Спосіб вимірювання параметрів тиристорних електроприводів та пристрій для його реалізації

Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до систем і пристроїв для випробування та визначення стану двигунів постійного та змінного струму. Винахід може бути використаний на електроремонтних підприємствах в електроремонтній практиці випробування двигунів, що пройшли ремонт, та в умовах промислових підприємств для експлуатаційного моніторингу електродвигунів систем приводу з метою визначення ступеню їх зношеності та ресурсу працездатності. Винахід передбачається використовувати як складову частину програмно-апаратного забезпечення стаціонарних і переносних комп'ютеризованих вимірювально-діагностичних комплексів для діагностики електричних машин. Розрахунок багатьох електричних параметрів машин постійного і змінного струму за допомогою цифрових мікропроцесорних пристроїв базується на вимірюванні ряду миттєвих значень сигналів струму та напруги у якірному ланцюгу для двигунів постійного струму і ланцюгу статора для двигунів змінного струму. Але в існуючих цифрових вимірювальних системах, оснащених багатоканальним АЦП з мультиплексором, що забезпечують вибірку значень з дискретністю 24-72мкс, виникає суттєва похибка при розрахунку параметрів електричної машини, зумовлена похибкою дискретизації. В системах з тиристорними регуляторами напруги це набуває особливого значення у зв'язку з наявністю крутих фронтів у сигналах напруги і різких зломів у сигналах стр уму в моменти включення тиристора й закінчення інтервалу комутації, так як досягти синхронізації моментів відліків миттєвих значень і моментів включення і закінчення інтервалу комутації практично не можливо. Відомі способи та пристрої для визначення та розрахунку електричних параметрів, зокрема середнього значення випрямленого струму [Файнштейн В.Г., Файнштейн Э.Г. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами/ Под редакцией О. В.Слежановского. - М.: Энергоатомиздат, 1986. -240с.]. Відомий спосіб базується на тому, що у стек мікропроцесорного пристрою записується ряд значень інтегралу струму за інтервал повторення обчислень, що отримується від датчика середнього струму у процесі включення. У результаті кожного пуску визначається усереднене значення за даними 6-10 останніх значень стеку значення інтегралу випрямленого струму. Осереднення необхідно, щоб уникнути додаткових похибок, зумовлених можливими коливаннями тривалості інтервалу перетворення. Недоліком даного способу є наступне: недостатня точність вимірювань і розрахунків, так як не враховується факт несинхронізації моментів включення тиристорів і закінчення інтервалу комутації з моментами дискретних відліків миттєвих значень струму, що при розрахунках середнього значення інтегралу стр уму з умовлює сумарну відносну по хибку 1-1,5%. Відомий спосіб вимірювань і розрахунку параметрів електричної машини (ЕМ) у системах динамічного навантаження [Родькин Д.И. Системы динамического нагружения и диагностики электродвигателей при послеремонтных испытаниях. - М.: Недра, 1992. -236с.]. В наведеному способі якорь ДПС підключається до джерела напруги. За допомогою блока датчиків здійснюється вимір сигналів струму і напруги у якірному ланцюгу, швидкості обертання якоря. Далі сигнали через мультиплексор подаються у АЦП, де виконується їх дискретизація за часом з дискретністю Dt. Дискретні сигнали з АЦП надходять у ЕОМ, де виконується розрахунок середнього значення струму за цикл, ефективного значення струму якоря, середнього значення абсолютної величини струму якоря, максимального значенні струму якоря, максимального значення похідної струму за часом, середнього, мінімального, максимального значень швидкості обертання, повного часу навантаження та ефективного значення струму якоря за весь час навантаження і повних втрат при навантаженні. Недолік наведеного способу полягає у тому, що: - при розрахунку вище вказаних параметрів не враховується факт не синхронізації моментів відліків з моментами включення тиристорів і закінчення інтервалів комутації, що призводить до суттєвої похибки дискретизації; - не враховується факт фазового зсуву при паралельному запису сигналів за допомогою АЦП з мультиплексором; Вказані недоліки не дозволяють з достатньою точністю виміряти параметри тиристорних електроприводів за допомогою методів, що базуються на знанні амплітуд косинусних і синусних складових сигналів струму та напруги. Ви ще вказані причини і недоліки у такому випадку можуть приводити до значних (10-30%) відносних похибок від дискретизації при гармонійному аналізі, що недопустимо. Наведений спосіб приймається в якості прототипу. Задача, що вирішується запропонованим способом передбачає підвищення точності та достовірності оцінки вимірювання параметрів тиристорних електроприводів як постійного, так і змінного струму. Сутність запропонованого способу оцінки енергетичних режимів тиристорних електроприводів передбачає наступне. Електромеханічний перетворювач постійного або змінного струму підключають до джерела промислової частоти через тиристорний регулятор напруги (ТРН). За допомогою датчиків струму і напруги здійснюють вимірювання та запис миттєвих значень струму та напруги з заданою дискретністю Dt 1. По мірі запису сигналу знаходять інтервали часу, на яких відбувається стрибок похідної сигналу струм у, що супроводжується стрибком напруги і відповідає моментам включення тиристорів і закінчення інтервалів комутації. Далі уточнюють моменти включення тиристорів і закінчення інтервалу комутації як точку перетину екстраполюючих поліномів сигналу стр уму, обчислюють новий інтервал дискретизації для дискретних сигналів струму і напруги Dt 2 < Dt 1, на основі якого корегуються первісні сигнали за рахунок синхронізації моментів включення тиристорів і закінчення інтервалу комутації, а, також, уточнення періоду сигналу. Корекція сигналів виконується за допомогою відомих методів інтерполяції і екстраполяції у випадку незашумленого сигналу і методів робастної регресії для випадку наявності шумів. Далі виконується гармонійний аналіз скорегованих сигналів, тобто розрахунок косинусних та син усних складових сигналів на інтервалі повторюваності процесів, на основі яких виконується розрахунок параметрів електромеханічного перетворювача. Запропонований спосіб ілюстрований наступними фігурами: Фіг.1. Функціональна схема пристрою для реалізації способу з електромеханічним перетворювачем постійного струму. Фіг.2. Функціональна схема пристрою для реалізації способу з електромеханічним перетворювачем змінного струму . Фіг.3. Діаграми струму та напруги при реалізації способу. Фіг.4. Блок-схема алгоритму роботи пристрою для корекції сигналів. Фіг.5. С хема двовходового екстраполятору. Сутність способу заключається у наступному. Електромеханічний перетворювач (ЕП) 1 постійного (Фіг.1) або змінного (Фіг.2) струм у під'єднується до електричної мережі через тиристорний регулятор напруги 4, з'єднаний з блоком задання сигналу керування 5. При пуску ЕП здійснюється вимірювання струмів та напруг у силовому ланцюгу за допомогою блоку датчиків напруги (ДН) 2 і блоку датчиків струму (ДС) 3. Аналогові сигнали I(t), U(t) надходять у АЦП 6, де відбувається їх дискретизація з дискретністю Dt 1, за часом. Дискретизовані сигнали i[l] = i(l × D t 1 ), u(l × Dt 1 ) одночасно надходять через комутатор 10 до двовходового екстраполятору 7 і ЕОМ 8. Екстраполятор 7 виконує уточнення моментів включення тиристору, закінчення інтервалу комутації і передає їх значення у ЕОМ. Екстраполятор (Фіг. 3) на основі відліків миттєви х значень i1(t1), i2(t 2), що передують моменту 1 включення тиристора або моменту 2 закінчення інтервалу комутації, та відліків i3(t3), i4(t4), що робляться після цього, будує лінійні інтерполяційні поліноми 3 та 4. За момент включення тиристору чи закінчення інтервалу комутації приймається точка перетину цих поліномів i*(t*), яка обчислюється за наступними формулами t* = i4 i3 - i 4 i -i ( t 1 + 3Dt 1 ) - i1 + 2 1 t 1 Dt 1 Dt 1 i2 - i1 - i3 + i 4 Dt 1 ö i -i i 2 - i1 æ i -i ç i4 - 3 4 - t 4 ÷ - 3 4 ç ÷ Dt 1 è Dt 1 Dt1 * ø t = i 2 - i1 - i 3 + i 4 Dt 1 (1) æ ö i -i ç i1 - 2 1 - t 1 ÷ ç ÷ Dt1 è ø (2) Дані з екстраполятору 7 надходить у ЕОМ 8, де здійснюється їх корекція і гармонійний аналіз на інтервалі повторюваності процесів. Корекція сигналів виконується за наступним алгоритмом (Фіг. 4). На основі миттєвих значень струму i[i], напруги u[i] і знайдених моментів включення тиристорів і закінчення інтервалів комутації * * t1 , t * ,..., t n 2 (процедура 1) знаходиться новий інтервал дискретизації Dt 2