УДК 621.317
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
, ,
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
Аннотация. Работа посвящена созданию блока измерения параметров энергопотребления электрических машин переменного тока, включающих в себя как синхронные, так и асинхронные электродвигатели. Проведены анализ вычислительных процессов и средств разработки, произведен выбор микроконтроллера и разработана схема электрическая принципиальная.
Ключевые слова: микроконтроллер, аналого-цифровой преобразователь, электрические машины переменного тока.
Повсеместное внедрение высокотехнологичного оборудования с ЧПУ обусловливает снижение материальных издержек производства, повышение КПД и срока службы оборудования. Необходимым условием этого процесса является интеллектуализация средств измерения технологических параметров. Интеллектуальный электропривод, дополнительное оборудование, датчики, контролеры, линии связи, предъявляют весьма жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, что обеспечивается использованием различного рода электронных импульсных преобразователей [1]. Мощность последних, к сожалению, ежегодно возрастает, в связи с чем назрела необходимость комплексного контроля параметров электроэнергии.
Развитие и совершенствование законодательной базы в области технического регулирования привело к внедрению новых стандартов, направленных на введение процедур обязательной сертификации электрической энергии по показателям качества, предусмотренным введенным с 2013 года национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 54149- 2010 [11]. В соответствии с данным стандартом метрологической базой для средств измерения показателей качества электроэнергии должен являться национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 51317.4.30-2008 [2].
Используемые в настоящее время измерительные приборы либо очень дороги, либо не соответствует современным метрологическим нормам и не могут быть использованы для проведения адекватного анализа работы электропривода. Применение методов цифровой обработки сигналов (ЦОС) позволяет повысить не только качество измерений, но и значительно расширить функции приборов [3]. Кроме уже известных возможностей (программирование диапазонов преобразования, фильтрация сигнала, коррекция аддитивных и мультипликативных погрешностей) появляются и другие весьма полезные функции (коррекция нелинейности номинальных статических характеристик используемых датчиков, задание параметров для реализации допускового контроля, реализация сервисных режимов самодиагностики, оптимизация трафика по информационным шинам с ограниченной пропускной способностью) [4].
На рисунке 1 приведена структурная схема разработанного устройства. Схема содержит:
И. Э. - Источник электроэнергии; ДН КИН - Датчик напряжения канала измерения напряжения; ДТ КИТ - Датчик тока канала измерения тока; АЦП1- Аналого-цифровой преобразователь канал измерения напряжения; АЦП2- Аналого-цифровой преобразователь канала измерения тока; DSP - Цифровой сигнальный процессор; ЦП - Центральный процессор; ЖКД - жидкокристаллический дисплей; ФК - Функциональная клавиатура; SPI - Последовательный периферийный интерфейс; UART - универсальный асинхронный приемопередатчик; IIC – сетевой последовательный интерфейс; ГР - Гальваническая развязка; ПК - персональный компьютер; потребитель - потребитель электроэнергии.
Рис.1. Структурная схема блока измерения параметров энергопотребления
На рисунке 2 приведена принципиальная схема, реализованная на основе приведенной структуры. Основу измерительного ядра составляет специализированная микросхема фирмы Analog Devices, содержащая 3 прецизионных аналого-цифровых преобразователя, основанные на принципе сигма-дельта модуляции ADE7953 (DD1) [5].
Символьно-цифровой дисплей содержит 2 строки по 20 символов. Для оперативного изменения режимов работы устройства схема содержит функциональную клавиатуру S1-S4. Для упрощения программной организации меню кнопки S3 S4 подключены ко входу общего прерывания INT0.
Для реализации высокой помехозащищенности цифровое напряжение питания отделено от аналогового напряжения питания, эту функцию выполняет дроссель l2 индуктивностью порядка нескольких мкГн и демпфирующий резистор R3, последовательно включенный с индуктивностью 1,6 Ом. Соответственно для компенсации и коррекции индуктивности печатных проводников служат конденсаторы C1 C4 размещенные на печатной плате в непосредственной близости к соответствующим выводам питания микроконтроллера.
Входы АЦП через резисторы с квазинулевым сопротивлением поступают для КИН элементы делителя напряжения R10 R11, который реализован на прецизионных SMD резисторах с номинальным значением температурного коэффициента сопротивления 9...12*0-6/ С0. Потенциальные выводы шунта подключаются к выводам I1 I2, причем элементы R5 R6 C5 C6 обеспечивают дифференциальный режим работы АЦП токового канала, что обеспечивает значительное снижение помех. Дополнительный вход I* может использоваться для дальнейшего расширения функциональных возможностей данного прибора, например, в части реализации методов и средств технической диагностики.
Рис.2. Схема электрическая принципиальная измерителя параметров нагрузки в
однофазных сетях
Результаты испытаний подтвердили корректность теоретических предпосылок. По - грешность измерения среднеквадратических значений напряжения (в диапазоне 3…300 В) и тока (в диапазоне 0,04…40 А) не превышает 0,15 %, а погрешность измерения активной мощности составляет 0,2 % при коэффициентах мощности 1, +0,5 и минус 0,866, что позволит применять данный прибор для решения задач энергоаудита и в практической инженерной деятельности [6].
Библиографический список
Управление качеством электроэнергии при несинусоидальных режимах [Текст] / . – СПб.:СПбМТУ, 2009. –134с. ГОСТ Р 51317.4.7–2008. Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. [Текст] – М.: Стандартинформ, 2009. – 54 с. лгоритмы быстрой обработки сигналов [Текст] /Р. Блейхут. – М.: Мир, 1989. – 448с. Электротехнический портал: [Электронный ресурс].URL:http:// AnalogDevices: [Электронный ресурс].URL:http://www. /ru , Прецизионный измерительный преобразователь параметров нагрузки электрических машин переменного тока//В сборнике: Стандартизация, метрология и управление качеством. Материалы Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 90-летию Росстандарта и 170-летию метрологической службы России. Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный технический университет», Федеральное бюджетное учреждение«Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Омской области», Министерство промышленности, транспорта и инновационных технологий Омской области. 2015. С. 118-122.
