Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ конструктивных схем, условий эксплуатации электромеханических систем солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом, методов их выбора, обоснования и оценки 11
1.1 Анализ конструктивных схем и условий их эксплуатации 11
1.1.1 Обзор электромеханических систем солнечных батарей 11
1.1.2 Анализ солнечных датчиков 16
1.1.3 Конструкции и условии эксплуатации ЭМС СБ 18
1.2 Выбор и обоснование электромеханических систем солнечных батарей 29
1.2.1. Описание объекта управления 29
1.2.2. Обоснование основной структуры электромеханических систем солнечных батарей 31
1.3 Анализ методов расчета параметров ЭМС с реактивно-вентильным электроприводом и точности позиционирования 35
1.4 Цель и задачи исследования 48
1.5 Выводы 49
Глава 2. Моделирование переходных процессов в электромеханических системах солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом и определение уровня надежности функционирования 51
2.1 Математической модели движения Солнца по небосклону 51
2.2 Исследование математической модели для определения рациональных параметров и режимов работы 56
2.3 Моделирование переходных процессов реактивно-вентильного электропривода 59
2.4 Зависимость КПД и потери энергии солнечных батарей от точности позиционирования 70
2.5 Определение уровня надежности электромеханической системы солнечной батареи 76
2.6 Выводы 83
Глава 3. Разработка и определение рациональных параметров электромеханической системы солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом 85
3.1 Разработка технических решений по повышения точности позиционирования 85
3.2 Разработка структуры, закон и топологии управления электромеханической системой СБ 89
3.3. Исследование устойчивости системы управления реактивно-вентильным электроприводом 92
3.4. Выводы 97
Глава 4. Экспериментальные исследования применения разработанной структуры управления электромеханической систем СБ с РВЭД 98
4.1. Планирование эксперимента 98
4.2. Стенд аппаратура и методика исследований 99
4.3. Экспериментальные исследования 106
4.4. Выводы 110
Заключение 111
Список литературы диссертационного исследования
- Конструкции и условии эксплуатации ЭМС СБ
- Моделирование переходных процессов реактивно-вентильного электропривода
- Исследование устойчивости системы управления реактивно-вентильным электроприводом
- Стенд аппаратура и методика исследований
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время вопросам использования возобновляемых источников энергии уделяется серьезное внимание. Из всех видов возобновляемых источников энергии наиболее перспективным и доступным представляется Солнце. Для преобразования энергии излучения Солнца в электрическую используются солнечные батарей (энергетические гелиоустановки (ЭГУ)). Многие страны уделяют большое внимание развитию солнечной энергетики. В первую очередь это страна Европейского Союза, Япония и США. Развивающиеся страны, испытывающие недостаток в национальных энергоресурсах также приобретают гелиоустановки в стратегических интересах или для решения специфических проблем. Наиболее актуальным направлением на сегодняшний день представляется использование небольших автономных гелиоустановок в отдаленных местностях для бытовых и сельскохозяйственных нужд - освещения, подачи воды насосами и т.п. В связи с тем, что стоимость электроэнергии, производимой гелиоустановкой очень высока, стоит задача повышения КПД установки, снижения потребляемой электроприводом электроэнергии. В этой работе особый интерес представляют электромеханические системы солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом.
Повышение точности и надежности прецизионных следящих систем автоматического управления обеспечивается применением в них безредукторных электроприводов, один из которых является реактивно-вентильным двигателями (РВД). Использование РВД в следящей технике и в других видах электропривода объясняется высокой надежностью, простотой конструкции, технологичностью изготовления и низкой стоимостью. Хотя сами реактивно-вентильные машины достаточно хорошо изучены, задача улучшения рабочих динамических и статических характеристик и массогабаритных показателей системы в целом становится актуальной.
Значительный вклад в развитие данного научного направления внесли работы Б. А. Ивоботенко, И. Ф. Ильинского, П. Ю. Каасика, Б. Е. Коника, А.С. Куракина, Ф. М. Юферова, М. Г. Бычкова, А. В. Демагина, В.Ф. Козаченко, Л.Ф. Коломейцева, А.Б. Красовского, В.А. Кузнецова, С.А. Пахомина, А.Д. Петрушина, Ю.А. Голландцев, Ваткин В.А, Овсянников Е.М., Сорокин Г.A., Lawrenson P.J., Miller T.J.E., Stephenson J.M. и др. Это способствовало расширению исследований и промышленных разработок ВИД, а также электроприводов на их основе для различных систем автоматического управления.
В то же время возросшее применение ВИД в современном электроприводе и необходимость оптимизации режимов их работы требует использования новых математических моделей, учитывающих характерные особенности таких систем: наличие двухсторонней зубчатости, насыщение магнитной цепи, параметры коммутатора, дискретность работы фаз ВИД. Пробелом во всех исследованиях является отсутствие методики расчета параметров двигателя для ГУ в зависимости от конкретной местности и конкретных размеров солнечных батарей.
Поэтому обоснование рациональных параметров электромеханической системы и следящей системы управления, обеспечивающей повышение КПД, надежность, точность позиционирования при ориентации солнечных батарей и повышение эффективности ее функционирования, является важной научной задачей.
Цель работы состоит в повышении надежности и точности позиционирования при ориентации солнечных батарей, и, эффективности функционирования электромеханических систем солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом путем обоснования их рациональных параметров структуры и формирования закона управления в следящем режиме.
Задачи исследования:
1. Анализ конструктивных схем и условий эксплуатации
электромеханических систем солнечных батарей, способов управления их
режимами работы и расчета параметров.
2. Разработка математической модели электромеханических систем
солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом, учитывающей в
комплексе его функциональные связи трансмиссий с трансмиссией устройства
слежения за солнцем, надежность и точность позиционирования.
3. Исследование математической модели электромеханических систем СБ
с реактивно-вентильным электроприводом для установления закономерностей
формирования управляющего воздействия в системе функциональных связей их
трансмиссий с трансмиссией устройства регулирования точности
позиционирования солнечных батарей по критерию надежности.
4. Определение зависимости, устанавливающей функциональные связи
точности позиционирования с КПД и потерями энергии солнечных батарей.
5. Определение условий реализуемости конструкционной и
функциональной надежности электромеханических систем солнечных батарей с
реактивно-вентильным электроприводом.
6. Разработка методики определения рациональных параметров
электромеханических систем солнечных батарей с реактивно-вентильным
электроприводом по критерию надежности.
7. Определение структуры и топологии управления электромеханической
системой солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом.
8. Численные и экспериментальные исследования режимов работы
электромеханических систем солнечных батарей при применении разработанных
технических решений устройства управления ее электроприводом.
Идея работы заключается в достижении требуемого уровня значения точности позиционирования при ориентации солнечных батарей путем обоснования рациональных параметров электромеханической системы с реактивно-вентильным электроприводом по критерию надежности, структуры и топологии управления ее режимами работы для повышения эффективности ее функционирования
Объектом исследования является электромеханическая система солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом.
Предметом исследования являются переходные процессы, протекающие в электромеханической системе солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом.
Методы исследования, используемые в работе, основаны на применении теории электрических цепей, автоматического управления, надежности, вероятностей и математической статистики, численных методов и экспериментальных исследований с применением ЭВМ. Исследования проводились с применением программы MATLAB&Simulink.
Автор защищает:
-
Зависимость, устанавливающую функциональную связь точности позиционирования с КПД и потерями энергии солнечных батарей.
-
Математическую модель электромеханической системы солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом, учитывающей функциональные связи трансмиссии с трансмиссией устройства слежения за солнцем.
-
Закономерности формирования управляющего воздействия в системе функциональных связей трансмиссий электромеханических систем солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом с трансмиссией устройства регулирования точности позиционирования солнечных батарей относительно солнца.
4. Зависимости для расчета рациональных параметров
электромеханических систем солнечных батарей с реактивно-вентильным
электроприводом и условия реализуемости их конструкционной и
функциональной надежности в технические решения структуры и топологию
управления их режимами работы.
Научная новизна заключается в определении рациональных параметров электромеханических систем солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом, закономерностей формирования структуры и топологии управления ее режимами работы для повышения надежности и эффективности работы системы.
Она представлена следующими результатами:
определены зависимости, устанавливающие функциональные связи точности позиционирования с КПД и потерями энергии солнечных батарей.
определены зависимости для расчета рациональных параметров электромеханических систем солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом на основе исследования ее математической модели;
- установлены закон и условия формирования управляющих воздействий в
электромеханических системах солнечных батарей с реактивно-вентильным
электроприводом, обеспечивающие повышение надежности и эффективности их функционирования;
- определены условия реализуемости конструкционной и функциональной надежности математической модели электромеханических систем солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом в разработку технических решений.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечены обоснованными допущениями, адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождения между которыми не превышает 13%, что допустимо в инженерных расчетах.
Практическое значение. Разработана методика расчета рациональных параметров электромеханической системы солнечных батарей с реактивно-вентильным электроприводом.
Реализация результатов работы. Основные научно-практические результаты диссертационной работы переданы для практической реализации на ЗАО "Производственное объединение Тулаэлектропривод", а также используются в учебных курсах "Специальные главы электропривода", "Энергетика электропривода" и "Специальные виды электроприводов" на кафедре "Электроэнергетика" ТулГУ.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных магистерских научно-технических конференциях ТулГУ (г. Тула 2010-2012 г.), Международной научно-технической конференции «Энергосбережение -2011» (г. Тула, 2011г.), Энергосбережение -2012 (г. Москва, 2012), Энергосбережение -2013 (г. Москва, 2013).
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 7 статьях, из них 6 в изданиях, рекомендованных ВАК, имеется 1 патент РФ на полезную модель.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка использованных источников из 120 наименований и включает 113 страниц машинописного текста, содержит 46 рисунка и 6 таблиц. Общий объем - 127 страницы.
Автор выражает благодарность заведующему кафедрой
«Электроэнергетика» Тульского государственного университета, доктору технических наук, профессору Степанову Владимиру Михайловичу за научные консультации, поддержку и помощь при работе над диссертацией.
Конструкции и условии эксплуатации ЭМС СБ
А) Солнечная энергоустановка,
Такая установка, описанная в /81/, представляется собой одноосевую систему слежения за солнцем. Эта система, которая показана на рис. 1.6, полно характеризуется способом исполнения устройства. На рис. 1.6.а представлена схема солнечной энергоустановки, на рис. 1.6.6 представлен солнечный датчик.
В плоскости рабочей платформы СБ 1 укреплен фотоэлектрический солнечный датчик 2. Блок управления 3 электроприводом 4 получит сигналы из солнечного датчика. Платформа СБ 1 располагается на вертикальном валу 5.
Солнечный датчик 2 состоит из двух фотоэлементов слежения 9, командного фотоэлемента 11 и каркаса 6. На двух гранях каркаса 7 и 8, выполненных под углом 15-25, размещены фотоэлементы 9 и фотоэлемент на грани 8. расположен командный фотоэлемент 11, который размещены на тыльной стороне каркаса 10, позволяет поворачивать СБ с запада на восток.
Недостатком известного технического решения является недостаточная надежность установки, на которую оказывают влияние температура окружающего воздуха, скорость и направление ветра.
Б) Система слежения за солнцем HS-IOOO.
Эта система производит компанией Corporation XXII. Эта система показана на рис. 1.7. Это однокоординатная система слежения для солнечных модулей. У этой системы есть некоторые особенности: угол наклона второй оси настраивается вручную 0-45, угол наклона (высота) Восток-Запад 90, площадь модуля 10м", энергоснабжение механизма слежения: от 12 В до 80 В, вырабатываемое одним из модулей, низкая потребляемая мощность (1,25 кВт/год), южное положение в темное время, выдерживает большую скорость ветра, линейный привод. Дополнительная выходная мощность достигает 30 % по сравнению с фиксированной установкой. Недостатками этой системы является ограничение углов поворота, низкая выходная мощность.
В) Солнечная электростанция.
Эта система, описанная в /78/, представляется собой двухосевую систему слежения за солнцем. Общий вид солнечной электростанции представлен на рис. 1.8. В конструкции солнечной электростанций введены основание 1, опорный подшипник 2, вертикальный вал 3 с ведущим зубчатым колесом 4, винтовой вал 5 электродвигателя 6 постоянного тока. На вертикальном валу 3 поставлена горизонтальная площадка9, на которой снабжена муфта 7 с опорной крестовиной 8. Горизонтальный вал 10, постановленный на конечной точке вертикального вала 3, сильно закреплен зубчатое колесо 11 и поверхности СБ 12. Зубчатое колесо 11 вала 10 цепной передачей 13, с определенной редукцией, связано с зубчатым колесом 14 вала реверсивного электродвигателя 15постоянного тока. На поверхности СБ 12 закреплена система солнечного датчика, который состоит из левого фотоэлемента 16 и правого фотоэлемента 17, и командных нижнего фотоэлемента 18 и верхнего фотоэлемента 19.
Недостатком известного технического решения является низкая эффективность работы электростанции.
Д) Поворотное устройство для солнечного энергомодуля 1111 Поворотное устройство состоит из СБ, солнечного датчика, устройства обработки сигнала и электронного таймера. Солнечный датчик такого поворотного устройства имеет два фотоэлемента, находящихся на параллельной к платформы СБ поверхности. Кроме того, солнечный датчик еще имеет отражатель, являющий пластиной с белой матовой поверхностью. Эта отражатель установляется параллельно оси вращения солнечной батареи и перпендикулярно ее плоскости. Такая структура делается для того, чтобы не попадать в тень батареи при любом времени дня. При этом вертикальная опора крепится на основание, а азимутальное устройство поворота играет в качестве электродвигателя, вращательная ось которого размещает перпендикулярно углу местности. В конструкции азимутального устройства введены вращающийся винт и качающаяся гайка. Вращающийся винт одним концом шарнирно закрепляется с электродвигателю, а гайка закрепляется на неподвижной платформе. При этом вертикальная опора выполнена шарнирно-складной, из трубчатого стандартного профиля. А также в конструкции зенитального устройства поворота введены качающийся в вертикальной плоскости «водила» с дискретной установкой угла, закрепленного на горизонтальной оси относительно опоры. В качества зенитального устройства поворота играет трубчатый корпус, установленный внутри электродвигателя с предохранительной муфтой. Вращающаяся ось электродвигателя располагается перпендикулярно углу местности.
На рис. 1.9а представлен солнечный датчик, состоящий из несущей пластины 1, двух фотодиода 2 и отражатели 3.
На рис. 1.9 б представлено поворотное устройство, рассчитанное на одну СБ. Это устройство состоит из вертикальной опоры 10, зенитального устройства поворота и азимутального устройства поворота СБ.
В целом поворотное устройство для СБ состоит из основания 9, солнечного датчика, вертикальной опоры 10, зенитального устройства поворота и азимутального устройства поворота. Азимутальное устройство поворота выполняется в виде шагового электродвигателя 6 и редуктора.
Система автоматического управления состоит из солнечного датчика, устройства обработки сигнала, электронного таймера, коммутатора для управления двигателем. Электроэнергия из СБ непосредственно снабжен напряжение питания этой системы. Недостатками этого устройства является низкая надежность, ограничение углов поворота.
Общий вид поворотного механизма Титан Трекер представлен на рис. 1.10. Это рамная поворотная конструкция для модулей солнечных батарей, которая динамически ориентируется относительно видимого положения Солнца, сохраняя оптимальное положение солнечных батарей [114].
Установка Титан Трекер имеет следующие достоинства. В 40 широты эта система с точностью 10 градусов имеет производительность энергии болше на 45%, чем фиксированная система СБ. С помощью пяти точек крепления эта система выдерживают достаточная устойчивость под ветровыми нагрузками до 125 км/ч в любом месте. Проблема надежности установки решается независимостью между структурой и электроприводом. Мощность установки высока с 219 м поверхности СБ. Экономия материалов, которые снижается 20% стали и 65% бетона в сравнении со смонтированными недвижимыми системами позволяет снижать конечная стоимость. Техника монтажа легка и быстра из меньше винтов на СБ, чем присущее количество у плоских установок. Сокращение обслуживания производит с помощью применения высокотехнологических разработок и материалов. Одним из важных достоинств является точность наведения, которая около 0,01 градуса. Дизайн трекера основан на 5 несущих опорах: 1 фиксированной центральной и четырёх роликовых опор, которые держат две симметричные рамы для СБ.
Моделирование переходных процессов реактивно-вентильного электропривода
Для исследования характеристик переходных процессов реактивно-вентильного электропривода нужно разработана ее математическая модель РВЭД находят применение благодаря их экономичности, эффективности массогабаритных показателей, экономии расхода топлива и новых функциональных преимуществ, позволяющих улучшить динамику ЭМС, ее экологические свойства и т.д. В связи с этим в этой работе поставлена задача создания имитационной математической модели, описывающей работу РВЭД.
Электромагнитные процессы в РВЭД описываются системой уравнения Кирхгофа. Для расчета статических и динамических характеристик в этой работе предположена имитационная математическая модель РВЭД. Алгоритм имитационной математической модели РВЭД дан на рис. 2.6. Этот алгоритм отличается от известных моделей РВЭД /3, 4, 46, 88/ чем, что в данной модели используется сквозной метод расчета, начало заданы исходные параметры двигателя и ВК, потом проводит расчет основных размеров и параметров магнитной цепи, и, наконец, определит рабочие характеристики РВЭД. В такой алгоритм входит 2 блока подпрограмм: проектный расчет РВЭД для определения статических параметров и имитационное моделирование при известных параметрах.
На первом этапе алгоритма моделировании проводит расчет токов фазы с помощью зависимости индуктивности и эдс обмотки от угла ротора через заданные геометрии двигателя. При моделировании могут изменяться и внешние параметры РВЭД: внешний момент на валу, напряжение питания и. др. На втором этапе алгоритма моделировании проводит расчет электромагнитного момента, угловой скорости, угла поворота ротора. Эти этапы повторяется много кратно до достижения требуемого условия, которое задано интервалом времени.
На конечном этапе результаты расчета показываются в виде осциллограмм переменных и динамических параметров РВЭД.
Реализация обобщенной математической модели РВЭД выполняется в математическом пакете MATLAB -SIMULINK. Математическая модель в SIMULINK обладают достаточной точностью и быстродействием.
Разработанная математическая модель позволяет проводить расчет статических и динамических характеристик РВЭД. Такое построение математической модели позволяет встраивать ее в программы, для последующей оптимизации системы по отдельным параметрам.
Общая схема имитационной модели трехфазной РВЭД с вентильным коммутатором показана на рис. 2.7. Основные допущения, принятые при составлении имитационной модели: активные сопротивления фаз, не зависящие от температуры обмотки статора; силовые транзисторы и диоды представлены функциональными резисторами; без учета взаимоиндукция фазных обмоток двигатели; без учета индуктивности рассеяния; безынерционные звенья датчика положения ротора и САУ.
В общую схему входят электродвигатель, вентильный коммутатор, датчик угла ротора, угол включения напряжения, угол отключения напряжения, осциллограмма, заданное устройство нагрузки, источник питания двигателя и коммутатора. Напряжение питания РВЭД подается от блока DC Voltage Source, который формирует источник постоянного тока.
На рис. 2.8. показана структурная схема имитационной математической модели для каждого фазы. В эту схему входят блок Flux, блок тока, блок момента, блок механика. Боком тока являются аппроксимационная таблица зависимости тока от угла ротора и потокосцепления. Боком момента являются аппроксимационная таблица зависимости момента от угла ротора и тока обмотки.
Потокосцепления РВЭД может быть таким образом представить на рис. 2.9 и выражаться в виде функции тока статора и ротора /108, 109/
Зависимость момента двигателя от угла поворота, тока и индуктивности вычитается выражением (2.17) и определяется выражением/108, 109/
Механические динамика двигателя и нагрузки регулируются уравнения движения (2.18) и структура показана на рис. 2.11.
На рис. 2.12 показана структурная схема датчика положения ротора, в которой входные сигналы - скорость вращения, угол включения напряжения, угол отключения напряжения. При сравнении настоящего угла с углом включения напряжения и отключения напряжения выходные сигналы будут определить включения или отключения нужных фаз.
На рис. 2.13 показана структурная схема вентильного коммутатора для трехфазных РВЭД. В этой схеме работают 6 транзисторы и б диоды под источником и управляющих сигналов из блока датчика положения.
Исследование разработанной математической модели проводилось на ЭВМ с помощью пакета программ, разработанных для сложных дифференциальных уравнений.
Результаты исследования обобщенной математической модели: на основании вышеизложенного было проведено исследование разработанной математической модели на ПЭВМ с помощью пакета программ Matlab-Simulink.
Повышение эффективности функционирования структуры математической модели может быть достигнуто за счет введения в следящую систему идентификатора угла. Использование существующих датчиков положения ротора встречает известные трудности конструктивного характера и не всегда возможно. Наиболее приемлемым вариантом решения обозначенной проблемы является использование методов косвенного определения угла положения ротора, которые просты в реализации.
Доверенность полученных результатов зависит от заданных параметров двигателя и ВК. Погрешность результатов является следствием метода вычисления реактивного тока в обмотках при отключении двигателя. По результатам моделирования можно сделать вывод о соответствии математической модели реальному объекту.
Исследование устойчивости системы управления реактивно-вентильным электроприводом
Передаточная функция РВЭД определяется как синхронным двигателем.
Для того, чтобы исследовать усточивость данной системы, необходимо провести моделирование переходного процесса с помощью пакета simulink. Пострим структурную схему системы путем встроенных средств в среде Simulink, получены график переходного процесса системы и ЛФЧХ системы СБ, которые представлены на рис. 3.3, 3.4.
Из графика полученной переходной характеристики определены прямые показатели качества системы: время регулирования t =8с.; перерегулирование системы а = По таким характеристикам отменил, что заданную систему необходимо корректировать или необходимо регуляровать.
Для получения точности разработанная следящая система нужна максимальная допустимая ошибка слежения 9тах, при этом заданные условии - максимальная угловая скорость 0тах и максимальное угловое ускорение 0тах. Для выполнения этих требований необходимо делать так, чтобы желаемая ЛАЧХ не попадала в запрещенную область, так как на низких и высоких частотах нежелательно из-за увеличения перерегулирования, времени регулирования. Это проиводит к нарушения устойчивости системы. Определение запрещенной области может получать путем нахождения координат ключевой точки:
Применение регуляторов Р, PI, PID для установленной схемы определяет запас устойчивости и оценит качество регулирования. На рис. 3.5 (а-г) представлены результаты моделирования на программе Matlab-simulink.
Анализ полученных результатов приводит к следующему выводу. Оценка запаса устойчивости и качество регулирования через времени регулирования, установившееся значение и перерегулирование при использовании регуляторов Р, PI, PID показывают, что целесообразно используются PI, PID регулирования при малом угле поворота, а Р регулирование при большом угле поворота.
1. Разработано устройство управления электромеханической системой солнечных батарей с РВЭД обеспечивающие требуемую точностью позиционирования.
2. Определена структура и топологии управления электромеханической системой солнечных батарей с РВЭД.
3. Разработано корректирующее устройство для снижения пульсации крутящего момента, с помощью которого улучшает качество работы реактивно-вентильного электропривода и снижается потери энергии СБ.
4. Исследование устойчивости электромеханической системой солнечных батарей с РВЭД доказали правильность определенных их рациональных_ параметров, режимов работы закона и структуры управления.
5. Определены законы управления, PI и PID регулирования при малом угле поворота, а Р регулирование при большом угле поворота.
Стенд аппаратура и методика исследований
Разработанная методика экспериментальных исследований соотношения мощностей РВЭП системы солнечных батарей и электропривода определяет критерии подобия его физической модели реальной установке
На стенде установлено следующее основные электромеханические аппаратуры
Измерение и регистрация параметров, предусмотренных методикой экспериментальных исследований, проводились с помощью измерительного комплекса построенного на базе ЭВМ CORE І5-243 ОМ/2.40Gb/4G/Intel(R)HD, платы цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразования L-780M фирмы L-CARD, датчиков измерения напряжения ДНХ, измерения тока CSNA111, измерения мощности ДИМ-200А и РВЭД. /58, 95/
В качестве датчика положения солнца используется кремниевый фотоэлектрический датчик, которые показан на рис. 1.5. /37/. В основе датчика два основного элемента определят положения Солнца, третий элемент исключит влияние рассеянного излучения и запускает систему утром.
Датчики измерения мощности ДИМ-200А предназначены для того, что преобразует активную мощность в пропорциональный сигнал токового интерфейса 0-20 миллиампер или 4-20 мА. Эта мощность потребляема нагрузкой в цепях постоянного тока и переменного тока любой частоты 50Гц. Их интерфейс гальванически изолирован от измеряемых цепей. Такие датчики измеряют значения мощности в пределах от 0 до 200 кВт. Датчики измерения мощности ДИМ-200А имеет диаметр отверстия под токовую шину 40мм. Выходной сигнал токового интерфейса составляет от 4 до 20 мА. Технические данные датчика измерения мощности ДИМ-200В показаны на табл. 4.1 ./76/
Датчики тока CSNA1I1 измеряют постоянные, переменные и импульсные токи при применении в электротехнике. Компенсационные датчики тока бесконтактно измеряют постоянный, переменный и импульсный токи в диапазоне ±70 А. Входной ток в датчики преобразуют в выходной ток, который пропорционален входному току и меньшей его величины.
Измеряемый проводник имеет ток, который создает магнитное поле, которое действует на встроенный магнитный резистор или датчикХолла, из этого создан сигнал рассогласования. Величина магнитного поля, создаваемого компенсационной катушкой обратно по направлению к магнитному полю в проводнике, компенсирует магнитное поле измеряемого проводника до нулевого значения сигнала магнитного резистора. Сигналом из выхода датчика является ток компенсационной катушки.
Каждый тип датчиков является линейкой моделей с разными видами крепежа и температурным рабочим интервалом. Точность измерений датчиков тока составляет ±0,5%. Сопротивление изоляции составляет от 2,5 до 7,5 кВ. Датчики тока компенсационного типа можно подразделить на два подвида: регулируемые и нерегулируемые. Регулировка чувствительности производится увеличением числа витков проводника вокруг кольца магнитопровода или с помощью перемычек, которые задают число витков компенсационной катушки. Основные Технические данные датчика измерения тока CSNA111 показаны на табл. 4.2./76/
Датчик напряжения измеряет напряжения постоянного тока, переменного тока любой частоты. Датчик напряжения ДНХ состоит из замкнутого магнитопровода с зазором и обмоткам, датчика Холла и платы электронной обработка сигнала.
Выходной ток в ДНХ нагружает так, чтобы получить значение напряжения, которое удобно обработано дальнейшей. Измерительная цепь подключается с помощью двух винтовых соединения. Габаритные и технические данные датчика измерения напряжения ДНХ показаны на табл. 4.3./76/
Универсальная плата L-780M фирмы L-CARD для ввода/вывода аналоговых и цифровых сигналов в ПЭВМ с возможностью их цифровой обработки в реальном времени. В качестве настройки можно установка цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Находящийся на плате сигнальный процессор осуществляет тактирование и синхронизацию работы АЦП (Аналого-цифровой преобразователь) и ЦАП, организует буферизацию и обмен данных с ПЭВМ через двухканальное оперативное запоминающее устройство. Плата работает в милливольтвом диапазоне.
Эта плата имеет 1 АЦП. С помощью коммутатора вход АЦП может быть подать 1 из 16 или 32 аналоговых каналов с внешнего разъёма платы. На табл. 4.4 показаны параметры АЦП.
Эта плата имеет еще две ЦАП, характеристики которого представлены на табл. 4.5.
Эта плата имеет возможность двухканального управления интервалом напряжения для каждого канала АЦП. На каждый канал в процессе ввода устанавливаем различный коэффициент усиления, который составляет 1,2 до 5.
Подключение каждого источника сигнала приводит соответственно двумя проводами канала АЦП- Для заземления платы используется отдельный электропровод.
С помощью разработанной методики в первой разделе был выбран реактивно-вентильный двигатель SRM 130-105-4 с номинальной мощностью 30 Вт. Данный двигатель принадлежит к классу двигателей постоянного тока с способом охлаждением ІС0040.
Применимыми условиям эксплуатации являются нормальные, соответствующие значениям климатических факторов: высота над уровнем моря до 1000м, температура окружающей среды от 1 до 40 С, относительная влажность 80 % при t=20C.
Показатели надежности: средний срок службы при наработке 30000 часов не менее 12 лет. Вероятность безотказной работы за период 10000 часов 0.8 при доверительной вероятности 0.7, наработке щеток 0.8, коэффициенте готовности 0.9.
Габаритные параметры двигателя: длина составляет 150 мм, ширина составляет 80 мм, высота составляет 35 мм, масса составляет 3,5 кг. Такой двигатель имеет технические данные: номинальная мощность, при исполнении Рном = 30 [Вт]; максимальная частота вращения fmax = 300[об/мин]; номинальная частота вращения /нол, = 200 [об/мин]; напряжение UH0M = 24 [В]; максимальный вращающий момент Мчак=3[Н-м]; номинальный вращающий момент Мна„=1 [Н-м]; момент инерции Jde = 0,025 [кг-м2]; Глубина регулирования 1:5.
