у динамічному режимі, контроль та вимірювання залежності кутової швидкості від часу - швидкісних діаграм. Контроль кутової швидкості у динамічному режимі ускладнюється рядом причин :

- контроль кутової швидкості у динамічному режимі проводиться за короткий проміжок часу;

- інформативні параметри змінюються у широкому діапазоні;

- виникає необхідність сумісних вимірювань часу та кутової швидкості;

- необхідність вияву короткочасних змін - «голкових провалів моменту», які

суттєво погіршують якість механічної енергії, сприяють виникненню ударів в

механічній трансмісії, що має зазори, з якою з’єднана ЕМ;

- відсутність методик розрахунку динамічних метрологічних характеристик;

Рівняння обертання валу ЕМ описується наступним рівнянням [4]:

, (1.5)

де М₀ - момент опору на валу,

М - обертаючий (електромагнітний) момент.

Динамічний момент ЕМ визначається лівою частиною рівняння (1.5) та дорівнює різниці між обертаючим моментом та моментом на валу, визначає кутове прискорення ротору та зв’язаних з ним мас.

. (1.6)

Момент опору обумовлений наявністю зовнішніх мас, що зв’язані з валом ЕМ. Він може існувати у перехідних та усталеному режимах роботи та бути відсутнім при випробуваннях ЕМ, може змінюватись у часі та залежати від кутової швидкості, але він характеризує зовнішні маси, а не саму ЕМ. При відсутності моменту опору на валу динамічний момент дорівнює обертаючому.

Аналіз виразу (1.5) свідчить про необхідність проведення вимірювання та контролю кутової швидкості в динамічному режимі та контролю моменту інерції для контролю та визначення параметрів руху.

Момент інерції ротору є однією з найважливіших характеристик ЕМ, яка визначає її динамічні властивості. Однак у довідковій літературі та технічних умовах на ЕМ він вказується не завжди. У відповідності з [5] момент інерції ротору може мати великі відхилення від номінального значення ( 10 % ). При проектуванні різноманітних електроприводів та систем автоматики розробників цікавлять точні значення моменту інерції роторів ЕМ (а деколи і роторів у зборі з виконавчими пристроями), оскільки вони визначають тепловий режим та швидкохідність ЕМ. Внаслідок неоднорідності матеріалу та складних геометричних форм ротору розрахункове визначення моменту інерції є трудомістким завданням зі складною методикою та великою похибкою. Більш точним є експериментальне визначення моменту інерції. Питанням експериментального визначення моменту інерції присвячено багато наукових робіт [6, 7], але високоточного, простого, швидкодіючого пристрою його контролю досі нема. Найбільш розповсюджені в теперішній час методи визначення моменту інерції [6], це метод допоміжного маятнику, який використовується для ЕМ потужністю від 10 до 1000 кВт, метод самогальмування, який використовується для ЕМ потужністю вище 100 кВт, метод крутильних коливань. Останній є найбільш універсальним та придатний для контролю моменту інерції ЕМ як великої потужності, так і мікродвигунів. Згідно цієї методики, частина ЕМ, що обертається, підвішується у вертикальному положенні осі обертання та приводиться у крутильний коливальний рух. При цьому визначається період малих крутильних коливань, який потім порівнюється з періодом коливань еталонного тіла з відомим моментом інерції. Шуканий момент інерції визначається з виразу:

, (1.7)

де - момент інерції еталонного тіла,

- період коливань еталонного тіла,

- період коливань частини ЕМ, що обертається.

Незважаючи на універсальність, цей метод має такі суттєві недоліки, як необхідність розбирання ЕМ та велику трудомісткість, що значно обмежує його використання. За допомогою цього методу неможливий контроль моменту інерції ЕМ в процесі їх роботи та без їх демонтування.

Нині відомі наукові розробки, що присвячені визначенню параметрів та характеристик ЕМ з аналізу динамічних режимів їх роботи [6, 7]. У роботах [8, 9], розроблено спосіб визначення моменту інерції та моменту опору на валу за допомогою двох зразкових мас з відомими моментами інерції на основі використання інформації про зміну кутової швидкості. Він полягає у вимірюванні кутового прискорення у режимах пуску та самогальмування асинхронної трифазної ЕМ при встановлених на валу зразкових масах. На основі отриманих результатів вирішується система рівнянь, з якої знаходяться шукані величини. Цей метод має високу точність, та у порівнянні з іншими методами, високу швидкодію, але він не придатний для контролю моменту інерції ЕМ з газомагнітним підвісом ротору, тому як для більшості таких машин режим самогальмування відсутній, а зупинення здійснюється примусово, шляхом подання постійної напруги замість змінної напруги живлення, що створює гальмівний момент.

Для контролю моменту інерції таких ЕМ перспективним є спосіб, заснований на визначенні амплітуди крутильних коливань ротору під час їх роботи в усталеному режимі. Але він потребує подальшої розробки для визначення аналітичних співвідношень, що зв’язують контролюємий параметр з вихідними параметрами ЕМ, інформацію про які можна отримати шляхом прямих вимірювань.

Механічна характеристика (МХ) є однією з найважливіших та найбільш інформативних характеристик ЕМ та визначається як залежність між обертаючим моментом та кутовою швидкістю обертання:

М=f( ), (1.8)

або

=f(М), (1.9)

що отримана при незмінних напрузі живлення та частоті мережі.

Вигляд МХ обумовлюється різноманітними початковими умовами та іншими параметрами. З великою кількості таких МХ виділяють пускову МХ, яка називається ще природною та вимірюється при підключені ЕМ до мережі живлення з номінальними параметрами при відсутності на валу моменту опору та додаткових моментів інерції. За МХ при відповідних умовах розраховуються статичні параметри ЕМ. Наприклад, для трифазної асинхронної ЕМ, МХ режиму реверсу при наявності належного додаткового моменту інерції, наближується до МХ статичного режиму, що дає можливість зменшити час вимірювань таких статичних параметрів, як початковий пусковий момент, максимальний момент та інші. Окрім цього за МХ характеристикою можливо оцінити деякі види браку. Наприклад, при асиметрії обмотки ротору асинхронного двигуна, форма МХ характеристики суттєво відрізняється від зразкової. При невірному з’єднанні секцій обмотки статору час розбігу затягнений у порівнянні із зразковим.

З вищесказаного слідує, що підвищення точності визначення не тільки механічної характеристики, а і багатьох інших параметрів ЕМ вимагає наявності високоточних пристроїв вимірювання та контролю кутової швидкості у статичному та динамічному режимах роботи об’єкту контролю, та точних автоматичних і швидкодіючих пристроїв контролю моменту інерції роторної системи для будь-якої ЕМ. Це обумовлює доцільність їх подальшої розробки та дослідження.

2. Техніко-економічне обґрунтування доцільності розробки комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

2.1 Особливості вимірювання параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом

Задачі контролю та управління якістю, які вирішуються на різних етапах процесів виготовлення та використання електромеханічних перетворювачів енергії (ЕМПЕ), є різноманітні та взаємопов’язані. В теперішній час, завдяки досягненням мікропроцесорної та вимірювальної техніки стало можливим використовувати автоматичні пристрої та системи різного рівня інтелекту для вимірювання та контролю різноманітних параметрів ЕМПЕ як в процесі їх виготовлення, так і під час їх експлуатації. В інформаційному забезпеченні систем контролю і управління якістю значна роль відводиться проведенню контрольно-вимірювальних, випробних та діагностичних робіт. Ці роботи спрямовані на отримання та використання інформації про показники надійності та якості виробляємих електричних машин. Відповідальними етапами на шляху створення інтегрованих систем вимірювання, контролю, управління якістю вироблюємих електричних машин є розробка та впровадження сучасних методів для промислового контролю, випробувань та діагностики.

При різних видах випробувань ЕМПЕ виникає необхідність вимірювання характеристик руху (ХР), а саме кутової швидкості обертання ; сковзання ; обертаючого моменту М; механічної характеристики; приведеного моменту інерції ротору ЕМПЕ J; моменту механічних втрат М₀. Перераховані фізичні величини входять до загального рівняння рух електричної машини (ЕМ), що дає можливість об’єднати їх під загальною назвою характеристики руху електричних машин ХР ЕМ; Вони повинні визначатись як у статичному так і динамічному режимах роботи.

Механічна характеристика (МХ) є однією з найважливіших та

найінформативніших характеристик ЕМПЕ та визначається як залежність між обертаючим моментом та кутовою швидкістю обертання М=f( ) або =f(М), що отримана при незмінних напрузі живлення та частоті мережі [13].

Вигляд МХ обумовлюється різноманітними початковими умовами та іншими параметрами. З великою кількості таких МХ виділяють пускову МХ, яка називається ще природною та вимірюється при підключенні ЕМ до мережі живлення з номінальними параметрами при відсутності на валу моменту опору та додаткових моментів інерції. За МХ при відповідних умовах розраховуються статичні параметри ЕМПЕ. Наприклад, для трифазного асинхронного електродвигуна, МХ режиму реверсу при наявності належного додаткового моменту інерції, наближується до МХ статичного режиму, що дає можливість зменшити час вимірювань таких статичних параметрів, як початковий пусковий момент, максимальний момент та інші. Окрім цього за МХ характеристикою можливо оцінити деякі види браку. Наприклад, при несиметрії обмотки ротора асинхронного двигуна, форма МХ характеристики суттєво відрізняється від зразкової. При невірному з’єднанні секцій обмотки статора час розбігу затягнений у порівнянні із зразковим [14].

Вимірювання МХ у перехідному режимі роботи ЕМПЕ має наступні особливості у порівнянні з вимірюванням в статичному режимі: динамічні вимірювання проводяться за короткий проміжок часу; інформативні параметри змінюються у широкому діапазоні; в деяких випадках виникає необхідність сумісних вимірювань (наприклад кутова швидкість вимірюється сумісно з часом, що потребує наявності двох вимірювальних каналів); необхідність вияву короткочасних змін - «голкових провалів моменту», які суттєво погіршують якість механічної енергії, сприяють виникненню ударів в механічній трансмісії, що має зазори, з якою з’єднано електродвигун; відсутність методик розрахунку динамічних метрологічних характеристик.

Рух обертання ЕМПЕ описується наступним рівнянням [15]:

(2.1)

Аналіз виразу (2.1) свідчить про необхідність проведення динамічних вимірювань кутової швидкості для визначення параметрів руху. Кутова швидкість, а точніше її залежність від часу є як і МХ однією з найважливіших характеристик ЕМПЕ. Контроль кутової швидкості в багатьох випадках є необхідним у різноманітних технологічних процесах. Вимірювання МХ нерозривно зв’язане з вимірюванням кутової швидкості обертання, а вимірювання кутової швидкості у динамічному режимі ускладнено тими самими причинами, що і вимірювання механічної характеристики. Питанням автоматизації та механізації праці при випробуваннях ЕМПЕ приділяється недостатньо уваги. Вітчизняною промисловістю не виготовляються автоматизовані прилади для досліджень та промислових випробувань. Між тим, електродвигуни в основному є садовими інших, більш складних виробів. Тому відказ в роботі електродвигуна може привести до відказу в роботі всього пристрою, вартість якого значно перевищує вартість електродвигуна. Вище сказане обумовлює необхідність подальшої розробки автоматизованих пристроїв не тільки для промислового контролю характеристик електродвигунів, а також під час їх експлуатації. Розвиток інформаційно-вимірювальної техніки у напрямку все більшого використання мікроконтролерів, персональних ЕОМ, ускладнення об’єктів вимірювання, і як наслідок алгоритмів процедур вимірювання, вимагає використання інтелектуальної апаратури.

2.2 Проведення маркетингових досліджень

При створенні розробки велика увага повинна приділятися ринковим умовам, тому, що перевагу одержують найбільш прості i доступні для впровадження розроблені системи вимірювання та контролю кутової швидкості, якi мають малу ціну i велику надійність. Найбільш близька модель ринку, яка досліджується в дипломному проектi - олiгополiя. Висновок обумовлений тим, що цим питанням займається обмежена кількість фірм. До них відносяться науково-дослідні інститути i дослідні лабораторії. Велика перевага даної розробки у її гнучкості i застосуванні до різних систем обладнання різноманітних підприємств. Дана розробка забезпечує вимірювання та контроль частоти обертання у великих межах. Крім того дана система легко переобладнується для використання в інших цілях. Даний пристрій вимірювання та контролю частоти обертання буде притягувати до себе увагу багатьох підприємств i фірм, оскільки розроблювана система забезпечує ефективну роботу. Потенційними споживачами розробляємого пристрою можуть бути цукрові заводи, але споживачами також будуть великі підприємства, якi мають справу з системами, де потрібно вимірювати та контролювати кутову швидкість. Так як прилад має великі межі вимірювання, то він набуде більшого застосування, ніж подібні йому прилади. Пристрої розроблені на основі мікропроцесорної техніки будуть мати велику надійність. Отже, їх робота забезпечить надійну роботу систем, де необхідно контролювати частоту обертання на протязі декількох років, з урахуванням того, що сезон цукроваріння складає 70 - 90 діб. Із вище сказаного можна зробити висновок про те, що цукрові заводи Вінницької області, будуть споживачами даної системи, отже, тільки в перший рік потрібно буде виготовити біля 80 (шт), на наступні роки біля 25 (шт). З урахуванням того, що даний пристрій з успіхом може використовуватись і на інших підприємствах, таких як науково-дослідні лабораторії, підприємства по виготовленню електротехнічної продукції, то можливо виробництво даної розробки зросте.

Характеристики

Список файлов ВКР