С помощью программы для работы с таблицами Microsoft Excel строим семейство внешних характеристик модели СПП (рис. 4.7).
Рисунок 4.7 – Семейство внешних характеристик СПП при Ld = 1,65 мГн
4.2 Построение оптимизированной модели СПП с выбором оптимальной индуктивности реактора
При решении реальных задач объект обычно характеризуется не одним, а несколькими показателями (критериями) функционирования. При оптимизации требования к ним могут быть противоречивыми, т. е. улучшая один показатель, неминуемо ухудшается часть остальных. Поэтому возникает задача определения некоторой компромиссной точки, в равной степени удовлетворяющей всем требованиям. Как правило, результаты по каждому отдельному показателю качества будут хуже, чем в случае однокритериальной оптимизации по этому параметру. [21]
Критерии – это показатели, по которым сравнивают оптимальное значение индуктивности. В качестве критериев сравнения выбираем:
1) быстродействие системы τ, которое определяется по формуле:
(4.4)
где Lя – индуктивность обмотки якоря двигателя;
Rя – сопротивление обмоток якоря двигателя;
2) граничный прерывистый ток Idгр., значение которого определяется с помощью длительности протекания выпрямленного тока λ:
(4.5)
3) масса сглаживающего реактора, которая определяется по методике, описанной в п. 3.2.5.
Далее необходимо определить значимость критериев с помощью весовых коэффициентов. Поскольку задача определения весовых коэффициентов значимости является очень сложной, используем субъективный выбор: для 1-го критерия весовой коэффициент а = 0,6; для 2 го критерия – а = 0,3; для 2-го критерия – а =0,1.
Тогда многокритериальный оптимум вычисляется по формуле:
(4.6)
где аi – весовой коэффициент;
Qi – значение локального критерия;
Qmax – максимальное значение критерия.
Многокритериальный оптимум Q выбираем по минимальному значению. Алгоритм по нахождению многокритериального оптимума представлен на рис. 4.8. По данному алгоритму создана программа, которая была написана на языке Pascal. Программа представлена в Приложении А.
Рисунок 4.8 – Алгоритм оптимизации
Таблица 4.2 – Результаты многокритериальной оптимизации
|
Ld,мГн |
Id, A |
τ,мс |
m, г |
Q(τ) |
Q(Imax) |
Q(m) |
QΣ |
|
0,5 |
4 |
2,85 |
257,982 |
0,07651 |
0,3 |
0,007485 |
0,383995 |
|
1 |
3,67 |
3,35 |
361,1846 |
0,089933 |
0,27525 |
0,010479 |
0,375662 |
|
1,5 |
3,38 |
3,85 |
264 |
0,103356 |
0,2535 |
0,00766 |
0,364515 |
|
1,65 |
3,31 |
4 |
270 |
0,107383 |
0,24825 |
0,007834 |
0,363466 |
|
2 |
3,14 |
4,35 |
441 |
0,116779 |
0,2355 |
0,012795 |
0,365074 |
|
2,5 |
2,93 |
4,85 |
726 |
0,130201 |
0,21975 |
0,021064 |
0,371015 |
|
3 |
2,75 |
5,35 |
694 |
0,143624 |
0,20625 |
0,020135 |
0,37001 |
|
4 |
2,44 |
6,35 |
1031,038 |
0,17047 |
0,183 |
0,029914 |
0,383384 |
|
5 |
2,2 |
7,35 |
937,6657 |
0,197315 |
0,165 |
0,027205 |
0,38952 |
|
6 |
2 |
8,35 |
1192,461 |
0,224161 |
0,15 |
0,034598 |
0,408759 |
|
7 |
1,83 |
9,35 |
2275,516 |
0,251007 |
0,13725 |
0,066021 |
0,454278 |
|
8 |
1,68 |
10,35 |
2768,385 |
0,277852 |
0,126 |
0,080321 |
0,484173 |
|
9 |
1,56 |
11,35 |
1412,589 |
0,304698 |
0,117 |
0,040984 |
0,462682 |
|
10 |
1,46 |
12,35 |
1690,421 |
0,331544 |
0,1095 |
0,049045 |
0,490089 |
|
12,5 |
1,24 |
14,85 |
1869,887 |
0,398658 |
0,093 |
0,054252 |
0,54591 |
|
15 |
1,14 |
17,35 |
3446,665 |
0,465772 |
0,0855 |
0,1 |
0,651272 |
|
17,5 |
1,08 |
19,85 |
2799,638 |
0,532886 |
0,081 |
0,081227 |
0,695113 |
|
20 |
1,02 |
22,35 |
2927,753 |
0,6 |
0,0765 |
0,084945 |
0,761445 |
Рисунок 4.9 – Зависимость быстродействия от индуктивности τ = f(Ld)
Рисунок 4.10 – Зависимость массы от индуктивности m = f(Ld)
Рисунок 4.11 – Зависимость тока от индуктивности Id = f(Ld)
Рисунок 4.12 – График для определения оптимального значения индуктивности
Таким образом, оптимальное значение индуктивности будет определяться при минимальном значении оптимума, равное Qmin = 0,36: Ld опт. = 2 мГн. Данной индуктивности соответствует реактор со стержневым ленточным магнитопроводом типа ПЛ6,5х12,5х16 с такими расчетными параметрами:
- Vсм = 3,52 см3 – активный объем магнитопровода;
- Sсм = 0,73 см2 – активная площадь сечения магнитопровода;
- Sок = 1,28 см2 – площадь окна;
- lср.м = 3,69 см – средняя длина витка;
- m = 37 г – масса магнитопровода
и полной массой М, равной 441 г.
Значение оптимизированной индуктивности не соответствует значению рассчитанной, так как критерии и весовые коэффициенты выбирались субъективно.
5 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
5.1 Общие требования
1. Испытания должны проводиться в нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150 при номинальном напряжении сети, если в методах контроля не оговорены другие условия.
2. Контрольно-измерительные приборы и инструменты, применяемые при измерениях и испытаниях, должны быть поверены в сроки и в порядке, установленном ДСТУ 2708 и обеспечивать контроль параметров с заданной точностью.
Не допускается проведение испытаний на неаттестованном оборудовании и средствах измерений, срок обязательных поверок которых истек. Испытательное оборудование должно быть аттестовано по ГОСТ 24555.
3. При внешнем осмотре и проверке соответствия экспериментальной установки комплекту документации следует проверить:
- внешний вид стенда, в том числе чистоту поверхностей, качество защитных покрытий, пайки; упаковку на соответствие требованиям конструкторской документации;
- качество электрических контактных соединений должно проверяться щупом класса точности II, толщиной 0,03 мм. Проверке подлежат электрические контактные соединения проводов постоянного и переменного тока;
- правильность сборки и монтажа;
- соответствие деталей и сборочных единиц преобразователя сборочным чертежам и электрическим схемам.
Соответствие электрическим схемам должно проверяться любым методом, позволяющим установить наличие всех необходимых и отсутствие лишних электрических связей;
- наличие и качество надписей и маркировки по ГОСТ 18620.
Внешний вид, комплектность и монтаж должны быть проверены визуально.
4. Проверка степени защиты оболочки корпуса экспериментальной установки проводится по методике ГОСТ 14254.
5. Измерение сопротивления изоляции силовых токоведущих цепей звена постоянного и переменного тока относительно корпуса должно производиться между закороченными между собой фазами выходных выводов и корпусом преобразователя мегаомметром на 2500 В класса точности 1,0.
5.2 Описание экспериментального стенда
Экспериментальный стенд состоит из: силового блока привода постоянного тока, системы управления, ДПТ и синхронного генератора (СГ) (рис. 5.1).
Управление режимом работы имитатора осуществляется с помощью поста ручного управления.
ДПТ и СГ установлены на массивной металлической платформе и соединены специальной муфтой непосредственно вал к валу. Таким образом, вращение ДПТ передается непосредственно (без редуктора) на вал генератора.
Все узлы стенда, кроме платформы с электрическими машинами, размещены на металлическом каркасе.
Скорость вращения ДПТ регулируется изменением напряжения на якоре с помощью управляемого выпрямителя (УВ). Контроль скорости вращения ДПТ производится с помощью датчика скорости (ДС). Контроль тока цепи якоря осуществляется с помощью датчика тока (ДТ).
Для защиты от токов короткого замыкания все цепи имитатора включены в трехфазную сеть 220/380 В через автоматический выключатель QF1.
Синхронный генератор в экспериментальном стенде выполняет функцию нагрузки двигателя. Питание статора синхронного генератора с фазным ротором осуществляется с помощью блока питания (БП).
Ротор СГ подключен к входу неуправляемого выпрямителя (НВ) через измерительный комплект К505, для измерений электрических параметров на зажимах ротора. Выпрямленный ток на выходе неуправляемого выпрямителя сглаживается реактором L1. Также к выходу неуправляемого выпрямителя последовательно реактору подключена нагрузка, представленная резистором Rн.
Рисунок 5.1 – Схема экспериментального стенда
Для построения внешних характеристик схемы экспериментального стенда необходимо, изменяя нагрузку, снимать показания амперметра и вольтметра, подключенных к якорной цепи ДПТ. А с помощью осциллографа можно наблюдать графики переходных процессов выпрямленного напряжения Ud и тока Id (рис. 5.2).
Рисунок 5.2 – Графики переходных процессов Ud и Id в прерывистом режиме
Результаты эксперимента представляем в виде таблицы.
Таблица 4.1 – Зависимость Ud = f(Id)
|
α, град. |
Id, А |
Ud, В |
α, град. |
Id, А |
Ud, В |
|
5о |
8 |
150 |
95 о |
6 |
140 |
|
8,5 |
146 |
6,5 |
135 |
||
|
9 |
142 |
7 |
130 |
||
|
10 |
141 |
7,5 |
125 |
||
|
11 |
137 |
9 |
120 |
||
|
12 |
135 |
10 |
115 |
||
|
12,5 |
132 |
11 |
105 |
||
|
13 |
130 |
12,5 |
100 |
Для проверки адекватности модели и выбранного оптимизированного значения индуктивности необходимо провести сравнения семейства внешних характеристик моделирования и эксперимента (рис. 5.3).
Рисунок 5.3 – Семейство внешних характеристик СПП расчета и эксперимента при оптимизированной индуктивности Ld = 2мГн
После сравнения внешних характеристик вычисляем относительную погрешность δ
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
