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die Auswirkung der Pulsbreitenmodulation auf den Fehler von Induktions-Elektrizitätszählern und auf Verluste in einem Asynchronmotor

Wirkung der Pulsbreitenmodulation für Fehler Induktionszähler und Verluste in asynchronen der Motor

AP Popov, AO Tschugulew, AA Gorschenkow, SM Klevanskij

Sibirische staatliche Automobil- und Autobahnakademie (SibADI)

Die Ergebnisse einer Untersuchung des Fehlers von Induktionszählern elektrischer Energie sowie elektrischer Verluste in einem Asynchronmotor unter Bedingungen eines hohen Oberwellenniveaus in Strom - und Spannungsverläufen werden unter Verwendung des Mitsubishi Frequenzumrichters ( E 500 FR - E 540-5,5 K - EC ) vorgestellt als eine Quelle von nicht-sinusförmiger Spannung. Es wird gezeigt, dass der Fehler von Induktionszählern von elektrischer Leistung und elektrischen Verlusten in einem asynchronen Motor mit nicht-sinusförmigen Regimes in Schaltungen mit PWM um einige zehn Prozent zunimmt.

Bekanntermaßen werden in Energieversorgungssystemen im Zusammenhang mit der Zunahme von im Impulsbetrieb arbeitenden Stromverbrauchern, sowie Systemen mit Pulsweitenmodulation (PWM), Frequenzumrichter in elektrischen Antriebssystemen mit Asynchronmotoren, nichtlinearen Lasten, Thyristorkonvertern usw. eingesetzt. es entsteht ein hohes Niveau an höheren Harmonischen.

In diesem Zusammenhang bleibt die Frage der Messung der elektrischen Energie unter diesen Bedingungen relevant, auch wenn die Messung der elektrischen Energie sowohl unter sinusförmigen Bedingungen als auch unter Bedingungen nicht-sinusförmiger elektromagnetischer Prozesse, [1: 6] , ein beträchtliches Ausmaß erreicht hat.

Um elektrische Energie in Stromversorgungssystemen zu messen, werden gegenwärtig sowohl Induktions- als auch elektronische Stromzähler verwendet. Letztere basieren meist 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 an der Last proportionalen Eingangssignale werden quantisiert, was zwangsläufig zu einem Fehler bei der Berechnung der Energie führt.

In dieser Arbeit präsentieren wir die Ergebnisse einer Untersuchung des Fehlers von Induktionszählern elektrischer Energie, sowie von Leistungsverlusten in einem Asynchronmotor unter Bedingungen eines hohen Niveaus von Oberschwingungen in den Strom- und Spannungskurven. Gleichzeitig wurde ein spezieller elektronischer Stromzähler verwendet, der es ermöglicht, bei PWM-bedingten Nicht-Sinus-Zuständen zuverlässige Informationen zu erhalten.

Als ein solcher elektronischer Zähler wurde zu diesem Zweck ein speziell konstruierter elektronischer Zähler verwendet, der mit einer ausreichend hohen Genauigkeit die Berechnung des Stromwerts der Elektrizität liefert im Vergleich mit dem Induktionszähler, in Übereinstimmung mit dem Ausdruck:

(1)

wo - Momentanwert der Spannung an der Last;

* - Momentanwert des Laststroms;

- aktuelle Messzeit.

In dem Strukturschema eines solchen Zählers als Multiplikator von Momentanwerten und ein Impulsmultiplizierer, ein Impulsintegrator und ein digitaler Impulszähler verwendet werden, der es ermöglicht, einen Gesamtfehler bei der Messung der elektrischen Stromstärke in der Größenordnung von mehreren Zehntelprozent (0,1 0,2%) unter Bedingungen eines hohen Niveaus höherer Harmonischer bei Frequenzen eines Vielfachen von 50 Hz bereitzustellen, Frequenzen von mehreren zehn Kilohertz, und verwenden Sie es als ein Beispiel für die Messung der elektrischen Energie.

Dieses Papier versucht nicht, die vollständigen strukturellen und wichtigsten elektrischen Schaltkreise eines solchen Zählers zu beschreiben (diese Information kann interessierten Organisationen und Institutionen zur Verfügung gestellt werden). Eine der Aufgaben besteht darin, das mögliche Niveau eines Induktionsmesserfehlers in nicht sinusförmigen Moden 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 Induktionsmotor verwendet. Das Blockschaltbild der Installation mit den Heizelementen und die Zeitdiagramme der Ströme und Spannungen sind in Abb. 1 und Abb. 2 .

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

Vor dem Experiment unter nicht-sinusförmigen Bedingungen wurde vorher eine Überprüfung durchgeführt, um die Ablesungen der elektronischen und induktiven Zähler zu identifizieren, wenn für dieselbe Last in einer sinusförmigen Betriebsart gearbeitet wurde. Das Diagramm zum Einschalten der Geräte ist in Abb. 3. Das Zeitdiagramm der Spannungskurve an der Last ist in Abb. 2a .

a)

b)

c)

Abb. 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

Abb. 3. Schema der Überprüfung der Induktion und elektronische Zähler auf

Identifikation von Messwerten mit einem sinusförmigen Modus

Während des Experiments wurde die folgende Betriebsart des Frequenzumrichters verwendet:

- 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 der Nennspannung)

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

Gemäß den Angaben von elektronischen Energiezählern 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 betrug 0,05%)

Als Ergebnis der Messungen, die gemäß dem Schema in Fig. 1 wurden relative Werte eingestellt * Unterschiede in den Werten der elektronischen und induktiven Elektrizitätszähler in Prozenten der Ein- und Ausgänge der Notfälle, die unter Berücksichtigung der statistischen Verarbeitung wie folgt waren:

, .

Aus den erhaltenen Ergebnissen folgt, dass für dieselben Lastwerte unter Bedingungen von nicht sinusförmigen Moden in PWM-Schaltungen der Grundfehler der Induktionszähler mehrere zehnmal größer ist als ihr Grundfehler 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) zur Geschwindigkeitsregulierung verwendet wird, wurde ein Experiment durchgeführt, um die Verlustleistung im AD durch Notbetrieb zu ermitteln 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 Erregung verwendet, der auf den Heizer geladen wird. Vorläufige Messungen wurden durchgeführt von der Leistung des verbrauchten BP und der Belastung im sinusförmigen Modus. Nach der Verarbeitung der experimentellen Daten wurde festgestellt, dass, wenn der BP von PE geliefert wird, alle anderen Dinge gleich sind, die Leistungsverluste im Blutdruck um 30% im Vergleich zu dem sinusförmigen Regime ansteigen. Dies führt zu einer Veränderung des thermischen Regimes des Blutdrucks und der Notwendigkeit, seine Belastung zu reduzieren. Die Gründe für den Anstieg der Blutdruckverluste unter nicht sinusoidalen Regimes sind bekannt und werden in diesem Artikel nicht diskutiert. Das Hauptziel war, das Niveau dieser Verluste festzustellen.

Schlussfolgerungen:

1. Zum ersten Mal wurde das Niveau des Grundfehlers (Zehntelprozent) der Induktionszähler der elektrischen Energie in den nicht-sinusförmigen Bedingungen, die durch PWM erzeugt wurden, experimentell festgestellt.

2.    Die Verluste bei geregelten Asynchronmotoren, die mit PE gespeist werden, steigen im Vergleich zum Standardleistungsmodus ebenfalls um einige zehn Prozent, was zu einer Überhitzung des AD und zu einer Verringerung der Lastleistung führt.