Требования к информационной «Подвижности» центробежного расходомера сыпучих сельскохозяйственных материалов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Электротехника
Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ТЕХНОЛОГИИ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
УДК 621. 9Т
А. А. Багаев, Р. С. Чернусь A.A. Bagayev, R.S. Chernus
ТРЕБОВАНИЯ К ИНФОРМАЦИОННОЙ «ПОДВИЖНОСТИ» ЦЕНТРОБЕЖНОГО РАСХОДОМЕРА СЫПУЧИХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ REQUIREMENTS TO INFORMATION & quot-MOBILITY"- OF CENTRIFUGAL FLOWMETER OF LOOSE AGRICULTURAL MATERIALS
Ключевые слова: центробежный расходомер сыпучих материалов, информационная подвижность, моделирование, Т-образная схема замещения асинхронного двигателя.
Перспективным средством измерения расхода сыпучих сельскохозяйственных продуктов является центробежный расходомер. Существующие методики расчета, выбора и проверки двигателей реализуют в основном энергетический подход и направлены на обеспечение двигателем маневренных возможностей в целях исключения возможных режимов перегрузки и перегрева. Вместе с тем силовая часть электропривода центробежного расходомера сыпучих сельскохозяйственных материалов выполняет не только энергетическую функцию, но и информационную, заключающуюся в обеспечении возможности измерения расхода сыпучего продукта посредством цифровой обработки и интегрирования осциллограмм изменяющейся скорости двигателя или его тока. В связи с этим важнейшее значение приобретает способность привода центробежного расходомера предоставлять объективную информацию об измеряемой переменной — расходе сыпучего продукта и при этом работать в режиме, близком к номинальному. Цель — моделирование зависимости информационного качества центробежного расходомера от мощности двигателя. Моделирование проведено в среде MATLAB с использованием Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя, для определения параметров которой использована совокупность известных подходов. Исследованы временные зависимости изменения угловой скорости двигателя различной мощности при его импульсном нагружении постоянным моментом сопротивления. Анализ полученных в результате моделирования осциллограмм показал границы энергетической и информационной «подвижности» электропривода центробежного расходомера сыпучих сельскохозяйственных материалов. Общая задача синтеза
силовой части центробежного расходомера заключается в обеспечении вышеописанной «подвижности» при минимальной мощности приводного двигателя центробежного расходомера.
Keywords: centrifugal flowmeter of loose materials, information mobility, modeling, equivalent-T of asynchronous motor.
A promising tool for measuring the flow of loose agricultural products is a centrifugal flowmeter. The existing techniques of calculation, selection and testing of motors generally involve the energy approach, and are focused on maneuvering potential of a motor solely to avoid possible overload and overheating. At the same time the power unit of the electric drive of a centrifugal flowmeter of loose agricultural materials performs not only the power function, but also the information function which consists in measuring the flow of a loose product by digital processing the integration of oscillograms of varying motor speed or its current. Consequently, the ability of the drive of a centrifugal flowmeter to present objective information on the measured variable, the flow of loose material, and to operate in the mode close to nominal one is of crucial importance. The research goal is to simulate the dependence of the information function of a centrifugal flowmeter on the motor capacity. The simulation was performed in MATLAB environment with the use of equivalent-T of asynchronous motor. The temporal dependences of the angular speed of motors with different capacity at impulsive load resistant torque were studied. The analysis of the oscillograms obtained by simulation revealed the boundaries of energy and information & quot-mobility"- of electric drive of a centrifugal flowmeter of loose agricultural materials. The overall objective of the synthesis of the power unit of a centrifugal flowmeter is to ensure the above described & quot-mobility"- at minimum capacity of drive motor of a centrifugal flowmeter.
Багаев Андрей Алексеевич, д.т.н., проф., зав. каф. электрификации и автоматизации сельского хозяйства, Алтайский государственный аграрный университет. Тел.: 906−944−90−98. E-mail:
bagaev710@mail. ru.
Чернусь Роман Сергеевич, ассистент, каф. электрификации и автоматизации сельского хозяйства, Алтайский государственный аграрный университет. Тел.: 909−501−93−66. E-mail: Chernus.
Roman@mail. ru.
Bagayev Andrey Alekseyevich, Dr. Tech. Sci., Prof., Head, Chair of Electrification and Automation of Agriculture, Altai State Agricultural University. Ph.: 906−944−90−98. E-mail: bagaev710@mail. ru.
Chernus Roman Sergeyevich, Asst., Chair of Electrification and Automation of Agriculture, Altai State Agricultural University. Тел.: 909−501−93−66. E-mail: Chernus. Roman@mail. ru.
Введение
Перспективным средством измерения расхода сыпучих сельскохозяйственных продуктов является центробежный расходомер, принцип действия и схема которого представлены в работах [1, 2], при условии решения ряда научно-технических задач.
Существующие методики расчета, выбора и проверки двигателей реализуют в основном энергетический подход и направлены на обеспечение двигателем маневренных возможностей исключительно в целях исключения возможных режимов перегрузки и перегрева [3, 4].
Вместе с тем силовая часть электропривода центробежного расходомера сыпучих сельскохозяйственных материалов выполняет не только энергетическую функцию, но и информационную, заключающуюся в обеспечении возможности измерения расхода сыпучего продукта посредством цифровой обработки и интегрирования осциллограмм изменяющейся скорости двигателя или его тока [5, 6].
В связи с этим важнейшее значение приобретает способность привода центробежного расходомера предоставлять объективную информацию об измеряемой переменной — расходе сыпучего продукта и при этом работать в режиме, близком к номинальному.
Целью работы является моделирование зависимости информационного качества центробежного расходомера от мощности двигателя.
Результаты исследования
Моделирование проведено в среде МА^АВ с использованием структурной схемы асинхронного двигателя, представленной на рисунке 1 [6, 7].
Моделирование в соответствии со структурной схемой на рисунке 1 требует знания параметров классической схемы замещения одной фазы трехфазного асинхронного двигателя, изображенной на рисунке 2.
Сложность заключается в том, что существующие методики определения параметров схемы замещения асинхронных двигателей по каталожным данным могут быть использованы исключительно для двигателей мощностью выше 5 кВт [8, 9].
Проведенная нами численная проверка предлагаемых методик по определению параметров схемы замещения асинхронных двигателей мощностью менее 5 кВт с использованием справочных данных двигателей показала, что погрешность расчетов превышает 50% и нередки отрицательные численные значения индуктивных сопротивлений. Подобные погрешность и результат расчетов являются неприемлемыми в рамках рассматриваемой проблемы. Это подтверждает справедливость вывода автора работы [9], сформулированного следующим образом: «…для электрических машин меньшей мощности (менее 5 кВт) требуется уточнение модели и методики расчета параметров схемы замещения».
В связи с этим параметры схемы замещения рассматриваемых асинхронных двигателей (рис. 1) приняты в соответствии с [10] и сведены в таблицу 1.
В таблице 1 параметры схемы замещения асинхронного двигателя приведены в относительных единицах.
Для перехода к абсолютным единицам воспользуется методологией, изложенной в
[7].
Для этого определяется величина базового сопротивления, Ом [11]:
Ч = (1)
*1н
где (/1н — номинальное фазное напряжение, и1н = 220 В-
 — номинальный ток электродвигателя, А.
Соответствующие сопротивления схемы замещения определяются так:
^1=_^1'-гб- (2)
Й2 = Я^_'-26- (3)
Х± а =1 '- г6- (4)
%2о =_^2 '- 2б- (5)
(6)
Полные индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора определяются по формулам [7]:
Х± = Х^ + Х-^ • с- (7)
Хг — Хц + Х2 ¦ а, (8)
где о — коэффициент рассеяния машины.
Рис. 1. Структурная схема центробежного расходомера на базе асинхронного двигателя в среде /AATLAB
Хц Х2& amp-
її
Б
Рис. 2. Т-образная схема замещения фазы трехфазного асинхронного двигателя [8]:
R1 — активное сопротивление обмотки статора- X1a — индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора- X2a — приведенное к статорной обмотке активное сопротивление роторной обмотки- R2 — приведенное к статорной обмотке индуктивное сопротивление роторной обмотки- XI, — индуктивное сопротивление намагничивающего контура- S — скольжение
Параметры схемы замещения асинхронных двигателей (синхронная частота вращения 1500 об/мин.)
Таблица 1
Тип двигателя Параметры двигателей и их Т-образных схем замещения
Рн, кВт, А Пн^ % СОБфн Х," о. ед. й, о. ед. Хи о. ед. й,'-, о. ед. Х" о. ед.б, Ом
4АА63В2 0,55 1,3 73 0,86 2,5 0,13 0,049 0,096 0,084 169,2
4А71В2 1,1 2,48 77,5 0,87 2,8 0,13 0,053 0,069 0,084 88,7
4А100Б2 4 7,9 86,5 0,89 3,4 0,054 0,055 0,039 0,14 27,9
Для определения индуктивностей соответствующие индуктивные сопротивления надо разделить на значение номинальной угловой частоты ю0 = 314 рад/с, результатом чего является:
т — ХИ ^ & quot-"- «V (9)
Т X1 ь1а — , — (10)
0)0
т Х2а 2а ~ ТГ- 0) о (11)
1 = Ьц + Ь^а- (12)
2 = Ьц + Ь2а. (13)
Постоянная времени фазы обмотки статора, с: (14)
кі
Постоянная времени фазы обмотки ротора, с:
Коэффициент рассеяния электрической машины
& lt-7 = 1 — к^, (16)
где & amp-! = 72 = 7*
ь2
Результаты расчетов сведены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты расчета параметров схемы замещения асинхронных двигателей
На рисунке 3 приведены осциллограммы изменения угловой скорости двигателя различной мощности при его импульсном нагружении в момент времени т = 1 моментом сопротивления Мс = 26 Н м. Моделирование проведено в среде МДИДВ с использованием структурной схемы асинхронного двигателя, представленной на рисунке 1, и с использованием данных таблицы 2.
Анализ рисунка 3 свидетельствует, что осциллограммы на рисунке 3 б и 3 в не дают информации о характере изменения нагрузки и, соответственно, расхода продукта, т.к. в этих случаях наблюдается режим холостого хода, скорость практически не изменяется и оценить расход при неизменной скорости не представляется возможным. Оптимальным с энергетической и информационной точек зрения следует признать случай, когда скорость двигателя имеет возможность изменяться в соответствии с рисунком 3 а. Дальнейшее уменьшение мощности двигателя при неизменном моменте сопротивления на валу сопровождается резким снижением угловой скорости двигателя (практически до нулевого значения), что можно сравнить с режимом заклинивания. При этом не обеспечиваются требования как к информационным, так и к энергетическим свойствам привода.
Тип двигателя Ом х, п, Ом *1, Ом Х2п, Ом *2'-, Ом
4АА63В2 423 8,29 21,99 14,2 16,24
4А71В2 248,3 4,7 11,53 7,45 6,12
4А100Б2 94,86 1,53 1,5 3,9 1,088
а
б
По аналогии с определением, приведенным в [3], этот факт можно определить как «подвижность», в соответствии с которым должны быть обеспечены не только энергетическ