Диссертация (785746), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Подтверждена адекватность разработанной модели путем сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными. Расхождение результатов не превышает 15%.7. Учитывая относительную простоту разработанной системы регулирования и вычислительных алгоритмов, ее возможно реализовать с использованиемсовременных микропроцессорных контроллеров, к которым не предъявляютсявысокие требования по производительности, разрядности и быстродействию. Дляпостроения системы регулирования рекомендуются контроллеры фирмы ОВЕН.126ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИНДУКЦИОННО-РЕЗИСТИВНОГО НАГРЕВАТЕЛЯ5.1. Цель исследования и описание экспериментального стендаЭкспериментальное исследование имеет ряд преимуществ перед теоретическими методами расчета, в которых необходимо использовать ряд допущений,упрощающих физическую природу процесса, что вносит в расчет определеннуюпогрешность.
При экспериментальных исследованиях достоверность результатовповышается, а погрешность измерений, как правило, не превышает допустимыхдля практики значений.В ходе экспериментальных исследований были решены следующие задачи:– определены электрические и энергетические характеристики индуктора вразных режимах работы;– определены температуры локализатора и индуктора при работе нагревателя;– исследованы режимы работы нагревателя;– исследовано гармоническое искажение питающей сети, вносимое тиристорным регулятором мощности;– исследовано тепловыделение в индукторе методом калориметрирования;– проведены взрывные ресурсные испытания нагревателя.Экспериментальные исследования проводились на физической модели нагревателя с параметрами, выбранными в результате математического моделирования (Глава 3, 4).
Для исследования в АО «КНИИМ» разработан испытательныйстенд (рис. 5.1), который включает ИРН, систему регулирования температуры,систему охлаждения индуктора, контрольно-измерительное оборудование для замера электрических и тепловых параметров. Характеристики оборудования, использовавшегося в стенде, приведены в Приложении В.Система регулирования выполнена на базе двухканального измерителярегулятора (ИР) с аналоговым и релейным выходами и тиристорного регулятора127мощности (РМ), который питается от однофазной электросети частотой 50 Гц инапряжением 380 В. Для измерения температуры наружной поверхности локализатора и обмотки использовались термоэлектрические преобразователи (Тлок иТинд).Система охлаждения индуктора состоит из винтового компрессора (К) и блока подготовки воздуха, включающего распределитель (Р), фильтр-осушитель (Ф),регулятор давления (РД), датчики расхода (ДР) и давления (ДД) воздуха. Для проведения калориметрирования на входном и выходном патрубках системы охлаждения устанавливались термоэлектрические преобразователи (Тхол, Тгор).Рис.
5.1. Схема испытательного стендаДля регистрации электрических параметров индуктора использовались датчики тока (ДТ), напряжения (ДН) и мощности (ДМ), которые соединялись с мультиметром (М). Кроме этого, для исследования гармонических процессов в системепитания использовался анализатор параметров электросети (А).128Измеритель-регулятор (ИР), блок подготовки воздуха, мультиметр (М) и анализатор (А) по интерфейсам RS–485 и USB подключены к ПЭВМ, на которой производилась регистрация и запись всех параметров в режиме реального времени.Измерение температуры на внутренней поверхности локализатора осуществлялось при помощи инфракрасного пирометра (П) по меткам, нанесенным передиспытаниями.
Перепад температуры на внутренней поверхности локализатора замерялся тепловизором (ТВ).Оборудование испытательного стенда позволяет вести синхронную регистрацию, обработку, визуализацию и архивацию параметров процесса в реальноммасштабе времени, что позволяет получить зависимости температурных и электрических параметров нагревателя в разных режимах работы.5.2. Порядок проведения экспериментовЭксперименты проводились следующим образом: включалось питание индуктора и системы регулирования, включался компрессор.
Устанавливались температурные уставки локализатора и индуктора, давление и расход сжатого воздуха. Для программирования измерителя-регулятора использовались коэффициентусиления и ошибка регулирования, полученные на структурной модели (Глава 4).Начинался пусковой нагрев, при этом показания температуры наружной поверхности локализатора, индуктора и выходящего воздуха записывались непрерывно втечение всего процесса с интервалом 10 с. Электрические параметры записывались непрерывно с интервалом 1 с.
В дальнейшем полученные данные анализировались в программах Owen Process Manager и Power Analyser Transfer.Температура внутри локализатора замерялась пирометром каждые 30 мин втрех точках, соответствующих толщине стенки локализатора 60, 100 и 120 мм.Замеры производились в центральной части локализатора, где предварительнобыли нанесены метки, на которые производилось прицеливание пирометра.Перепад температуры по длине определялся по термограммам внутреннейповерхности локализатора, которые делались каждые 30 мин. Для определения129перепада температуры при разной толщине стенок единовременно делалось тритермограммы, соответствующие толщине стенки 60, 100 и 120 мм. Для обработкитермограмм использовалась программа FLIR ResearchIR.Электрические потери в индукторе определялись методом калориметрирования – путем замера температуры и расхода выходящего воздуха.
При калориметрировании с помощью блока подготовки воздуха задавался расход и давлениеохлаждающего воздуха, которые поддерживались на заданном уровне. Замеряласьтемпература воздуха на входе в систему охлаждения, которая в процессе испытаний принималась постоянной и составляла 15°С. Для получения достоверных результатов нагреватель выводился на установившийся режим путем подбора расхода воздуха, при котором температура воздуха на выходе из индуктора изменялась не более чем на 3°С/ч. Исследования показали, что для достижения данногосостояния необходим мощный компрессор с производительностью 300 м 3/ч дляинтенсивного охлаждения.Учитывая, что нагрев и последующее охлаждение локализатора до начальной температуры занимает порядка 24 часов, исследования проводились в узкомдиапазоне параметров.
При испытаниях мощность на регуляторе менялась в диапазоне 8–15 кВт, расход воздуха 50–90 м3/ч.Взрывные ресурсные испытания проводились на опытном образце нагревателя с использованием макетов боеприпасов с массой ВВ от 0,1 до 0,7 кг в тротиловом эквиваленте. Макеты вручную загружались в разогретый локализатор, нагревались и взрывались, затем локализатор металлической щеткой очищался отосколков и загружался следующий макет. После серии подрывов производилсязамер деформации наружной и внутренней поверхностей локализатора.5.3. Исследование электрических характеристик индуктораИз-за низкой производительности компрессора ВК–20А, недостаточной дляинтенсивного охлаждения обмотки, электрические параметры исследовались врежиме пускового нагрева со слабым охлаждением.
В результате замеров получе-130ны графики изменения тока, напряжения (рис. 5.2), активной, реактивной и полной мощности (рис. 5.3) индуктора в процессе нагрева.Из полученных данных видно, что до времени 2,4 ч происходит монотонный нагрев локализатора, затем в период с 2,4 до 9,0 ч производится ступенчатыйнагрев локализатора, при котором периодически отключатся питание индуктораиз-за его перегрева. С 9,0 ч начинается режим уничтожения, в котором поддерживается заданная температура.
Данный режим характеризуется частыми колебаниями напряжения и тока, обусловленные работой пропорционального регулятора.Рис. 5.2. Изменение полной S, активной P и реактивной Q мощностипри пусковом нагревеРис. 5.3. Изменение тока I и напряжения U индуктора при пусковом нагревеКроме этого, получены осредненные графики изменения коэффициентамощности PF (рис. 5.4), вычисленного с использованием среднеквадратичныхзначений всех гармоник, смещенного коэффициента мощности DPF, вычисленного с использованием среднеквадратичных значений основной гармоники, численно равного cos φ, а также tg φ, который является характеристикой реактивных потерь.131Рис.
5.4. Осредненные зависимости коэффициента мощности PF, cos φ и tg φ припусковом нагревеНе учитывая скачки при ступенчатом нагреве локализатора, из графиковвидно, что электрические параметры индуктора в процессе нагрева не претерпевают существенных изменений. В результате осреднения параметров по времениполучены следующие интегральные характеристики индуктора, приведенные втабл. 5.1.Таблица 5.1 – Осредненные характеристики индуктораМонотонныйСтупенчатыйнагрев 0–2,4 ч нагрев 2,4–9,0 чТок I, А130110Напряжение U, В250260Полная мощность S, кВА3127Активная мощность P, кВт2524Реактивная мощность Q, квар1914PF0,910,91DPF (cos φ)0,760,84tg φ0,450,44ПараметрРежим уничтожения >9,0 ч70170111050,930,910,4Из таблицы видно, что индуктор имеет естественный cos φ = 0,76…0,9, поэтому для разгрузки сети необходимо в систему питания ввести батарею конденсаторов с суммарной реактивной мощностью 20 квар.В качестве источника питания индуктора используется тиристорный регулятор, использование которого приводит к искажению формы тока, т.е.
появлению высших гармоник тока. Мгновенная кривая тока и напряжения показана нарис. 5.5.132Рис. 5.5. Кривые тока и напряжения при работе тиристорного регулятораОсновным показателем влияния высших гармонических составляющих является коэффициент гармонического искажения (КI), который характеризует степень отличия формы сигнала от синусоидального, вычисляемого как отношениесреднеквадратичного значения всех высших гармоник сигнала к первой гармонике.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
