Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» Уральский энергетический институт Кафедра «Электротехника» Оценка проекта_________ Члены комиссии________ АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ МОДЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ ТИПА АОД-1600-4У1 ПРОЕКТ ПО МОДУЛЮ Руководитель Мойсейченков А.Н. Студент группы ЭН-490008 Танкин Д.А. Екатеринбург 2023 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» (УрФУ) Уральский энергетический институт Кафедра «Электротехники» Задание на проект по модулю Студент: Танкин Диар Ануарович Группа: ЭН-490008 Направление подготовки: Электроэнергетика и электротехника 13.03.02 1.Тема проекта: автоматизация обработки трансформатора типа АОД-1600-4У1 2.Содержание работы, в том числе состав графических работ и расчетов Описание обьекта исследования, выбор датчиков и основных элементов схемы, написание программы для системы мониторинга в среде Lab View. _ _ _ 3.Дополнительные сведения _______ __ ___________________________________________________________ 4. План выполнения проекта Наименование элементов Сроки Отметка о выполнении проектной работы Руководитель ________________________/ Мойсейченков А.Н./ Руководитель ВКР ________________________/Шутько В.Ф./ 2 Оглавление Реферат ................................................................................................................. 4 Введение ............................................................................................................... 5 1 Подключение датчиков.................................................................................... 6 2 Выбор датчиков и основных частей схемы ................................................... 7 2.1 Критерии выбора датчиков ...................................................................... 7 2.2 Выбор датчиков напряжения и тока...................................................... 10 2.2.1 Погрешность трансформатора тока ................................................... 10 2.2.2. Изоляция: ............................................................................................. 11 2.2.3 АСУ........................................................................................................ 16 2.3 Выбор АЦП .............................................................................................. 17 3 Написание программы для систем мониторинга в среде Lab View.......... 20 Заключение ........................................................................................................ 24 Литература ......................................................................................................... 25 3 Реферат Целью данного проекта по модулю является выбор датчиков для системы автоматического мониторинга асинхронного обдуваемого двигателя. 1 Выбор конкретного вида датчика 2 Написание программы для системы мониторинга в программе Lab View. Пояснительная записка содержит 25 страниц, 11 рисунков, 5 таблиц, использовано 4 источника литературы. 4 Введение Датчиками называют блоки, задача которых измерить некоторый параметр, а потом, сравнив его с эталонным для данной технической системы значением, подать соответствующий сигнал на исполнительный элемент схемы. Поскольку большинство систем используют электродвигатели, то наиболее распространёнными типами являются датчики тока и напряжения. Широкое внедрение таких устройств обусловлено развитием сенсорных методов управления, когда исходный сигнал — электрический или оптический — преобразуется в необходимые параметры управления. По сравнению в другими управляющими технологиями (например, контакторного контроля) датчики обеспечивают следующие преимущества: 1. компактность; 2. безопасность в применении; 3. высокую точность; 4. экологичность. При выборе датчика необходимо учитывать все указанные аспекты, чтобы обеспечить его оптимальное функционирование в конкретной системе или приборе. В данном проекте выбираются датчики для системы мониторинга асинхронного двигателя со следующими параметрами: P, Вт U1, В U2, В I1, А I2, А m, шт 250 10 0,4 208 14 3 5 1 Подключение датчиков Рисунок 2.1 – Электрическая схема подключения трехфазной группы Рисунок 2.2 – Электрическая схема подключения датчиков 6 2 Выбор датчиков и основных частей схемы 2.1 Критерии выбора датчиков Таблица 1 — основные параметры для датчика тока Электрические параметры Критерий выбора Преобразуемый ток: переменный, постоянный, комплексной формы Определение амплитудного или эффективного значения измеряемого тока Диапазон измеряемого тока Определение пикового преобразуемого значения тока: IP Измеряемые временные перегрузки - пиковое значение - продолжительность Тип: ток, напряжение. Значение при IPN , IPK MAX : определение необходимого нагрузочного резистора ( для токового выхода ) Требуемая точность при 25 °С Принять во внимание начальное смещение тока или напряжения (при преобразовании на постоянном токе) + нелинейность Напряжение источника питания. Требуемый выходной сигнал Точность преобразования Имеющийся источник питания Максимально допустимое потребление тока Электрическая прочность изоляции Номинальное рабочее напряжение. Необходимое испытательное напряжение при проверке электрической прочности изоляции 7 Динамические параметры Частотный диапазон Определение рабочего частотного диапазона. Основная рабочая частота. Частота регистрируемых помех при необходимости Скорость нарастания тока Определение времени отклика и времени задержки выходного сигнала. Определение скорости нарастания тока при не измеряемой перегрузке, которую должен выдержать датчик Параметры окружающей среды Рабочая температура и температура Температурный режим, при котором хранения будет работать датчик. Температурный режим хранения Механические параметры Электрические присоединения Через входное отверстие: первичной среды Определение его размера в зависимости от размеров проводника Размеры шинно-провода Другие присоединения Электрические присоединения Тип подсоединения вторичной цепи вторичного контура, габаритные Определение максимально размеры, способ установки допустимых размеров 8 Внешние размеры Определение максимально допустимых размеров Способ установки Тип крепления (печатная плата, непосредственно на шасси или панелях конструктива) Датчики напряжения Критерии выбора датчиков напряжения в основном идентичны критериям выбора датчиков тока. Используются два типа дизайна: Без встроенного первичного резистора Это модели выбираются тогда, когда определяющим критерием является время отклика. Для этого первичная обмотка должна быть выполнена с минимальным количеством витков для уменьшения первичной индуктивности. С другой стороны, с целью обеспечить оптимальную точность, первичный ток будет больше, обеспечивая номинальное количество первичных ампер-витков (IP∗NP), точно установленное для конкретной модели. Например, модель LV 100 имеет 100 ампер-витков, а модель LV 200 - 200 ампер-витков. Регулирование значения выходного сигнала: Калибрование значения выходного сигнала может выполняться через внешний первичный резистор или посредством изменения нагрузочного резистора выходной (вторичной) цепи. 9 Со встроенным первичным резистором Датчик оснащен встроенным первичным резистором. Выбор делается в соответствии с номинальным преобразуемым напряжением и диапазоном преобразования, который для этих приборов составляет обычно 1,5 от установленного номинального напряжения. 2.2 Выбор датчиков напряжения и тока При выборе трансфомраторов тока обратим внивание на продукцию компании СВЭЛ и обратимся на соответствующие ресурсы этой компании, так как обьект исследования производится на заводе этой компании: трансформаторы тока самой подходящей для данной установки является модель ТВГ-УЭТМ-35. С обеих сторон будет установлен одинаковый трансформатор тока. Трансформаторы напряжения выбраны так же от компании СВЭЛ. Для стороны ВН ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III, а для стороны НН НОЛ-СВЭЛ-6М. 2.2.1 Погрешность трансформатора тока Правила устройства электроустановок требуют, чтобы ТТ, предназначенные для питания релейной защиты, имели погрешность, как правило, не более 10%. Большая погрешность допускается в отдельных случаях, когда это не приводит к неправильным действиям релейной защиты. Погрешности возникают вследствие того, что действительный процесс трансформации в ТТ происходит с затратой мощности, которая расходуется на создание в сердечнике магнитного потока, перемагничивание стали сердечника (гистерезис), потери от вихревых токов, нагрев обмоток. 10 Кроме токовой погрешности, ТТ вносят в контролируемый ток и угловую погрешность δ, которая представляет собой угол между векторами первичного и вторичного токов. Эта погрешность зависит от отношения I0/I1 и выражается в радианах или минутах. Токовая погрешность определяется по выражению: 2.2.2. Изоляция: Конструкция номинального изоляции напряжения. трансформатора У тока трансформаторов зависит тока от его номинальным напряжением 6—10 кВ применяется литая эпоксидная изоляция, которая обеспечивает необходимую электрическую и механическую прочность конструкции при малых габаритах. Для трансформаторов выбирается изоляция в соответствии с ГОСТ 1516.3-96. Требования к электрической прочности изоляции вторичных обмоток трансформаторов напряжения и трансформаторов тока — по ГОСТ 1983 и ГОСТ 7746 11 Таблица 2.2.1 – Технические характеристики трансформатора тока ТВГ-УЭТМ-35 12 Таблица 2.2.2 - Технические характеристики трансформатора тока ЗНОЛСВЭЛ-35 III Рисунок 2.2.2 – Чертеж трансформатора тока ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III 13 Конструктивное Номинальный Номинальньый Исполнение Первичный ток, А Вторичный ток, А Сопротивление обмоток постоянному ток, Ом ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III 100 0,015 0,03 120 0,023 0,037 0,035 0,044 200 0,047 0,057 300 0,068 0,088 400 0,091 0,162 5 150 Таблица 2.2.3 - Технические характеристики трансформатора тока НОЛСВЭЛ-6 14 Рисунок 2.2.3 – Чертеж трансформатор тока НОЛ-СВЭЛ-6 15 2.2.3 АСУ Исходя из нормативных документов и информации о трансформаторе тока ЗНОЛ-СВЭЛ-35 III, было принято решение выбрать АСУ (автоматизированную систему управления). АСУ обеспечивает более высокий уровень автоматизации, контроля и управления процессами в сравнении с АТП. Она позволяет снизить вероятность человеческой ошибки, повысить точность измерений и реагировать на возникающие проблемы оперативно. При выборе системы управления стоит руководствоваться следующими нормативными документами: ГОСТы (ГОСТ Р или ГОСТ ИСО) - Государственные стандарты Российской Федерации, которые определяют требования к различным аспектам технической безопасности и качества оборудования. Стоит обращать внимание на такие ГОСТы как: 1. ГОСТ 8.217-2003: ГСИ. Трансформаторы тока. Методика поверки Данный стандарт содержит методику поверки трансформаторов тока 2. ГОСТ 7746-2015: Трансформаторы тока. Общие технические условия - Этот стандарт устанавливает общие технические условия для трансформаторов тока 3. ГОСТ 1516.3-96: Электрооборудование переменного тока на напряжения от 1 до 750 кВ. Требования к электрической прочности изоляции - Данный стандарт определяет требования к электрической прочности изоляции Технические условия - документы, разработанные производителями или поставщиками оборудования, которые определяют конкретные требования и спецификации для трансформаторов тока. Руководства по безопасности - нормативные документы и руководства, которые содержат рекомендации по безопасному использованию и 16 эксплуатации трансформаторов тока, включая требования к системам контроля. 2.3 Выбор АЦП Для преобразования аналогового сигнала с датчиков в цифровой формат требуется выбор аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Для подключения к компьютеру и отображения результатов необходимо также использовать USB 2.0 и специальное программное обеспечение. Разрядность АЦП характеризует количество дискретных значений, которые преобразователь может выдать на выходе. В двоичных АЦП измеряется в битах, в троичных АЦП измеряется в тритах. Например, двоичный 8разрядный АЦП способен выдать 256 дискретных значений (0…255), поскольку: выбор был сделан в пользу устройства QMBox 10-48, он имеет 14 разрядность, соответственно 314 = 4782969, что позволяет получать большее число значений и повысить точность измеряемого значения. Из-за возможностей АЦП работать с напряжением только в определенных производителем диапазонах, требуется использовать шунты. Для увеличения сопротивления цепи шунт включается последовательно: Был выбран шунт от Российской компании «ЭНМАКСО», характеристиками: 17 с Диапазон, А Класс точности Сопротивление, Ом 5-50 0,5 0,11 До включения шунта в цепь подаваемое напряжение на АЦП было: 𝑈1 = 𝐼 ∙ 𝑅1 = 5 ∙ 0,015 = 0.075 В После включения шунта, сопротивление цепи 𝑅2 = 𝑅1 + 𝑅ш = 0,015 + 0,11 = 0,125 Ом Напряжение, подаваемое на АЦП, изменилось до значения: 𝑈2 = 5 ∙ 0,125 = 0,625 В Данное значение соответствует требуемому диапазону входного сигнала из таблицы на рисунке 2.3.1 Рисунок 2.3.1 – характеристики АЦП QMBox 10-48 18 стало: АЦП QMBox и их стоимость на российском рынке: 19 3 Написание программы для систем мониторинга в среде Lab View Для данного проекта по модулю была изучена среда программирования Lab View. В данном программном обеспечении используется графический язык программирования “G”, представленный на следующих рисунках Рисунок 3.1 – Блок-диаграмма программы написанный графическим языком Данная среда позволяет создавать отдельное окно, которое моделирует пульт мониторинга прибора, пример представлен на рисунке 3.2 20 Рисунок 3.2 – Окно панели оператора для наблюдения за показателями Для начала был создан генератор сигнала, который имитирует сигналы получаемые с трансформаторов тока и напряжения, этот генератор представлен на рисунке 3.3. В созданном генераторе можно задавать частоту и амплитуду выдаваемого напряжения, а так же сопротивление обмотки, в частности ее активную и реактивную часть, из полученных данных программа считает cosФ и сам угол фи. И с помощью этих расчетных данных выдает соответствующий график тока для его последующего анализа 21 Рисунок 3.3 – Блок-схема генератора сигнала Далее программа анализирует полученный сигнал. Блок-схема представлена на рисунке 3.4. Рисунок 3.4 – Блок-схема для анализа полученного сигнала 22 Блок-схема для анализа считает и выводит на панель приборов графики полной мощности, реактивной и активной мощностей. Пример получаемых данных представлены на рисунке 3.5. Рисунок 3.5 – Снимок экрана с примером расчетных данных 23 Заключение В данном проекте по модулю были выбраны приборы измерения и датчики для системы мониторинга трехфазного силового трансформатора, а также написана программа для обработки получаемых данных в среде программирования Lab View. 24 Литература 1) А.Данилов «Современные датчики тока» Москва октябрь 2004 2) Каталог фирмы ООО «QMBox» «Аналогово-цифровые преобразователи» 3) Каталог фирмы «Autonics» «Датчик углового перемещения серии E40S E40H, E40HB, E80H» 4) Каталог фирмы «СВЭЛ» Измерительные трансформаторы тока 5) Каталог фирмы «ЭНМАКСО» Добавочные сопротивления 25
