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

Effet de la modulation de largeur d'impulsion en cas d'erreur Compteurs électriques à induction et pertes en asynchrone moteur

A. Popov, A. O. Chugulev, A. A. Gorshenkov, S. M. Klevansky

Académie Sibérienne d'Automobiles et Autoroutes (SibADI)

Les résultats de l’étude de l’erreur des compteurs à induction de l’énergie électrique, ainsi que des pertes électriques dans un moteur asynchrone dans des conditions de fort harmonique dans les courbes de courant et de tension, à l’aide du convertisseur de fréquence de la société Mitsubishi ( E 500 FR - E 540-5,5 K - EC ) en comme source de tension non sinusoïdale. Il est montré que l'erreur des compteurs électriques à induction et les pertes électriques dans un moteur asynchrone en mode non sinusoïdal dans les circuits PWM augmentent de plusieurs dizaines de pour cent.

Comme on le sait, dans les systèmes d'alimentation en raison de l'augmentation du nombre de consommateurs d'électricité fonctionnant en mode pulsé, ainsi que dans les systèmes à modulation de largeur d'impulsion (PWM), les convertisseurs de fréquence dans les systèmes de motorisation électrique à moteurs asynchrones, à charges non linéaires, à thyristors, etc. il y a un niveau élevé d'harmoniques supérieures.

À cet égard, la question de la mesure de l'énergie électrique dans ces conditions reste d'actualité, malgré le travail considérable consacré à la mesure de l'énergie électrique, à la fois en mode sinusoïdal et en processus électromagnétique non sinusoïdal, [1: 6] .

Pour mesurer l'énergie électrique dans les systèmes d'alimentation, des compteurs électriques à induction et électroniques sont actuellement utilisés. En outre, ces derniers sont le plus souvent construits sur la base de convertisseurs analogique-numérique utilisant des calculateurs à microprocesseur, c’est-à-dire que, dans le processus de calcul de l’électricité, l’échantillonnage des mesures de temps et la quantification des signaux d’entrée proportionnels aux valeurs de courant et de tension de la charge sont inévitablement générateurs d’erreur.

Cet article présente les résultats d’une étude de l’erreur dans les compteurs à induction d’énergie électrique, ainsi que des pertes de puissance dans un moteur asynchrone dans des conditions de niveau élevé d’harmoniques dans les courbes de courant et de tension. Dans ce cas, un compteur électronique spécial d'énergie électrique a été utilisé, ce qui permet d'obtenir des informations fiables dans des conditions non sinusoïdales causées par PWM.

En tant que tel compteur électronique, on a utilisé un compteur électronique spécialement conçu à cet effet, qui fournit avec une assez grande précision le calcul de la valeur actuelle de l'électricité comparé à un compteur d'induction, conformément à l'expression:

(1)

- tension instantanée sur la charge;

* - courant de charge instantané;

- temps de mesure actuel.

Dans le synoptique d'un tel compteur en tant que multiplicateur de valeurs instantanées et on utilise un multiplicateur à impulsions, un intégrateur d'impulsions et un compteur d'impulsions numérique, ce qui permet d'assurer l'erreur de mesure totale de la valeur actuelle de la puissance électrique de l'ordre de plusieurs dixièmes de pour cent (0,1–0,2%) dans des conditions d'harmoniques élevées à des fréquences multiples de 50 Hz, jusqu'à fréquences de plusieurs dizaines de kilohertz, et s'en servent comme exemple de moyen de mesurer l'énergie électrique.

Dans cet article, l'objectif n'est pas de décrire l'ensemble des circuits électriques structurels et principaux d'un tel compteur (les organisations et institutions intéressées peuvent recevoir de telles informations). L'une des tâches consiste à déterminer le niveau d'erreur possible dans un compteur à induction en mode non sinusoïdal avec un niveau élevé de distorsion des courbes de courant et de tension sur la charge.

Les études ont été réalisées avec un convertisseur de fréquence Mitsubishi E 500 FR - E 540-5,5 K - EC de puissance nominale de 5,5 kW. Des éléments chauffants et un moteur asynchrone ont été utilisés comme charge. Le schéma synoptique de l'installation avec les éléments chauffants et les diagrammes temporels des courants et des tensions sont illustrés à la Fig. 1 et la fig. 2

Fig. 1. Schéma fonctionnel de l'installation: Wh 1, Wh 3 - compteurs électriques à induction CO 505; Wh 2, Wh 4 - compteurs d'électricité électroniques; TT - transformateur de courant; DN - capteur de tension; PE - convertisseur de fréquence; R n - résistance à la charge.

Avant de mener l'expérience dans des conditions non sinusoïdales, une vérification de l'identification des indications des compteurs électroniques et à induction lorsque l'on travaillait sur la même charge dans un mode proche de la sinusoïde. Le schéma de connexion de l'appareil est illustré à la fig. 3. Le chronogramme de la courbe de tension à la charge est présenté à 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)

entrée et sortie PE pour le cas de charge active linéaire

Fig. 3. Programme de test des compteurs à induction et électroniques

identification des indications au mode proche de sinusoïdal

Au cours de l'expérience, le mode de fonctionnement suivant du convertisseur de fréquence a été utilisé:

- fréquence de l'harmonique principal de la tension à la sortie de l'état d'urgence f = 50 Hz;

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

- résistance de charge du convertisseur de fréquence R H = 38 ohms (mode proche de la valeur nominale)

Plusieurs expériences ont été menées avec une mesure assez précise du temps de fonctionnement des compteurs d’électricité et l’enregistrement de leurs lectures.

Selon les lectures des compteurs d'électricité électroniques, la valeur moyenne de l'efficacité du convertisseur de fréquence à la charge spécifiée a été déterminée:

- la puissance moyenne à la sortie de l'urgence;

- la valeur moyenne de la consommation d'énergie;

(L'écart type des lectures par rapport à la valeur moyenne était de 0,05%)

A la suite de mesures effectuées selon le schéma de la fig. 1 valeurs relatives ont été établies * la différence entre les lectures de compteurs d'électricité électroniques et à induction en tant que pourcentage de l'entrée et de la sortie d'une urgence, qui, compte tenu du traitement statistique, correspondait aux valeurs suivantes:

. .

D'après les résultats obtenus, il s'ensuit qu'avec des valeurs de charge identiques dans des circuits PWM non sinusoïdaux, l'erreur principale des compteurs d'électricité à induction est plusieurs dizaines de fois supérieure à leur erreur fondamentale en mode sinusoïdal.

Comme nous l'avons déjà mentionné, les résultats de l'étude ont été obtenus pour la charge active linéaire. Étant donné que les PE sont principalement utilisés pour alimenter des moteurs asynchrones (BP) afin de réguler la vitesse, une expérience a été menée pour déterminer les pertes de puissance dans le BP lorsqu'il était alimenté par le Mitsubishi PE 500 FR - E 540-5.5 K - EC . Pour les études expérimentales, un moteur asynchrone AIR100 L 2 Y 3 (puissance nominale de 5,5 kW, 3000 tr / min) a été utilisé. Un générateur à courant continu chargé avec un appareil de chauffage à excitation mixte est appliqué sous forme de charge de pression artérielle. La mesure de la puissance consommée par la pression artérielle et la charge sous le mode sinusoïdal a déjà été réalisée. Après le traitement des données expérimentales, il a été constaté que lorsque le point BP est alimenté à partir de l'état d'urgence, la perte de puissance dans le point BP étant égale à toutes les autres conditions, elle augmente de 30% par rapport au mode sinusoïdal. Cela entraîne une modification du mode thermique de la pression artérielle et la nécessité de réduire sa charge. Les raisons de l'augmentation des pertes de tension artérielle dans les schémas thérapeutiques non sinusoïdaux sont connues et ne sont pas discutées dans le présent document. L'objectif principal était d'établir le niveau de ces pertes.

Conclusions:

1 Pour la première fois, le niveau d'erreur de base (en dizaines de pour cent) des compteurs d'électricité à induction dans des conditions non sinusoïdales créées par PWM a été établi expérimentalement.

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