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der Einfluss der Pulsweitenmodulation auf den Fehler von Induktionsstromzählern und die Verluste in einem Asynchronmotor

Effekt der Pulsweitenmodulation auf Fehler Induktionsstromzähler und Verluste in asynchroner Motor

A.P. Popov, A.O. Chugulev, A.A. Gorshenkov, S.M. Klevansky

Sibirische Staatliche Automobil- und Autobahnakademie (SibADI)

Die Ergebnisse der Untersuchung des Fehlers von Induktionsmessern elektrischer Energie sowie der elektrischen Verluste in einem Asynchronmotor unter hohen Oberwellen in den Strom - und Spannungsverläufen bei Verwendung eines Frequenzumrichters der Firma Mitsubishi ( E 500 FR - E 540-5,5 K - EC ) in als Quelle nicht sinusförmiger Spannung. Es wird gezeigt, dass der Fehler von Induktionsstromzählern und die elektrischen Verluste in einem Asynchronmotor mit nicht sinusförmigen Modi in PWM-Schaltkreisen um einige zehn Prozent zunehmen.

Bekanntlich werden in Energieversorgungssystemen aufgrund einer Zunahme von gepulsten Stromverbrauchern sowie in Systemen mit Pulsweitenmodulation (PWM) Frequenzumrichter in elektrischen Antriebssystemen mit Asynchronmotoren, nichtlinearen Lasten, Thyristorumrichtern usw. eingesetzt. es gibt ein hohes Maß an höheren Harmonischen.

In diesem Zusammenhang bleibt die Frage der Messung elektrischer Energie unter diesen Bedingungen relevant, obwohl eine erhebliche Anzahl von Arbeiten, zum Beispiel [1: 6] , der Messung elektrischer Energie sowohl unter sinusförmigen Moden als auch unter nicht sinusförmigen elektromagnetischen Prozessen gewidmet ist.

Zur Messung elektrischer Energie in Stromversorgungssystemen werden gegenwärtig sowohl Induktions- als auch elektronische Elektrizitätszähler verwendet. Darüber hinaus basieren letztere meist auf Analog-Digital-Wandlern mit mikroprozessorbasierten Rechnern, dh bei der Berechnung der Elektrizität werden Zeitmessungen abgetastet und Eingangssignale proportional zu Strom- und Spannungswerten an der Last quantisiert, was unweigerlich zu einem Fehler bei der Berechnung der Energie führt.

In diesem Artikel werden die Ergebnisse einer Studie zum Fehler in Induktionsmessgeräten für elektrische Energie sowie zu Leistungsverlusten in einem Asynchronmotor unter Bedingungen hoher Oberwellen in den Strom- und Spannungskurven vorgestellt. In diesem Fall wurde ein spezieller elektronischer Zähler für elektrische Energie verwendet, der es ermöglicht, zuverlässige Informationen bei nicht sinusförmigen Bedingungen zu erhalten, die durch PWM verursacht werden.

Als ein solches elektronisches Zählwerk wurde ein speziell für diesen Zweck entwickeltes elektronisches Zählwerk verwendet, das die Berechnung des aktuellen Stromwerts mit einer ziemlich hohen Genauigkeit ermöglichte verglichen mit einem Induktionszähler gemäß dem Ausdruck:

, (1)

wo - Momentanspannung an der Last;

* - momentaner Laststrom;

- aktuelle Messzeit.

Im Blockschaltbild eines solchen Zählers als Multiplikator der Momentanwerte und Es werden ein Impulsmultiplikator, ein Impulsintegrator und ein digitaler Impulszähler verwendet, die es ermöglichen, den gesamten Messfehler des Stromwerts der elektrischen Leistung in der Größenordnung von mehreren Zehntelprozent (0,1–0,2%) bei Bedingungen hoher Harmonischer bei Frequenzen von 50 Hz bis zu gewährleisten Frequenzen von mehreren zehn Kilohertz, und verwenden Sie es als ein beispielhaftes Mittel zur Messung elektrischer Energie.

In diesem Artikel geht es nicht darum, den vollständigen Aufbau und die wichtigsten Stromkreise eines solchen Zählers zu beschreiben (interessierte Organisationen und Institutionen können mit solchen Informationen versorgt werden). Eine der Aufgaben besteht darin, den möglichen Fehlergrad in einem Induktionszähler in nicht sinusförmigen Moden mit einem hohen Grad an Verzerrung der Strom- und Spannungskurven an der Last zu bestimmen.

Die Untersuchungen wurden mit einem Mitsubishi E 500 FR- E 540-5,5 K- EC- Frequenzumrichter (PP) mit einer Nennleistung von 5,5 kW durchgeführt. Als Last wurden Heizelemente und ein Asynchronmotor verwendet. Das Blockschaltbild der Anlage mit Heizelementen und die Zeitdiagramme der Ströme und Spannungen sind in Abb. 1 und fig. 2

Abb. 1. Blockschaltbild der Anlage: Wh 1, Wh 3 - Induktionsstromzähler CO 505; Wh 2, Wh 4 - elektronische Stromzähler; TT - Stromwandler; DN - Spannungssensor; PE - Frequenzumrichter; R n - Lastwiderstand.

Vor der Durchführung des Experiments unter nicht sinusförmigen Bedingungen wurde eine Überprüfung durchgeführt, um die Ablesungen von elektronischen Messgeräten und Induktionsmessgeräten zu identifizieren, wenn mit der gleichen Last in einem nahezu sinusförmigen Modus gearbeitet wurde. Das Geräteanschlussdiagramm ist in Abb. 2 dargestellt. Das Zeitdiagramm des Spannungsverlaufs an der Last ist in Abb. 3 dargestellt . 2a

a)

b)

c)

Abb. 2. Zeitdiagramme der Phasenspannungen (a und c) und der Phasenströme (b und c)

Ein- und Ausgang PE bei linearer Wirklast

Abb. 3. Diagramm zum Testen von Induktions- und elektronischen Zählern

Identifizierung von Anzeigen im Modus nahe sinusförmig

Während des Versuchs wurde folgende Betriebsart des Frequenzumrichters verwendet:

- Frequenz der Hauptharmonischen der Spannung am Ausgang des Notzustands f = 50 Hz;

- Die Frequenz der PWM-Spannung am Ausgang des PR beträgt 1 kHz.

- Lastwiderstand des Frequenzumrichters R H = 38 Ohm (Betriebsart nahe am Nennwert)

Mehrere Experimente wurden mit einer ziemlich genauen Messung der Betriebszeit von Elektrizitätszählern und der Aufzeichnung ihrer Ablesungen durchgeführt.

Nach den Ablesungen von elektronischen Elektrizitätszählern wurde der Durchschnittswert des Wirkungsgrades des Frequenzumrichters bei der angegebenen Last bestimmt:

wo - die durchschnittliche Leistung am Ausgang des Notfalls;

- Durchschnittswert des Stromverbrauchs;

(Die Standardabweichung der Messwerte vom Mittelwert betrug 0,05%)

Als Ergebnis der Messungen nach dem Schema von Abb. Es wurden 1 relative Werte ermittelt * Die Differenz zwischen den Ablesungen von elektronischen und induktiven Elektrizitätszählern als Prozentsatz der Eingabe und Ausgabe eines Notfalls, die unter Berücksichtigung der statistischen Verarbeitung wie folgt war:

, .

Aus den erhaltenen Ergebnissen folgt, dass bei gleichen Lastwerten unter nicht sinusförmigen Bedingungen in PWM-Schaltkreisen der Grundfehler von Induktionsstromzählern um ein Dutzend Mal größer ist als ihr Grundfehler im sinusförmigen Modus.

Die Ergebnisse der Studie wurden, wie bereits erwähnt, für die lineare Wirklast erhalten. Aufgrund der Tatsache, dass PEs hauptsächlich zum Antreiben von Asynchronmotoren (BP) zur Drehzahlregelung verwendet werden, wurde ein Experiment durchgeführt, um die Leistungsverluste in BPs zu bestimmen, wenn diese mit dem Mitsubishi PE 500 FR- E 540-5,5 K- EC betrieben wurden . Für experimentelle Untersuchungen wurde ein Asynchronmotor AIR100 L 2 Y 3 (Nennleistung 5,5 kW, 3000 U / min) verwendet. Ein Gleichstromgenerator, der auf eine Heizung mit gemischter Erregung geladen war, wurde als Last des arteriellen Drucks angelegt. Vorab wurden die vom Blutdruck und der Belastung im Sinusmodus aufgenommene Leistung gemessen. Nach dem Verarbeiten der experimentellen Daten wurde festgestellt, dass der Leistungsverlust in dem BP um 30% im Vergleich zu dem sinusförmigen Modus zunimmt, wenn der BP aus dem Notfallzustand unter allen anderen Bedingungen mit Strom versorgt wird. Dies führt zu einer Änderung des thermischen Modus des Blutdrucks und der Notwendigkeit, seine Belastung zu verringern. Die Gründe für den Anstieg der Blutdruckverluste in nicht sinusförmigen Regimen sind bekannt und werden in dieser Arbeit nicht erörtert. Hauptziel war es, die Höhe dieser Verluste zu ermitteln.

Schlussfolgerungen:

1. Zum ersten Mal wurde das Niveau des Grundfehlers (zehn Prozent) von Induktionsstromzählern unter nicht sinusförmigen Bedingungen, die durch PWM erzeugt wurden, experimentell ermittelt.

2    Die Verluste bei geregelten Asynchronmotoren, die im Notfall betrieben werden, erhöhen sich im Vergleich zum Standardleistungsmodus ebenfalls um einige zehn Prozent, was zu einer Überhitzung des arteriellen Drucks und der Notwendigkeit führt, die Leistung der Last zu verringern.