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der Einfluss der Pulsbreitenmodulation auf den Fehler von Induktions-Stromzählern und Verluste in einem Asynchronmotor

Wirkung der Pulsbreitenmodulation im Fehlerfall Induktionszähler und Verluste in asynchronen Motor

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

Sibirische staatliche Automobil- und Autobahnakademie (SibADI)

Die Ergebnisse der Untersuchung des Fehlers von Induktionsmessgeräten elektrischer Energie sowie elektrischer Verluste in einem Asynchronmotor unter Oberwellen in den Strom - und Spannungsverläufen mit Hilfe des Frequenzumrichters der Firma Mitsubishi ( E 500 FR - E 540-5,5 K - EC ) in als Quelle für nicht sinusförmige Spannung. Es wird gezeigt, dass der Fehler von Induktions-Stromzählern und elektrischen Verlusten in einem Asynchronmotor mit nicht-sinusförmigen Moden in PWM-Schaltungen um einige zehn Prozent zunimmt.

Bekanntermaßen werden in Stromversorgungssystemen aufgrund einer Zunahme von impulsbetriebenen Stromverbrauchern, sowie Systemen mit Pulsweitenmodulation (PWM), Frequenzumrichter in elektrischen Antriebssystemen mit Asynchronmotoren, nichtlinearen Lasten, Thyristorkonvertern etc. eingesetzt. es gibt ein hohes Niveau an höheren Harmonischen.

In diesem Zusammenhang bleibt die Frage der Messung der elektrischen Energie unter diesen Bedingungen relevant, obwohl eine beträchtliche Anzahl von Arbeiten, beispielsweise [1: 6] , sich mit Fragen der Messung der elektrischen Energie sowohl unter sinusförmigen als auch unter nicht-sinusförmigen elektromagnetischen Prozessen befassen.

Um elektrische Energie in Stromversorgungssystemen zu messen, werden gegenwärtig sowohl Induktions- als auch elektronische Stromzähler verwendet. Letztere basieren meistens auf Analog-Digital-Umsetzern, die Mikroprozessorrechner verwenden, dh bei der Berechnung von Elektrizität wird eine Abtastung von Zeitmessungen und eine Quantisierung von Eingangssignalen proportional zu Stromwerten von Strom und Spannung an der Last verwendet, was unweigerlich zu Fehlern bei der Berechnung von Energie führt.

In diesem Beitrag werden die Ergebnisse einer Untersuchung des Fehlers bei Induktionsmessgeräten elektrischer Energie sowie der Leistungsverluste in einem Asynchronmotor unter Bedingungen eines hohen Niveaus von Oberschwingungen in den Strom- und Spannungskurven vorgestellt. In diesem Fall wurde ein spezielles elektronisches Messgerät mit elektrischer Energie verwendet, das es ermöglicht, bei nicht sinusförmigen Bedingungen, die durch PWM verursacht werden, zuverlässige Informationen zu erhalten.

Als ein solches elektronisches Meßgerät wurde ein speziell für diesen Zweck entwickeltes elektronisches Meßgerät verwendet, das mit einer ziemlich hohen Genauigkeit die Berechnung des Stromwertes der Elektrizität liefert verglichen mit einem Induktionszähler, in Übereinstimmung mit dem Ausdruck:

(1)

wo - momentane Spannung an der Last;

* - Momentaner Laststrom;

- aktuelle Messzeit.

Im Blockschaltbild eines solchen Zählers als Multiplikator von Momentanwerten und eine gepulste Multipliziereinrichtung, ein Pulsintegrator und ein digitaler Pulszähler werden verwendet, was es ermöglicht, den Gesamtmessfehler des Stromwerts der elektrischen Leistung in der Größenordnung von einigen Zehntelprozent (0,1-0,2%) unter Bedingungen hoher Harmonischer bei Frequenzen von Vielfachen von 50 Hz bis zu Frequenzen von mehreren zehn Kilohertz, und verwenden Sie es als ein Beispiel für die Messung der elektrischen Energie.

In diesem Papier ist es nicht das Ziel, die vollständigen strukturellen und wichtigsten elektrischen Schaltkreise eines solchen Zählers zu beschreiben (diese Informationen können interessierten Organisationen und Institutionen zur Verfügung gestellt werden). Eine der Aufgaben besteht darin, die mögliche Fehlerhöhe in einem Induktionszähler in nicht sinusförmigen Modi mit einer hohen Verzerrung der Strom- und Spannungsverläufe an der Last zu bestimmen.

Die Untersuchungen wurden mit einem Mitsubishi E 500 FR- E 540-5,5 K- EC Frequenzumrichter mit einer Nennleistung von 5,5 kW durchgeführt. Als Last wurden Heizelemente und ein Asynchronmotor verwendet. Das Blockschaltbild der Installation mit Heizelementen und Zeitdiagrammen für Ströme und Spannungen ist in Abb. 1 und Abb. 2

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

Bevor das Experiment unter nicht-sinusförmigen Bedingungen durchgeführt wurde, wurde eine Überprüfung durchgeführt, um die Messwerte von elektronischen und Induktionsmessgeräten zu bestimmen, wenn an der gleichen Last in einem nahezu sinusförmigen Modus gearbeitet wurde. Das Geräteanschlussdiagramm ist in Abb. 3. Das Zeitdiagramm des Spannungsverlaufs an der Last ist in Abb. 2a

a)

b)

c)

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

Eingang und Ausgang PE für den Fall linearer aktiver Last

Abb. 3. Diagramm der Prüfung Induktion und elektronische Meter auf

Identifizierung von Anzeigen in der Nähe von sinusförmigen Modus

Während des Experiments wurde die folgende Betriebsart des Frequenzumrichters verwendet:

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

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

- Lastwiderstand des Frequenzumrichters R H = 38 Ohm (Modus nahe der Nennspannung)

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

Gemäß den Ablesungen von elektronischen Stromzählern wurde der Durchschnittswert des Wirkungsgrades des Frequenzumrichters bei der spezifizierten Last bestimmt:

wo - die durchschnittliche Leistung am Ausgang des Notfalls;

- Durchschnittswert des Stromverbrauchs;

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

Als Ergebnis der Messungen, die gemäß dem Schema der Fig. 1 relative Werte wurden ermittelt * die Differenz zwischen den Messwerten von Elektrizitätszählern für die Elektro- und Induktionsmessung in Prozent der Ein- und Ausgänge eines Notfalls, die unter Berücksichtigung der statistischen Verarbeitung folgende Werte betrugen:

, .

Aus den erhaltenen Ergebnissen folgt, dass bei den gleichen Lastwerten unter nicht-sinusförmigen Bedingungen in PWM-Schaltungen der Hauptfehler von Induktions-Elektrizitätszählern einige Dutzend Mal größer ist als ihr Grundfehler im sinusförmigen Modus.

Die Ergebnisse der Studie wurden, wie bereits erwähnt, für die lineare aktive Belastung erhalten. Aufgrund der Tatsache, dass PEs hauptsächlich zum Betreiben von Asynchronmotoren (BP) verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu regeln, wurde ein Experiment durchgeführt, um die Leistungsverluste im BP zu bestimmen, wenn es mit dem Mitsubishi PE 500 FR - E 540-5.5 K - EC betrieben wird . Für experimentelle Untersuchungen wurde ein Asynchronmotor AIR100 L 2 Y 3 (Nennleistung 5,5 kW, 3000 U / min) verwendet. Ein Gleichstromgenerator, der auf eine Heizeinrichtung mit gemischter Erregung geladen war, wurde als eine Belastung mit arteriellem Druck angelegt. Die Messung der durch den arteriellen Druck und die Belastung im sinusförmigen Modus verbrauchten Leistung wurde zuvor durchgeführt. Nach der Verarbeitung der experimentellen Daten wurde festgestellt, dass, wenn der BP aus dem Notfallzustand gespeist wird, alle anderen Bedingungen gleich sind, der Leistungsverlust in dem BP um 30% im Vergleich zu dem sinusförmigen Modus zunimmt. Dies führt zu einer Veränderung der thermischen Blutdruckart und der Notwendigkeit, ihre Belastung zu verringern. Die Gründe für den Anstieg der Blutdruckverluste in nicht-sinusförmigen Regimen sind bekannt und werden in dieser Arbeit nicht diskutiert. Das Hauptziel war, das Niveau dieser Verluste festzustellen.

Schlussfolgerungen:

1. Zum ersten Mal wurde das Niveau des Grundfehlers (Zehntelprozent) von Induktions-Stromzählern unter nicht-sinusförmigen Bedingungen, die durch PWM erzeugt wurden, experimentell ermittelt.

2    Verluste in geregelten Asynchronmotoren, die durch einen Ausnahmezustand angetrieben werden, erhöhen sich ebenfalls um einige zehn Prozent im Vergleich zum Standardleistungsmodus, was zu einer Überhitzung des arteriellen Drucks und der Notwendigkeit führt, die Leistung der Last zu reduzieren.