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l'effet de la modulation de largeur d'impulsion sur l'erreur des compteurs d'électricité à induction et sur les pertes dans un moteur asynchrone

Effet de la modulation de largeur d'impulsion pour erreur compteurs d'électricité à induction et les pertes en asynchrone le moteur

AP Popov, AO Chugulev, AA Gorshenkov, SM Klevanskii

Académie d'Etat des Autoroutes et Autoroutes de Sibérie (SibADI)

Les résultats d'une étude de l'erreur des compteurs d'induction d'énergie électrique ainsi que des pertes électriques dans un moteur asynchrone dans des conditions de haut niveau d'harmoniques dans les courbes de courant et de tension sont présentés à l'aide du variateur de fréquence Mitsubishi ( E 500 FR - E 540-5,5 K - EC ). comme source de tension non sinusoïdale. Il est montré que l'erreur des compteurs d'induction de l'énergie électrique et les pertes électriques dans un moteur asynchrone avec des régimes non sinusoïdaux dans les circuits avec PWM augmentent de plusieurs dizaines de pour cent.

Comme on le sait, dans les systèmes d'alimentation électrique en mode pulsé, ainsi que les systèmes à modulation d'impulsions en largeur (PWM), les convertisseurs de fréquence dans les entraînements électriques à moteurs asynchrones, les charges non linéaires, les convertisseurs à thyristors, etc. un niveau élevé d'harmoniques supérieures se produit.

À cet égard, la question de la mesure de l'énergie électrique dans ces conditions demeure pertinente, malgré le travail considérable consacré à la mesure de l'énergie électrique, aussi bien sous régimes sinusoïdaux que dans des conditions électromagnétiques non sinusoïdales [1: 6] .

Pour mesurer l'énergie électrique dans les systèmes d'alimentation, des compteurs d'électricité à induction et électroniques sont actuellement utilisés. Ces derniers reposent le plus souvent sur des convertisseurs analogiques-numériques utilisant des calculateurs à microprocesseur, ce qui revient à quantifier la mesure de temps et à quantifier les signaux d'entrée proportionnels aux valeurs actuelles du courant et de la tension sur la charge, ce qui génère inévitablement une erreur de calcul de l'énergie.

Dans cet article, nous présentons les résultats d'une étude de l'erreur des compteurs d'induction de l'énergie électrique, ainsi que des pertes de puissance dans un moteur asynchrone dans des conditions de haut niveau d'harmoniques dans les courbes de courant et de tension. Dans le même temps, un compteur d'énergie électrique électronique spécial a été utilisé, ce qui permet d'obtenir des informations fiables dans des conditions de non-sinusoïdalité causées par PWM.

En tant que tel compteur électronique, un compteur électronique spécialement conçu a été utilisé à cette fin, fournissant, avec une précision suffisamment élevée, le calcul de la valeur actuelle de l'électricité en comparaison avec le compteur d'induction, selon l'expression:

(1)

- valeur instantanée de la tension sur la charge;

* - valeur instantanée du courant de charge;

- temps de mesure actuel.

Dans le schéma structurel d'un tel compteur comme un multiplicateur de valeurs instantanées et un multiplicateur d'impulsions, un intégrateur d'impulsions et un compteur d'impulsions numériques permettant de fournir une erreur totale de mesure de la puissance électrique de l'ordre de quelques dixièmes de pourcent (0.1¸0.2%) dans des conditions de haut niveau d'harmoniques supérieures à des fréquences multiples de 50 Hz, fréquences de plusieurs dizaines de kilohertz, et l'utiliser comme un moyen exemplaire de mesurer l'énergie électrique.

Cet article ne tente pas de décrire les circuits électriques structuraux et principaux complets d'un tel compteur (une telle information peut être fournie aux organisations et institutions intéressées). L'une des tâches consiste à déterminer le niveau possible d'erreur du compteur à induction dans des modes non sinusoïdaux avec un niveau élevé de distorsion des courbes de courant et de tension sur la charge.

Les études ont été réalisées avec un variateur de fréquence Mitsubishi E 500 FR - E 540-5,5 K - EC d 'une puissance nominale de 5,5 kW. En tant que charge, des éléments chauffants et un moteur à induction ont été utilisés. Le schéma fonctionnel de l'installation avec les éléments chauffants et les diagrammes temporels des courants et des tensions sont illustrés à la Fig. 1 et Fig. 2 .

Fig. 1. Schéma de principe de l'installation: Wh 1, Wh 3 - compteurs d'électricité à induction CO 505; Wh 2, Wh 4 - compteurs d'électricité électroniques; TT - transformateur de courant; НН - le calibre de la pression; PE - convertisseur de fréquence; R n est la résistance de charge.

Avant l'expérience dans des conditions non sinusoïdales, une vérification préalable a été faite pour identifier les lectures des compteurs électroniques et inductifs lors d'un fonctionnement pour la même charge dans un mode proche de la sinusoïdale. Le schéma de l'allumage des appareils est illustré à la Fig. 3. Le diagramme temporel de la courbe de contrainte sur la charge est représenté sur la Fig. 2a .

a)

b)

c)

Fig. 2. Diagrammes temporels des tensions de phase (a et c) et des courants de phase (b et c)

à l'entrée et à la sortie de l'urgence pour le cas d'une charge active linéaire

Fig. 3. Schéma de vérification de l'induction et des compteurs électroniques sur

identification des lectures avec un mode proche de sinusoïdal

Pendant l'expérience, le mode de fonctionnement suivant du variateur de fréquence a été utilisé:

- La fréquence de l'harmonique fondamentale de la tension à la sortie du FP est f = 50 Hz;

- fréquence de la tension PWM à la sortie de l'urgence - 1 kHz;

- résistance de charge du variateur de fréquence R H = 38 Ohm (mode proche du nominal)

Plusieurs expériences ont été réalisées avec une mesure assez précise du temps de fonctionnement des compteurs électriques et l'enregistrement de leurs lectures.

Selon les indications des compteurs d'énergie électroniques, la valeur moyenne du rendement du variateur de fréquence est déterminée à la charge spécifiée:

- valeur moyenne de la puissance de sortie;

- valeur moyenne de la consommation d'énergie;

(L'écart-type des lectures de la moyenne était de 0,05%)

À la suite des mesures effectuées selon le schéma de la Fig. 1 , les valeurs relatives ont été définies * différences dans les lectures des compteurs d'électricité électroniques et inductifs en pourcentage sur l'entrée et la sortie d'urgence, qui, en tenant compte du traitement statistique, étaient les suivantes:

, .

A partir des résultats obtenus, il en résulte que pour les mêmes valeurs de charge dans des conditions de modes non sinusoïdaux dans les circuits PWM, l'erreur de base des compteurs d'induction est plusieurs dizaines de fois supérieure à leur erreur fondamentale dans le régime sinusoïdal.

Les résultats ci-dessus sont obtenus, comme déjà mentionné, pour une charge active linéaire. En raison du fait que le PE est principalement utilisé pour fournir des moteurs asynchrones (AD) dans le but de réguler la vitesse, une expérience a été menée pour déterminer la perte de puissance dans l'AD en l'alimentant à partir de l'urgence. . Pour les études expérimentales, le moteur asynchrone AIR100 L 2 Y 3 (puissance nominale 5,5 kW, 3000 tr / min) a été utilisé. En tant que charge de l'AD, un générateur de courant continu avec une excitation mixte chargée sur le réchauffeur est utilisé. Des mesures préliminaires ont été faites de la puissance de la BP consommée et de la charge en régime sinusoïdal. Après traitement des données expérimentales, il a été constaté que, lorsque le BP est fourni par PE, toutes choses étant égales par ailleurs, les pertes de puissance dans la tension artérielle augmentent de 30% par rapport au régime sinusoïdal. Cela conduit à un changement dans le régime thermique de la pression artérielle et la nécessité de réduire sa charge. Les raisons de l'augmentation des pertes de tension artérielle sous régimes non sinusoïdaux sont connues et ne sont pas discutées dans cet article. L'objectif principal était d'établir le niveau de ces pertes.

Conclusions:

1. Pour la première fois, le niveau de l'erreur de base (dizaines de pourcent) des compteurs d'induction de l'énergie électrique dans les conditions non sinusoïdales créées par PWM a été établi expérimentalement.

2.    Les pertes dans les moteurs asynchrones régulés, alimentés par PE, augmentent également de plusieurs dizaines de pour cent par rapport au mode d'alimentation standard, ce qui entraîne une surchauffe de l'AD et la nécessité de réduire la puissance de charge.