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die Auswirkung der Pulsweitenmodulation auf den Fehler der Induktionsstromzähler und auf Verluste in einem Asynchronmotor

Auswirkung der Pulsbreitenmodulation für Fehler Induktionsstromzähler und Verluste in asynchronen der Motor

AP Popow, AO Tschugulew, AA Gorshenkov, SM Klevanskii

Sibirische Staatliche Automobil- und Straßenakademie (SibADI)

Die Ergebnisse einer Untersuchung des Fehlers von Induktionszählern elektrischer Energie sowie von elektrischen Verlusten in einem Asynchronmotor unter Bedingungen eines hohen Oberschwingungsgrades in Strom- und Spannungskurven werden unter Verwendung des Mitsubishi- Frequenzumrichters ( E 500 FR - E 540-5,5 K - EC ) in als Quelle für nichtinusförmige Spannung. Es wird gezeigt, dass der Fehler der Induktionszähler der elektrischen Leistung und der elektrischen Verluste in einem Asynchronmotor mit nichtsinusförmigen Regimes in Schaltungen mit PWM um einige zehn Prozent zunimmt.

Bekanntlich werden in Stromversorgungssystemen in Verbindung mit der Zunahme von im Pulsbetrieb arbeitenden Stromverbrauchern Systeme mit Pulsweitenmodulation (PWM), Frequenzumrichter in elektrischen Antriebssystemen mit Asynchronmotoren, nichtlineare Lasten, Thyristorwandler usw. eingesetzt. ein hohes Niveau an höheren Harmonischen entsteht.

In diesem Zusammenhang bleibt die Frage der Messung der elektrischen Energie unter diesen Bedingungen relevant, obwohl der Messung der elektrischen Energie sowohl unter sinusförmigen Bedingungen als auch unter Bedingungen nicht-sinusförmiger elektromagnetischer Prozesse ein erheblicher Teil der Arbeit gewidmet wurde [1: 6] .

Zur Messung elektrischer Energie in Stromversorgungssystemen werden gegenwärtig sowohl Induktions- als auch elektronische Stromzähler verwendet. Letztere basieren meistens auf Analog-Digital-Wandlern mit Mikroprozessorrechnern, dh bei der Berechnung der elektrischen Leistung wird die Zeitmessung quantisiert und die zu den Stromwerten des Stroms und der Spannung proportionalen Eingangssignale quantisiert, was zwangsläufig zu einem Fehler bei der Berechnung der Energie führt.

In diesem Beitrag stellen wir die Ergebnisse einer Untersuchung des Fehlers von Induktionszählern elektrischer Energie sowie Leistungsverluste in einem Asynchronmotor unter Bedingungen hoher Harmonische in den Strom- und Spannungskurven dar. Zur gleichen Zeit wurde ein spezieller elektronischer Stromzähler verwendet, der es ermöglicht, verlässliche Informationen unter Bedingungen von Nicht-Sinusschwingungen zu erhalten, die durch PWM verursacht werden.

Als solcher elektronischer Zähler wurde zu diesem Zweck ein speziell konstruierter elektronischer Zähler verwendet, der mit einer hinreichend hohen Genauigkeit die Berechnung des Stromwertes der Elektrizität im Vergleich mit dem Induktionszähler, gemäß dem Ausdruck:

, (1)

wo - Momentanwert der Spannung an der Last;

* - Momentanwert des Laststroms;

- aktuelle Messzeit.

Im Strukturschema eines solchen Zählers als Multiplikator von Momentanwerten und ein Impulsmultiplizierer, ein Impulsintegrator und ein digitaler Impulszähler verwendet werden, was es ermöglicht, einen Gesamtfehler bei der Messung der aktuellen elektrischen Leistung in der Größenordnung von einigen Zehntelprozent (0,1 ± 0,2%) unter Bedingungen eines hohen Niveaus höherer Harmonischer bei Frequenzen eines Vielfachen von 50 Hz vorzusehen, Frequenzen von einigen zehn Kilohertz und verwenden sie als beispielhaftes Mittel zur Messung elektrischer Energie.

Dieses Papier versucht nicht, die vollständigen strukturellen und elektrischen Hauptkreise eines solchen Zählers zu beschreiben (solche Informationen können interessierten Organisationen und Institutionen zur Verfügung gestellt werden). Eine der Aufgaben besteht darin, den möglichen Pegel des Induktivitätsmessungsfehlers in nicht-sinusförmigen Modi mit einer hohen Verzerrung der Strom- und Spannungskurven auf der Last zu bestimmen.

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

Fig. 1. Strukturschaltbild der Anlage: Wh 1, Wh 3 - Induktionsstromzähler CO 505; Wh 2, Wh 4 - elektronische Stromzähler; TT - Stromwandler; ДН - das Maß des Drucks; PE - Frequenzumrichter; R n ist der Lastwiderstand.

Vor dem Versuch unter nicht-sinusförmigen Bedingungen wurde zuvor eine Prüfung durchgeführt, um die Messwerte der elektronischen und induktiven Zähler zu identifizieren, wenn dieselbe Last in einer Betriebsart nahe der Sinuskurve betrieben wird. Das Schema zum Einschalten der Geräte ist in Abb. 3. Das Zeitdiagramm der Spannungskurve an der Last ist in Fig. 2a .

a)

b)

c)

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

am Eingang und Ausgang des Notfalls für den Fall einer linearen aktiven Last

Fig. 3. Schema der Überprüfung von Induktions- und elektronischen Zählern auf

Identifizierung von Messwerten mit einem Modus nahe sinusförmig

Während des Versuchs wurde der folgende Betriebsmodus des Frequenzumrichters verwendet:

- Die Frequenz der Grundschwingung der Spannung am Ausgang des FP ist f = 50 Hz;

- Frequenz der PWM-Spannung am Ausgang des Notfalls - 1 kHz;

- Lastwiderstand des Frequenzumrichters R H = 38 Ohm (Modus nahe dem Nennwert)

Mehrere Experimente wurden mit einer ziemlich genauen Messung der Betriebszeit der Elektrizitätszähler durchgeführt und ihre Messwerte aufgezeichnet.

Gemäß den Angaben der elektronischen Energiezähler wird der Durchschnittswert des Wirkungsgrades des Frequenzumrichters bei der spezifizierten Last bestimmt:

wo - Durchschnittswert der Ausgangsleistung;

- Durchschnittswert des Stromverbrauchs;

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

Als ein Ergebnis der Messungen, die gemäß dem Schema in Fig. 1 , relative Werte wurden eingestellt * Unterschiede in den Messwerten der elektronischen und induktiven Stromzähler in Prozent der Ein- und Ausgänge des Notfalls, die unter Berücksichtigung der statistischen Verarbeitung wie folgt waren:

, .

Aus den erhaltenen Ergebnissen folgt, dass für die gleichen Lastwerte unter Bedingungen von nicht-sinusförmigen Moden in PWM-Schaltungen der Basisfehler der Induktionszähler einige zehn Mal größer ist als ihr Basisfehler im sinusförmigen Regime.

Die obigen Ergebnisse werden, wie bereits erwähnt, für eine lineare aktive Last erhalten. Aufgrund der Tatsache, dass PE hauptsächlich zur Versorgung von Asynchronmotoren (AD) zum Zwecke der Geschwindigkeitsregulierung verwendet wird, wurde ein Experiment durchgeführt, um die Verlustleistung in der AD zu bestimmen, indem es aus dem Notfall gespeist wurde . Mitsubishi E 500 FR - E 540-5,5 K - EC . Für die experimentellen Untersuchungen wurde der Asynchronmotor AIR100 L 2 Y 3 (Nennleistung 5,5 kW, 3000 U / min) verwendet. Als Last des AD wird ein Gleichstromgenerator mit gemischter Anregung verwendet, der auf das Heizelement geladen wird. Es wurden vorab Messungen der Leistung des verbrauchten PS und der Belastung im sinusförmigen Modus durchgeführt. Nach der Verarbeitung der experimentellen Daten wurde festgestellt, dass bei einer Versorgung des BP aus PE unter sonst gleichen Bedingungen die Leistungsverluste im Blutdruck um 30% im Vergleich zum sinusförmigen Regime ansteigen. Dies führt zu einer Änderung des thermischen Regimes des Blutdrucks und der Notwendigkeit, seine Belastung zu reduzieren. Die Gründe für die Zunahme der Blutdruckverluste bei nicht-sinusoidalen Therapien sind bekannt und werden in dieser Arbeit nicht diskutiert. Das Hauptziel war es, das Niveau dieser Verluste festzustellen.

Schlussfolgerungen:

1. Zum ersten Mal wurde das Niveau des Grundfehlers (zehn Prozent) der Induktionszähler der elektrischen Energie in den durch PWM erzeugten nicht-sinusförmigen Bedingungen experimentell bestimmt.

2.    Die Verluste in geregelten Asynchronmotoren, die mit PE betrieben werden, steigen ebenfalls um einige zehn Prozent im Vergleich zum Standard-Leistungsmodus, was zu einer Überhitzung des AD und der Notwendigkeit führt, die Lastenergie zu reduzieren.