Національний технічний університет україни «київський політехнічний інститут імені ігоря сікорського»


Мінімізація енергоспоживання електромеханічним виконавчим механізмом в позиційній системі стеження сонячних батарей за Сонцем



бет13/19
Дата17.05.2020
өлшемі5.31 Mb.
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   19
2.3 Мінімізація енергоспоживання електромеханічним виконавчим механізмом в позиційній системі стеження сонячних батарей за Сонцем
Як показано вище, при безперервно-дискретному стеженні СБ за Сонцем переміщення від однієї координати до іншої відбувається по траєкторії з мінімальним витраченим часом з урахуванням обмежень по швидкості, прискорення і ривка, при цьому реалізується симетричний режим позиціонування. При стандартному (загальноприйнятому) включенні драйвера і КД при автосупроводженні СБ за Сонцем КД завжди знаходиться під номінальним струмом [28]. В цьому режимі виходить велике споживання струму КД. Тому доцільно стеження СБ за Сонцем в АФЕУ робити безперервно-дискретним, тобто виконувати переміщення на один − три градуси за матеріальним становищем і далі робити зупинку. Наступне переміщення СБ за Сонцем, наприклад на три градуси, в АФЕУ відбуватиметься через 10-20 хвилин.

Для зменшення ривків і хитань при переміщенні рами з СБ і скорочення споживання енергії КД при безперервно-дискретному стеженні розроблений несиметричний режим позиціонування, в якому закладені різні обмеження по струму при пуску і гальмуванні (реалізація нелінійного режиму задана амплітуда струму КД, мінлива ​​під час переміщення). Це необхідно для зменшення коливань при гальмуванні (при досягненні заданого положення), для зменшення величини регулювання за положенням, а також для подолання нелінійного моменту сухого тертя і мінімізації споживаного струму КД в режимі переміщення. На рисунку 2.16 показані характеристики моменту сухого тертя двох типів. Якщо при стандартному включенні КД в навантаженні є нелінійний момент сухого тертя, то для його подолання необхідно збільшувати момент КД, в іншому випадку може відбутися збій при пуску КД. У деяких схемах управління КД збільшують момент КД шляхом короткочасного підвищення струму.



Рисунок 2.16 - Характеристики нелінійного моменту сухого тертя


Пропонується в режимі позиціонування збільшити амплітуду струму КД (пусковий струм збільшити, наприклад, до 1,5 Iн), після подолання початкового моменту сухого тертя амплітуду струму КД можна знизити (робочий струм зменшити, наприклад, до 0,75 Iн ). Це дозволяє усунути збої при пуску КД і в цілому зменшити споживання струму двигуном під час мікроциклу стеження. Збільшувати пусковий струм в КД доцільно в режимі позиціонування при позитивному значенні прискорення (рисунок 2.17, а). Можливе застосування більш складного алгоритму позиціонування: на додаток до діаграми рисунок 2.17, а при гальмуванні доцільно зменшувати амплітуду струму КД – рисунок 2.17, б.

Рисунок 2.17 - Діаграма режиму позиціонування

Зменшувати амплітуду струму КД необхідно для зменшення коливань при гальмуванні, так як у механізму переміщення (рама з СБ) великий момент інерції. Наведений до валу момент інерції механізму може бути на порядок вище, ніж момент інерції крокового двигуна. В цілому це може привести до зменшення споживаного струму КД при позиціонуванні.

Проведемо розрахунок енергоспоживання КД для струмових діаграм по рисунку 2.17 (нелінійний режим позиціонування) при переміщенні на заданий кут. В установці АФЕУ-1 використовується двигун типу ШД-5Д-1М. При розрахунку прийнято наступне припущення: передбачається ідеальна діаграма струму (див. Рисунок 2.17), коли струм двигуна постійним протягом заданого проміжку часу. Розглянемо наступні параметри електромеханічної системи: напруга на двигуні − 24В (реально використовується в установці); номінальний струм двигуна − 3А (по паспорту на ШД-5д-1М); номінальна частота управління, що забезпечує максимальний момент, − 2000 Гц [18]; максимально досягається швидкість обертання на реальній установці АФЕУ-1 − 300 об / хв. Розрахунок проведемо при переміщенні по куту на 1, 2, 3 градуси. Час переміщення отримано з експериментальних досліджень. Споживана електродвигуном енергія Едв в режимі позиціонування розраховується за формулою:



(2.26)
де U − напруга на двигуні; I1 − струм двигуна при розгоні; I2 − струм двигуна при русі з постійною швидкістю; I3 − струм двигуна при гальмуванні; t1 − час розгону двигуна; t2 − час руху з постійною швидкістю; t3 − час гальмування двигуна.

Визначення витраченої енергії за формулою (2.26) обгрунтовується наступним. Ротор двигуна ШД-5Д1МУ3 не має постійних магнітів, тому існує традиційне включення двигуна [18]. Кінці всіх обмоток двигуна з'єднуються між собою і підключаються до загального проводу живлення. На початку обмоток двигуна подається шестифазна послідовність імпульсів F1-F6 в режимі півкроку, тобто, наприклад, сигнал на другу обмотку надходить, коли з попередньої обмотки (першої) сигнал ще не знято. Потім з першої обмотки сигнал знімається і управління повністю переходить до другої обмотки і т. д. Послідовність подачі імпульсів на обмотки (сигнали F1-F6 відповідають обмотокам № 1 № 6) в режимі півкроку при різних напрямках обертання представлена ​​на рисунку 2.18.


Рисунок 2.18 - Діаграма підключення обмоток двигуна ШД-5Д

У будь-який момент часу в двигуні підключені дві обмотки і існує два імпульса струму, тому з урахуванням часу наростання і спадання струму можна зробити припущення, що відбувається безперервне еквівалентну споживання струму від джерела живлення.

У таблицях 2.5, 2.6, 2.7 наведені розрахунки споживаної енергії для трьох алгоритмів позиціонування (за рисунком 2.3, б, 2.17, а, 2.17, б) при переміщенні на 1, 2, 3 градуси за матеріальним становищем для механізму за кутом місця.

З таблиці 2.5−2.7 випливає, що в запропонованій системе позіціонування (див. Рисунок 2.17, а) з урахуванням припущеніь відбувається зменшення енергії, что витрачається на переміщення від 13 до 25% в порівнянні з симетричним алгоритмом позіціонування і з незмінною амплітудою струму в КД. Зі збільшенням переміщення по положенню енергетична ефективність алгоритму зростає (зменшуються витрати енергії на переміщення). В системе позіціонування (див. Рисунок 2.17, б) відбувається зменшення енергії, что витрачається на переміщення від 3,55 до 4,8% в порівнянні з електромеханічною системою стеження з КД з несиметричним алгоритмом позиціонування.

Таблиця 2.5 Розрахунки споживчої енергії в режимі позиціонування (відповідно до алгоритму на рисунку 2.3, б)



Характеристика переміщення,

технічні дані електромеханічної

системи стеження


3 градуса,

по куту місця

біля рами з СБ


3 градуса,

по азимуту

біля рами з СБ


Одиничний крок переміщення двигуна, граду

1,5

1,5

Передавальне число у редуктора

900

250

Кількість кроків у двигуна

1800

500

Струм двигуна I, А

3

3

Напруга двигуна U, В

24

24

Частота імпульсів, Гц

3000

3000

Максимальна швидкість обертання, об / хв

300

300

Загальний час переміщення t, c

2,35

1,5

Час розгону t, c

0,25

0,25

Час руху з постійною швидкістю t, c

1,85

1

Час гальмування t, c

0,25

0,25

Споживча енергія, Вт∙с

169,2

108

Таблиця 2.6 Розрахунки споживчої енергії в режимі позиціонування (відповідно до алгоритму на рисунку 2.17, а)



Характеристика переміщення,

технічні дані електромеханічної

системи стеження


3 градуса,

по куту місця

біля рами з СБ


3 градуса,

по азимуту

біля рами з СБ


Одиничний крок переміщення двигуна, граду

1,5

1,5

Передавальне число у редуктора

900

250

Кількість кроків у двигуна

1800

500

Струм двигуна I, А

3

3

Напруга двигуна U, В

24

24

Частота імпульсів, Гц

3000

3000

Максимальна швидкість обертання, об / хв

300

300

Загальний час переміщення t, c

2,35

1,25

Час розгону t, c

0,25

0,25

Час руху з постійною швидкістю t, c

1,85

1

Час гальмування t, c

0,25

0,25

Споживча енергія, Вт∙с

126,9

94,5

Таблиця 2.7 Розрахунки споживчої енергії в режимі позиціонування (відповідно до алгоритму на рисунку 2.17, б).



Характеристика переміщення,

технічні дані електромеханічної

системи стеження


3 градуса,

по куту місця

біля рами з СБ


3 градуса,

по азимуту

біля рами з СБ


Одиничний крок переміщення двигуна, граду

1,5

1,5

Передавальне число у редуктора

900

250

Кількість кроків у двигуна

1800

500

Струм двигуна I, А

3

3

Напруга двигуна U, В

24

24

Частота імпульсів, Гц

3000

3000

Максимальна швидкість обертання, об / хв

300

300

Загальний час переміщення t, c

2,35

1,25

Час розгону t, c

0,25

0,25

Час руху з постійною швидкістю t, c

1,85

1

Час гальмування t, c

0,25

0,25

Споживча енергія, Вт∙с

122,4

90

Розрахунок споживання енергії КД при позиціонуванні можна виконати за допомогою моделювання в MATLAB (Simulink). На рисунку 2.19 наведена схема моделі.

Для мінімізації енергоспоживання КД при безперервно-дискретному стеження СБ за Сонцем в системі пропонується після здійснення циклу переміщення СБ вимикати силові драйвери КД і вимикати споживання енергії КД за відсутності переміщення.

Для виключення мимовільного переміщення рами при відсутності завдання на переміщення в КД пропонується використовувати в механічній системі переміщення черв'ячні редуктори. Це необхідно для запобігання переміщення рами, наприклад, при дії вітрового навантаження. У механічній системі доцільно використовувати черв'ячний редуктор з передавальним числом не більше 10 (для забезпечення максимального ККД), а іншу частину передавального числа перенести на стандартний циліндричний редуктор.



Рисунок 2.19 - Модель для розрахунку енергоспоживання в КД


Проведемо розрахунок витрат електроенергії при включенні КД в режим утримання і відсутності режиму переміщення. Для розрахунків використовуємо параметри електромеханічної системи стеження, наведені вище. Розрахунок виконаємо при дискретно переміщенні за кутом на 3 градуси з подальшою зупинкою і витримкою необхідного часу до наступного переміщення. У таблиці 2.8 наведені результати розрахунків спожичої енергії для КД по азимуту і кута місця при номінальному струмі Iн утримання КД і 0,6 від номінального струму утримання КД для установки АФЕУ-1 з двигунами ШД-5Д і з використанням експериментальних даних.

З таблиці 2.8 видно, що теоретичне значення еквівалентного добового споживання потужності двох КД (типу ШД-5д) в режимі очікування досягає 1-1,7 кВт∙ч, що порівнянно з виробленням двох СБ КСМ-190 протягом від 3 до 4,8 ч за добу при максимальній освітленості. Тому необхідно при безперервно-дискретному стеженні вимикати КД за допомогою драйвера після закінчення циклу переміщення і використовувати черв'ячний редуктор в електромеханічному виконавчому механізмі переміщення.


Таблиця 2.8 Розрахунки споживаної енергії КД в режимі очікування

Характеристика

переміщення



Переміщення

по азимуту на 180 градусів



Переміщення

по куту місця

на 70 градусів


Струм двигуна в режимі утримання I, А

3

1,8

3

1,8

Напруга двигуна U, В

24

24

24

24

Час переміщення рами на 3 градуси t,c

1,67

3,22

Час переміщення рами на 180 градусів по азимуту t, с (хв)

100,2

(1,67)








Час переміщення рами на 70 градусів за кутом місця t, с (хв)







75,13

(1,25)


Час відсутності переміщення (при 12-годинній роботі системи) t, хв

718,33

718,75

Потужність P, Вт

72

43,2

72

43,2

Споживана енергія КД в режимі очікування (при 12-годинній роботі системи), Вт∙год (кВт∙год)

862

(0,862)


517

(0,517)


862,5

(0,862)


517,5

(0,517)


Споживання енергії для двох КД в режимі очікування при струмі утримання Iн (при еквівалентній 12-годинній роботі системи стеження), кВт∙ч

1,724

Споживання енергії для двох КД в режимі очікування при струмі утримання 0,6 Iн (при еквівалентній 12-годинній роботі системи стеження), кВт∙год

1,034


2.4. Дослідження енергетичних характеристик системи стеження АФЕУ-1
У таблицях 2.9−2.13 показані вольтамперні характеристики СБ типу КСМ-160 при різній освітленості . Позначення в таблицях: I − струм СБ; U − напруга СБ; P − потужність СБ.

Таблиця 2.9 Вольт-амперна характеристика СБ (небо безхмарне)



I, А

0

2

2,5

3

4

4,5

4,8

5

5,2

5,2

U, В

40

38

38

37

34

32

31

29

27

0

P, Вт

0

76

95

111

132

144

149

145

140,4

0

Таблиця 2.10 Вольт-амперна характеристика СБ (легка хмарність)



I, А

0

0,5

1

2

2,5

3

3,5

4

4,5

4,6

U, В

36

35

35

34

33

32

30

28

22

0

P, Вт

0

17,5

35

68

82,5

96

105

112

99

0

Таблиця 2.11 Вольт-амперна характеристика СБ (невеликий серпанок)



I, А

0

0,5

1

2

2,5

3

3,5

4

4,5

4,6

U, В

33

31

30

29

27

26

25

22

15

0

P, Вт

0

16,5

30

58

62,5

78

87,5

88

67,5

0

Таблиця 2.12 Вольт-амперна характеристика СБ (мінлива хмарність)



I, А

0

1,5

1,7

2

2,2

2,4

2,4

2,4

U, В

32

25

23

22

21

19

11

0

P, Вт

0

37,5

39,1

44

46,2

45,6

26,4

0

Таблиця 2.13 Вольт-амперна характеристика СБ (на небі щільні хмари)



I, А

0

0,5

0,5

0,5

0,5

0,6

U, В

12

10

7

5

3

0

P, Вт

0

5

3,5

2,5

1,5

0

На рисунку 2.20 показані вольт-ватні характеристики СБ, побудовані за таблицями 2.9−2.13, причому крива 1 − по таблиці 2.9, крива 2 − по таблиці 2.10, крива 3 − по таблиці 2.11, крива 4 − по таблиці 2.12, крива 5 − по таблиці 2.13.



Рисунок 2.20 - Вольт-ватні характеристики СБ типу КСМ-160 при різній освітленості

З таблиць і графіків видно, що ефективність СБ при зменшенні освітленості в 5 раз різко падає і немає необхідності збільшення чутливості ДПС при зменшенні освітленості більш ніж в 5 разів.
2.4.1 Дослідження споживаної енергії виконавчими механізмами при переміщенні рами з сонячною батареєю по азимуту і по куту місця
Дослідження споживаної енергії виконавчим механізмом з КД, проводиться за допомогою моделювання та розрахунку безперервного переміщення рами на 180 градусів і змінення таких параметрів:

- заданої величини амплітуди імпульсів струму КД (задана величина встановлюється в драйвері КД);

- заданої частоти обертання КД (задана величина встановлюється в програмному забезпеченні контролера);

- заданих значень обмежень щодо гальмування і прискорення в заданій траєкторії переміщення (задані величини встановлюються в ПЗ контролера). При переміщенні рами з СБ з одного положення до іншого в системі стеження організований режим позиціонування, тобто задається максимальна швидкість переміщення і обмеження щодо гальмування і прискорення. Крок в двигуні ШД-5д встановлюється в драйвері рівним 0,6 градуса повороту вала двигуна. Амплітуда струму КД задається в драйвері DQ-356M (можна задавати амплітуду струму в межах 2−5,5 А).



Величина прискорення, гальмування, швидкість переміщення і величина переміщення задаються в програмі STEP. Величина прискорення і гальмування задається від 1000 до 4000 крок / с2. Робоче вікно показано на рисунку 2.21.

Рисунок 2.21 - Робоче вікно програми STEP


Результати дослідження величини споживаної виконавчим механізмом з КД енергії при переміщенні рами з СБ установки АФЕУ0,5 по азимуту на 180 градусів і при зміні амплітуди струму двигуна, величини частоти обертання, величини прискорення і гальмування (таблиці 2.14 -2.16) показали наступне:

- зменшувати амплітуду струму в драйвері КД нижче 3А можна, так як зменшується створюваний КД момент і можуть відбуватися збої в КД при переміщенні;

- збільшення амплітуди струму в драйвері КД до 4А і більш не призводить до зменшення часу переміщення і відповідно до зменшення споживаної потужності, тому доцільно встановити струм в драйвері на рівні 3,6 А;

- швидкість (частоту) обертання КД слід задавати 3000 Гц і вище, але не більше 4000 Гц, при цьому зменшується час переміщення і відповідно зменшується споживана енергія електромеханічним виконавчим механізмом;

- необхідне введення режиму обмеження швидкості, гальмування і прискорення в заданій траєкторії (режим позиціонування) для зменшення ривків і ударів в механізмі і виключення збоїв в КД (це несуттєво збільшує споживання енергії).

Дослідження споживаної виконавчим механізмом з КД енергії при переміщенні рами по куту місця на 70 градусів проводилося при зміні:

- амплітуди імпульсів струму крокових двигунів ШД-5д (задана величина встановлюється в драйвері КД);

- частоти обертання крокового двигуна (задана величина встановлюється в ПЗ контролера);

- величини обмежень щодо гальмування і прискорення по заданому сигналі (задані величини встановлюються в ПЗ контролера).

Результати енергетичних дослідів установки АФЕУ-1 при переміщенні СБ по куту місця (таблиці 2.17 і 2.18) показали наступне:

- зменшувати амплітуду струму в драйвері КД за кутом місця менше 3,6 А можна, так як зменшується момент двигуна і можуть відбуватися збої в КД при переміщенні. Збільшення амплітуди струму в драйвері до 4 А і більше не приводить до зменшення часу переміщення і відповідно не зменшує споживану потужність;

- швидкість (частоту) переміщення краще ставити 3000 Гц, при цьому зменшується час переміщення і відповідно зменшується споживана енергія електромеханічним виконавчим механізмом;

- необхідне введення режиму обмеження швидкості, гальмування і прискорення в заданому сигналі (режим позиціонування) для зменшення ривків і ударів в механізмі і виключення збоїв в КД.
Таблиця 2.14 Споживання енергії виконавчим механізмом з КД по азимуту при переміщенні на 180 градусів при силі струму 3,6 А

Швидкість (Гц)

Прискорення (крок/с2)

Гальмування (крок/с2)

Час

(с)


Струм робочий (А)

Струм пусковий (А)

Споживана потужність (Вт)

Споживання енергії (Вт ∙ год)

2000

2000

2000

39,9

1,8

1,8

43,74

0,48

3000

2000

2000

27,44

1,7

2

48,6

0,37

3000

3000

3000

26,94

1,6

2

41,3

0,3

4000

2000

2000

21,44

1

2

26,73

0,16

Примітка: амплітуда струму в драйвері DQ-356M встановлена 3,6 А. Напруга акумуляторної батареї 24,3 В.

Таблиця 2.15 Споживання енергії виконавчим механізмом з КД по азимуту при переміщенні на 180 градусів при силі струму 4 А



Швидкість (Гц)

Прискорення (крок/с2)

Гальмування (крок/с2)

Час

(с)


Струм робочий (А)

Струм пусковий (А)

Споживана потужність (Вт)

Споживання енергії (Вт ∙ год)

2000

2000

2000

39,9

2,1

2,1

51

0,57

3000

2000

2000

27,44

1,7

2,2

43,74

0,33

4000

3000

3000

20,78

1

2,3

29,16

0,168

4000

2000

2000

21,44

1

2,2

26,73

0,159

Примітка: амплітуда струму в драйвері DQ-356M встановлена 4 А. Напруга акумуляторної батареї 24,3 В.

Таблиця 2.16 Споживання енергії виконавчим механізмом з КД по азимуту при переміщенні на 180 градусів при силі струму 3 А



Швидкість (Гц)

Прискорення (крок/с2)

Гальмування (крок/с2)

Час

(с)


Струм робочий (А)

Струм пусковий (А)

Споживана потужність (Вт)

Споживання енергії (Вт ∙ год)

2000

2000

2000

39,9

1,3

1,5

31,6

0,35

3000

2000

2000

27,44

1,5

1,7

36,45

0,28

4000

3000

3000

20,78

1

1,6

29,16

0,168

4000

2000

2000

21,44

1

1,8

29,13

0,17

Примітка: амплітуда струму в драйвері DQ-356M встановлена 3 А. Напруга акумуляторної батареї 24,3 В.

Таблиця 2.17 Споживання енергії механізмом з КД за кутом місця при переміщенні на 70 градусів при струмі 3,6



Швидкість (Гц)

Прискорення (крок/с2)

Гальмування (крок/с2)

Час

(с)


Струм робочий (А)

Струм пусковий (А)

Споживана потужність (Вт)

Споживання енергії (Вт ∙ год)

3000

1000

1000

34,3

1,75

1,75

43,74

0,416

3000

2000

2000

32,8

1,8

1,8

43,74

0,398

4000

2000

2000

25,5

1,2

2

34,02

0,240

Примітка: амплітуда струму в драйвері DQ-356M встановлена 3,6 А. Напруга акумуляторної батареї 24,3 В.

Таблиця 2.18 Споживання енергії механізмом з КД за кутом місця при переміщенні на 70 градусів (струм 4 А)



Швидкість (Гц)

Прискорення (крок/с2)

Гальмування (крок/с2)

Час

(с)


Струм робочий (А)

Струм пусковий (А)

Споживана потужність (Вт)

Споживання енергії (Вт ∙ год)

2000

2000

2000

47,93

2,2

2,2

53,46

0,71

3000

2000

2000

32,8

1,9

2,3

46,17

0,42

4000

1000

1000

27,47

1,2

2,3

31,95

0,241

4000

2000

2000

25,5

1

2,3

Збій при переміщенні

0,17

Примітка: амплітуда струму в драйвері DQ-356M встановлена 4 А. Напруга акумуляторної батареї 24,3 В.

2.4.2 Дослідження споживаної енергії виконавчими механізмами з КД при зміні величини дискретного кроку переміщення в автономній фотоелектричній установці по азимуту і куту місця
Проведені дослідження показали, що здійснити переміщення на 1 градус зі швидкістю 3000 Гц (в цьому випадку швидкість обертання двигуна ШД-5д становить 300 об / хв) не виходить з-за малих величин переміщень. При цьому не досягається задана швидкість переміщення в двигуні і зростає споживана КД енергія. Тому дослідення АФЕУ при дискретних переміщеннях на 2, 3, 5 градусів проводилися для наступних параметрів:

- частоти завдання швидкості КД 3000 Гц;

- амплітуди струму в трифазному драйвері 3А (при наведенні по азимуту) і 3,6 А (при наведенні по куту місця);

- обмеження щодо гальмування і прискоренню 3000 крок / с2.

У таблиці 2.19 наведено споживана енергія виконавчим механізмом з КД при переміщенні на 180 градусів по азимуту (при дискретно кроці переміщення) електромеханічної системи переміщення на 3 та 5 градусів. У таблиці 2.20 показана споживана потужність електромеханічним виконавчим механізмом при переміщенні по азимуту при дискретному кроці переміщення 2, 3, 5 і 6 градусів при струмі драйвера 3,6 А. У таблиці 2.21 показана споживана потужність виконавчим механізмом з КД при переміщенні рами по куту місця на 70 градусів (при дискретно кроці переміщення 2, 3, 5 і 6 градусів).

Таблиця 2.19 Споживання енергії виконавчим механізмом з КД при переміщенні на 180 градусів по азимуту при дискретному кроці переміщення електромеханічної системи переміщення 3 і 5 градусів





Швидкість (Гц)

Прискорення (крок/с2)

Гальмування (крок/с2)

Час

(с)


Струм робочий (А)

Струм пусковий (А)

Споживана потужність (Вт)

Споживання енергії (Вт ∙ год)

1

3000

3000

3000

1,3

1

1,4

29,4

0,637

2

3000

3000

3000

1,67

1

1,4

29,4

0,49

Примітка: напруга акумуляторної батареї 24,5 В; дослід № 1 з дискретним кроком 3 градуси; дослід № 2 з дискретним кроком 5 градусів. Амплітуда струму в драйвері DQ-356M встановлена 3 А, час зазначено для переміщення на 3, 5 градусів.

Таблиця 2.20 Споживання енергії виконавчим механізмом з КД при переміщенні на 180 градусів по азимуту при дискретному кроці переміщення 2, 3, 5 і 6 градусів, при струмі драйвера 3,6 А





Швидкість (Гц)

Прискорення (крок/с2)

Гальмування (крок/с2)

Час

(с)


Струм робочий (А)

Струм пусковий (А)

Споживана потужність (Вт)

Споживання енергії (Вт ∙ год)

1

3000

3000

3000

1,3

1,8

1,8

44,46

0,96

2

3000

3000

3000

1,67

1,8

1,8

44,46

0,74

3

3000

3000

3000

1,04

1,6

1,6

39,52

1,02

4

3000

3000

3000

1,85

2

2

49,4

0,76

Примітка: напруга акумуляторної батареї 24,7 В для 1, 2 дослідів, 24,8 В для 3, 4 дослідів; дослід № 1 з дискретним кроком 3 градуси; дослід № 2 з дискретним кроком 5 градусів; дослід № 3 з дискретним кроком 2 градуси; дослід № 4 з дискретним кроком 6 градусів. Амплітуда струму в драйвері DQ-356M встановлена 3,6 А, час зазначено для переміщення на 2, 3, 5, 6 градусів.

Таблиця 2.21 Споживання енергії виконавчим механізмом з КД при переміщенні рами по куту місця на 70 градусів при дискретному кроці переміщення 2, 3, 5 і 6 градусів





Швидкість (Гц)

Прискорення (крок/с2)

Гальмування (крок/с2)

Час

(с)


Струм робочий (А)

Струм пусковий (А)

Споживана потужність (Вт)

Споживання енергії (Вт ∙ год)

1

3000

3000

3000

2,33

1,4

1,8

39,2

0,53

2

3000

3000

3000

3,22

1,8

1,8

44,1

0,52

3

3000

3000

3000

3,87

1,4

1,9

39,6

0,72

4

3000

3000

3000

3,67

1,8

1,8

44,64

0,53

Примітка: напруга акумуляторної батареї 24,5 В для 1, 2 дослідів, 24,8 В для 3, 4 дослідів; дослід № 1 з дискретним кроком 3 градуси; дослід№ 2 з дискретним кроком 5 градусів; дослід № 3 з дискретним кроком 2 градуси; дослід № 4 з дискретним кроком 6 градусів. Амплітуда струму в драйвері DQ-356M встановлена 3,6 А, час зазначено для переміщення на 2, 3, 5, 6 градусів

За результатами дослідів з'ясувалося, що мінімальне споживання енергії досягається при дискретному кроці переміщення електромеханічної системи, що дорівнює 5 градусів, але при цьому зменшується вироблення енергії СБ. Проведені розрахунки показали (див. Розділ 2), що помилка при спостереженні в 2 градуси дає зменшення виробленої СБ енергії на 0,12%, помилка під час стеження в 3 градуси дає зменшення виробленої СБ енергії на 0,27%, помилка в стеженні 5 градусів дає зменшення виробленої СБ енергії на 0,76%. Тобто при помилці стеження 5 градусів вироблена СБ енергія зменшується в порівнянні з помилкою в 3 градуси на 0,49%. Це зменшує вироблення енергії установкою АФЕУ-1 в ясний сонячний день більш ніж на 24,58 Вт∙год. А збільшення споживаної енергії двигунами при помилці 3 градуси становить 0,3 Вт∙год. Тобто при помилці стеження 3 градуси вироблена СБ енергія зменшується в порівнянні з помилкою 2 градуси на 0,15%. Це знижує вироблення енергії установкою АФЕУ-1 в ясний сонячний день більш ніж на 6,36 Вт ∙ год. Збільшення споживаної енергії двигунами при помилці 2 градуси становить 0,31 Вт∙год. Звідси випливає, що доцільно обирати дискретний крок переміщення системи з СБ 2 градуси, а краще 1 градус.
2.4.3 Визначення добової сумарної споживаної енергії виконавчим механізмом з КД установки АФЕУ-1
Добова споживана енергія виконавчим механізмом з КД по азимуту визначається робочим (дискретно-безперервним) переміщенням на 180 градусів і неробочим (безперервним) переміщенням на 180 градусів (повернення рами з СБ в початкове положення). Добова споживана енергія виконавчим механізмом з КД по азимуту становить 1,25 Вт∙год при дискретному переміщенні на 2 градуси; 0,937 Вт∙год при дискретному переміщенні на 3 градуси; 0,79 Вт∙год при дискретному переміщенні на 5 градусів. Добова споживана енергія виконавчим механізмом з КД за кутом місця визначається подвійним робочим (дискретно-безперервним) переміщенням на 70 градусів. При цьому раму з СБ виконавчий механізм з КД протягом доби повертає в початкове положення. Добова споживана енергія виконавчим механізмом з КД за кутом місця становить 1,48 Вт∙год при дискретному переміщенні на 2 градуси; 1,17 Вт∙год при дискретному переміщенні на 3 градуси; 1,11 Вт∙год при дискретному переміщенні на 5 градусів. Сумарна добова споживана енергія двома виконавчими механізмами з КД під час стеження СБ за Сонцем становить від 1,8 Вт∙год (дискретний крок переміщення 5 градусів) до 2,5 Вт∙год (дискретний крок переміщення 2 градуси).
2.4.4 Визначення точності стеження рами з СБ за Сонцем
При визначенні точності стеження рами з СБ за Сонцем установки АФЕУ-1 використовувалася розроблена програма STEND, робоче вікно якої наведено на рисунок 2.22.

Рисунок 2.22 - Робоче вікно програми STEND


Програма STEND дозволяє кервати установкою АФЕУ-1 як в режимі автоматичного стеження за Сонцем, так і в режимі «ручного» переміщення на задане положення по обох координатах. У програмі можна задавати зону нечутливості при вимірюванні струмів в датчиках положення Сонця, обмеження по швидкості, прискоренні, гальмуванні і струми КД. Також программа дозволяє віртуально змоделювати переміщення в опорно-поворотних системах наведення і визначення точності наведення. Результати досліджень наведені в таблиці 2.22.

Дослідження з сонячною батареєю показали, що помилка наведення на Сонце рами з сонячною батареєю установки АФЕУ-1 як по азимуту, так і по куту місця не більше 1 градуса. Подальше зменшення помилки стеження в АФЕУ можливо:

- зменшенням люфту в редукторах;

- оптимізацією порога зони нечутливості при вимірюванні струмів фотоелементів в блоці датчика положення Сонця;

- збільшенням чутливості датчика положення Сонця;

- ускладненням алгоритму позиціонування, а саме завданням нелінійних обмежень по швидкості, прискоренні і гальмуванні в функції поточного значення переміщення.

Таблиця 2.22 Точність наведення в АФЕУ-1 по азимуту і куту місця

Заданого переміщення по азимуту (куту місця), градус

Дійсне переміщення по азимуту (куту місця), градус

Помилка переміщення по азимуту (куту місця), градус

2(2)

2,8(2,7)

0,8(0,7)

5(5)

5,9(5,8)

0,9(0,8)

10(10)

11(10,8)

1(0,8)

Висновки до другого розділу

1. Створення енергетично ефективного виробництва електричної енергії АФЕУ ґрунтується на АСУ стеження СБ за Сонцем з використанням КД в електромеханічному виконавчому механізмі і реалізується на основі:

- безперервно-дискретного стеження СБ за Сонцем з регульованим дискретним кроком переміщення під час стеження в функції поточної освітленості, що забезпечує зменшення енергоспоживання електромеханічним виконавчим механізмом АФЕУ при зменшенні освітленості;

- створення максимального за швидкодією переміщення в циклі безперервно-дискретного стеження (режим позиціонування) з урахуванням обмежень по швидкості, прискорення і ривка;

- створення нелінійного режиму позиціонування зі зміною амплітуди струму КД в циклі переміщення, що забезпечує зменшення енергоспоживання на 13-25%.

2. Для забезпечення підтримки заданої точності стеження АФЕУ при зміні поточної освітленості і зовнішніх умов запропонований алгоритм стеження СБ за Сонцем, що полягає в наступному:

- в контурі управління положенням використовується релейний регулятор, який має нелінійну характеристику зони нечутливості, що змінюється в функції поточної освітленості, що забезпечує задану точність стеження;

- введено відключення режиму переміщення, коли помилка по положенню менша зони нечутливості, навіть якщо режим позиціонування не закінчений, що забезпечує зменшення регулювання по положенню;

- введена додаткова коригуюча траєкторія руху (0,5 градуса), якщо помилка по положенню більша зони нечутливості, а режим позиціонування закінчений, що забезпечує зменшення регулювання по положенню.

3. Мінімізація енергоспоживання електромеханічним виконавчим механізмом АФЕУ при безперервно-дискретному стеженні досягається:

- при несиметричному режимі позиціонування, в якому забезпечується збільшення до 1,5 від номінального значення амплітуди імпульсу струму КД в момент дії позитивного прискорення і зменшення до 0,75 від номінального значення амплітуди імпульсу струму КД в режимі руху з максимальною швидкістю в мікроциклі стеження і зменшення до 0,5 від номінального значення амплітуди імпульсу струму КД в момент дії негативного прискорення (в режимі гальмування), що дозволяє скоротити витрати енергії в електромеханічному виконавчому механізмі з КД в режимі позиціонування від 10 до 30%;

- вимиканням силових драйверів КД після здійснення циклу переміщення і використанням черв'ячних редукторів в електромеханічному виконавчому механізмі переміщення, що дозволяє зменшити добові витрати енергії в АФЕУ з двома електромеханічними виконавчими механізмами з КД типу ШД-5д до 1,7 кВт∙год, що порівняно з виробленням двох СБ типу КСМ-190 протягом від 3 до 4,8 год за добу при максимальній освітленості.

4. Результати цифрового моделювання позиційної системи стеження показали, що в системі стеження забезпечується задана точність позиціонування без додаткових регулювань за положенням.

5. Запропоновано функціональну схему і алгоритм стеження АФЕУ за Сонцем, що включають релейний регулятор положення з нелінійної характеристикою зони нечутливості, що змінюється в залежності від поточної освітленості, і корекцією заданої траєкторії позиціонування на АФЕУ в залежності від помилки стеження, які забезпечують підтримування заданої точності стеження при зміні поточної освітленості і зовнішніх умов.



Каталог: jspui -> bitstream -> 123456789
123456789 -> Развитие фондового рынк
123456789 -> Всеукраинская партия духовности и патриотизма
123456789 -> Реферат: Статья посвящена анализу «философии практики»
123456789 -> Філософські проблеми ідеології: теоретико-методологічний аспект галина Сімченко
123456789 -> Особливості інвестиційного банкінгу в умовах кризи
123456789 -> Тортуга цитадель флибустьеров (1630 – 1692 гг.)
123456789 -> Методичні рекомендації щодо організації самостійної роботи студентів з вибіркової навчальної дисципліни циклу гуманітарної підготовки


Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   19


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет