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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 pertes en asynchrone le moteur

AP Popov, AO Chugulev, AA Gorshenkov, SM Klevanskii

Académie sibérienne de l'automobile et des autoroutes (SibADI)

Les résultats d'une étude de l'erreur des compteurs d'induction de l'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 sur le convertisseur de fréquence Mitsubishi ( E 500 FR - E 540-5,5 K comme source de tension non sinusoïdale. On montre que l'erreur des compteurs d'induction de la puissance électrique et des pertes électriques dans un moteur asynchrone avec des régimes non sinusoïdaux dans les circuits avec PWM augmente de plusieurs dizaines de pour cent.

Comme on le sait, dans les systèmes d'alimentation en liaison avec l'augmentation des consommateurs d'électricité fonctionnant en mode pulsé, ainsi que les systèmes à modulation de largeur d'impulsion (PWM), convertisseurs de fréquence dans les systèmes d'entraînement électrique avec moteurs asynchrones, charges non linéaires, convertisseurs à thyristors un haut niveau d'harmoniques plus élevés se produit.

À cet égard, la question de la mesure de l’énergie électrique dans ces conditions reste pertinente, même si beaucoup de travaux ont été consacrés à la mesure de l’énergie électrique, aussi bien sous des régimes sinusoïdaux que dans des processus électromagnétiques non sinusoïdaux [1: 6] .

Pour mesurer l'énergie électrique dans les systèmes d'alimentation, on utilise actuellement des compteurs électriques à induction et électroniques. De plus, ces derniers reposent le plus souvent sur des convertisseurs analogiques-numériques utilisant des calculateurs à microprocesseur, c'est-à-dire quantifient la mesure du temps et quantifient les signaux d'entrée proportionnels aux valeurs actuelles du courant et de la tension.

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 provoquées par le PWM.

En tant que tel, un compteur électronique spécialement conçu a été utilisé à cette fin, fournissant, avec une précision suffisante, le calcul de la valeur actuelle de l'électricité. en comparaison avec le compteur à induction, conformément à 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 multiplicateur de valeurs instantanées et on utilise un multiplicateur d'impulsions, un intégrateur d'impulsions et un compteur d'impulsions numériques, ce qui permet de fournir une erreur totale de mesure de la puissance électrique actuelle de l'ordre de quelques dixièmes de pour cent (0.1.20,2%) fréquences de plusieurs dizaines de kilohertz, et l’utiliser comme un exemple de mesure de l’énergie électrique.

Cet article n'essaie pas de décrire les circuits électriques structurels et principaux complets d'un tel compteur (ces informations peuvent être fournies aux organisations et institutions intéressées). L'une des tâches consiste à déterminer le niveau possible d'erreur du compteur à induction dans les 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 convertisseur de fréquence Mitsubishi E 500 FR - E 540-5,5 K - EC avec une puissance nominale de 5,5 kW. En tant que charge, des éléments chauffants et un moteur à induction ont été utilisés. Le schéma de principe de l'installation avec les éléments chauffants et les diagrammes de temps des courants et des tensions sont illustrés à la Fig. 1 et Fig. 2 .

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

Avant l'expérience dans des conditions non sinusoïdales, une vérification préalable a été effectuée pour identifier les lectures des compteurs électroniques et inductifs lors du fonctionnement pour la même charge dans un mode proche du sinusoïdal. Le schéma de mise en marche 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 des compteurs d’induction et des compteurs électroniques sur

identification des lectures avec un mode proche des sinusoïdaux

Au cours de 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 secours - 1 kHz;

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

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

Selon les indications des compteurs d'énergie électroniques, la valeur moyenne de l'efficacité 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 * les différences dans les lectures des compteurs d'électricité inductifs et électroniques en pourcentage sur les entrées et les sorties d'urgence, qui, compte tenu du traitement statistique, étaient les suivantes:

, .

D'après les 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 plus grande que leur erreur de base dans le régime sinusoïdal.

Les résultats ci-dessus sont obtenus, comme déjà mentionné, pour une charge active linéaire. Étant donné que le PE est principalement utilisé pour alimenter 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. Comme la charge de l'AD, un générateur de courant continu avec excitation mixte chargé sur le réchauffeur est utilisé. Des mesures préliminaires ont été effectuées sur la puissance du BP consommé et la charge en mode sinusoïdal. Après traitement des données expérimentales, il a été constaté que, lorsque la pression artérielle est fournie par PE, toutes choses égales par ailleurs, les pertes de puissance dans la pression artérielle augmentent de 30% par rapport au régime sinusoïdal. Cela entraîne une modification du régime thermique de la pression artérielle et la nécessité de réduire sa charge. Les raisons de l'augmentation des pertes de tension artérielle sous des régimes non sinusoïdaux sont connues et ne sont pas abordées 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 pour cent) des compteurs d'induction de l'énergie électrique dans les conditions non sinusoïdales créées par le 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.