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


Структура АСУ стеження АФЕУ за Сонцем і технічні характеристики схем спостереження за Сонцем



бет5/19
Дата17.05.2020
өлшемі5.31 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19
1.6 Структура АСУ стеження АФЕУ за Сонцем і технічні характеристики схем спостереження за Сонцем
Функціональна схема АСУТП в загальному вигляді показана на рисунку 1.14 [12].

Рисунок 1.14 - Функціональна схема АСУТП в загальному вигляді


АСУТП виробництва електричної енергії АФЕУ включає в себе АСУ стеження СБ за Сонцем і систему автоматичного управління (САУ) зарядом акумуляторних батарей, що має функцію пошуку максимуму вироблення енергії СБ з урахуванням залежності зарядженості акумуляторної батареї.

АСУ стеження СБ за Сонцем можна представити в загальному вигляді, як показано на рисунку 1.15. На рисунку 1.15 прийняті наступні позначення: ПЗО − пристрій зв'язку з об'єктом; ВП − вимірювальний перетворювач; ОУ − об'єкт управління; РО − регулюючий орган; ВМ − виконавчий механізм; РЕГ − регулятор; ЗП − задаючий пристрій. У даній функціональній схемі АСУ стеження АФЕУ за Сонцем об'єкт управління (ОУ) являє собою двокоординатний виконавчий механізм переміщення рами з СБ, задаючий пристрій (ЗП) містить пристрій задання режиму роботи, пристрій введення і виведення інформації на зовнішній комп'ютер, регулятор (РЕГ) реалізований на базі мікроконтролера і керує процесами стеження і діагностики системи АФЕУ, виконавчий механізм (ВМ) і регулюючий пристрій (РП) містять контролери і драйвери управління електромеханічними виконавчими механізмами, вимірювальний перетворювач (ВП) містить датчик положення об'єкта (датчик положення Сонця), датчики струму і температури двигуна, кінцеві вимикачі.


Рисунок 1.15 - Функціональна схема АСУ


В цілому АСУ стеження АФЕУ може бути повністю автоматичне, але в аварійних умовах або в режимі пусконалагодження управління може бути передано людині (оператору).

В АСУ стеження безперервним АФЕУ за Сонце може здійснюватися різними способами:

- програмне управління (стеження) від мікроконтролера по заздалегідь заданим координатам (по азимуту і куту місця);

-в режимі постійного пошуку максимуму енергії, що виробляється СБ;

- з використанням датчиків положення Сонця і електроприводів стеження, що здійснюють режим безперервного спостереження (або безперервно-дискретного) за Сонцем.

На рисунку 1.16 наведена функціональна схема системи стеження АФЕУ по заздалегідь заданій траєкторії для однієї координати. В даній системі використовується електропривод стеження постійного струму (триконтурна система з підлеглим регулюванням параметрів [13]). На рисунку 1.16 прийняті наступні позначення: КН − контролер наведення;



РП − регулятор положення; РШ − регулятор швидкості; РС − регулятор струму; Д − двигун; ТГ − тахогенератор; Р − редуктор; ВМ з СБ − виконавчий механізм з СБ; αзад − кут завданого положення механізму з СБ; αос − дійсний кут положення механізму з СБ; ШІП − широтноімпульсний перетворювач; ДШ − датчик швидкості; ДП − датчик положення СБ; ДС − датчик струму.

Рисунок 1.16 - Функціональна схема системи стеження


Стеження АФЕУ здійснюється за допомогою електроприводів постійного струму по заздалегідь заданому положенню. Причому переміщення відбувається навіть тоді, коли щільність хмар висока і точність стеження АФЕУ за Сонцем не дає позитивних результатів у виробництві енергії. В цьому випадку відбувається додаткова витрата електричної енергії в електроприводах на переміщення АФЕУ.

У фотоелектричній енергетичній установці застосовують систему стеження СБ за Сонцем, але без датчика положення Сонця. У даній системі використовується енергетичний критерій пошуку максимуму енергії, що виробляється СБ. На рисунку 1.17 показана функціональна схема фотоелектричної енергетичної установки. Особливістю даної системи є постійне переміщення по азимуту і кута положення для пошуку максимуму енергії, що виробляється СБ. При цьому на роботу двигунів витрачається велика кількість енергії, навіть коли СБ знаходиться в тіні. Недоліком системи стеження є також неточність стеження через нелінійність вольт-амперної характеристики СБ.



Рисунок 1.17 - Функціональна схема фотоелектричної установки


Розробка нових датчиків положення Сонця, що забезпечують високу точність стеження АФЕУ за Сонцем і високу надійність в роботі, призводить до того, що стеження за заздалегідь заданій траєкторії буде витіснятися стеженням від датчиків положення Сонця.

На рисунку 1.18 показана одна з структур стеження з використанням датчика положення Сонця і електроприводу постійного струму. [14]. Структура системи стеження показана на рисуноку 1.18 на одну координату. На рисунку 1.18 прийняті наступні позначення: РР − релейний регулятор положення; Д − двигун; Р − редуктор; ВМ − виконавчий механізм; α − кут неузгодженості; ПП − пристрій перетворення (транзисторний перетворювач); ДН − датчик неузгодженості; Ua − сигнал управління з датчика неузгодженості; Upp − вихідний сигнал релейного регулятора положення; ωдв − швидкість обертання двигуна; Мнав − момент навантаження на двигун. Стеження в даній системі здійснюється від датчика неузгодженості (датчика положення Сонця) при використанні релейного регулятора положення.


Рисунок 1.18 - Структурна схема системи стеження


Основний недолік в розглянутій структурі − це використання двигунів постійного струму (невисока надійність, складність обслуговування і наявністю колекторного вузла). Механізми і двигуни знаходяться під впливом навколишньої атмосфери (температура від −40 до +70 ° С, вологість до 100%). Іскріння при роботі колектора призводить до підгоряння контактів, перехідного опору і, як наслідок, до нестабільності характеристик двигуна. Це вимагає системного догляду за колектором і щітками в процесі експлуатації, знижує надійність вузлів і агрегатів, в яких використовуються двигуни.

Структура системи стеження з електроприводами постійного струму являє собою двомасову систему (рисунок 1.19) з частотою коливань 1-2 Гц [14]. На рисунку 1.19 прийняті позначення: J1 − момент інерції двигуна; Jсб − момент інерції механічної рами з СБ. У даній АФЕУ момент інерції механічної рами набагато перевищує момент інерції двигуна. Це істотно ускладнює налагодження параметрів системи стеження.


Рисунок 1.19 - Структурна схема двомасової електромеханічної системи


В ряді АФЕУ двигун постійного струму замінюють на синхронний двигун з постійними магнітами (вентильний двигун). При цьому істотно ускладнюється схема керування електроприводом, але зникає ненадійний щітковий вузол у двигуні, що істотно підвищує надійність і ресурс системи електроприводу.

На рисунку 1.20 наведена функціональна схема двокоординатної системи стеження з двома вентильними двигунами (ВД) [15] і датчиками положення ротора типу ВТ60.



Рисунок 1.20 - Функціональна схема системи стеження з двома ВД

На рисунку 1.20 прийняті наступні позначення: ТП1, ТП2 − транзисторні перетворювачі; ВД1, ВД2 − вентильні двигуни; ДПР1, ДПР2 − датчики положення ротора; КНС − контролер наведення на Сонце; КУ ЕП1, КУ ЕП2 − контролери управління електроприводами; ДС1 - ДС4 − датчики струму; БДПС − блок датчиків положення Сонця; КВ1- КВ4 − блок кінцевих вимикачів.

На рисунку 1.21 показана функціональна схема системи стеження з ВД серії ДБМ [15].



Рисунок 1.21 - Функціональна схема стеження системи з двофазним ВД


На рисунку 1.21 прийняті наступні позначення: ВД − двофазний вентильний двигун; Г − генератор; ДМ − демодулятор; ДПР − датчик положення ротора; М − модулятор; ШІП − широтно-імпульсний перетворювач; РШ − регулятор швидкості; РП − регулятор положення; ТГ − тахогенератор;Р − редуктор; ДП − датчик положення; ВМ − виконавчий механізм; Qзад − задане положення; Qім − дійсний стан виконавчого механізму. Двигуни серії ДБМ випускаються в бескорпусному виконанні. На рисунку 1.22 наведені фотографії двигуна серії ДБМ 120 (бескорпусний варіант − рисуноку 1.22, а, корпусних варіант з датчиком положення ротора ВТ 60 − рисуноку 1.22, б, зразок електромеханічного блоку, що містить двигун ДБМ 120 з датчиком положення ротора ВТ 60, тахогенератор ТГП 5 і навантажувальний двигун ДК 1 − рисуноку 1.22, в).

Рисунок 1.22 - Двигун ДБМ 120


Двигуни серії ДБМ можуть експлуатуватися в температурному діапазоні від −60 до +85 ° С, в умовах підвищеного рівня вологості, вібрацій і ударів, впливу соляного туману, цвілевих грибів і мають термін служби 50 тисяч годин протягом 20 років. Двигуни мають великий момент за рахунок постійних магнітів і вбудоване виконання, що дозволяє поєднати механізми, двигун і редуктор в одне ціле. Недоліком двигунів серією ДБМ є їх висока вартість.

В сонячній установці застосовують в системі стеження СБ вентильні індукторного-реактивні двигуни (ВІРД) [16]. На рисунку 1.23 показана функціональна схема системи стеження сонячного модуля з ВІРД.



Рисунок 1.23 - Функціональна схема системи стеження з ВІРД


Недоліки даної системи такі: 1) немає оптимізації системи стеження при зменшенні освітленості СБ; 2) відсутня мінімізація енергоспоживання двигунами під час стеження; 3) не використовується нелінійний режим позиціонування, що враховує особливості реактивно-вентильного двигуна.

Можливе застосування в АФЕУ електроприводів з асинхронними двигунами (АД) і транзисторними перетворювачами частоти (ТПЧ). На рисунку 1.24 показаний один з численних варіантів структурної схеми асинхронного електроприводу з ТПЧ [17]. Такі електроприводи досить складні, як правило, мають векторну систему управління, містять датчик положення. Це істотно ускладнює схему управління електроприводами для механізмів з СБ.


Рисунок 1.24 - Функціональна схема асинхронного електроприводу з ТПЧ


У АФЕУ застосовують системи стеження, що містять електроприводи з кроковими двигунами (КД). У КД відсутні механічні частини або деталі, в яких виникає тертя. Це визначає його високу надійність і великий ресурс. Гідність КД полягає у відсутності спеціального датчика положення. На рисунку 1.25 показана фотографія крокової двигуна типу ШД-5д [18]. Цей двигун був розроблений для металообробних верстат з системою числового програмного керування і спеціальної (військової) техніки, що є гарантією його надійності.

Рисунок 1.25 - Кроковий двигун ШД-5Д


На рисунку 1.26 показана функціональна схема двокоординатної системи з КД.

Рисунок 1.26 - Функціональна схема двокоординатної системи з КД


На рисунку 1.26 прийняті наступні позначення: МК − мікроконтролер; ДКД − драйвер КД; КВ1-КВ4 − кінцеві вимикачі; Р − редуктор; ВМ − виконавчий механізм; БЗП1, БЗП2 − блоки завдання положення; Qзад1, Qзад2 − задані кути повороту виконавчого механізму.

Один з напрямків в області керування електроприводами СБ − це використання моментного безредукторного електроприводу, так званих електромехатронних модулів [19]. Їх перевага − великий момент (100-1000 Н∙м і більше), а також відсутність редуктора в механізмі. Недоліками таких двигунів є великі габарити і висока вартість електропривода, а також велике споживання енергії.

В цілому для електропривода систем стеження СБ за Сонцем характерні наступні параметри: мала швидкість обертання; мала потужність двигуна; велике передавальне число в редукторі; низька частота вільних коливань в установці; значні коливання моменту від вітрового навантаження; люфти в редукторі; нелінійна залежність моменту від кута повороту; зміна моменту інерції при повороті рам з СБ; нелінійні навантаження на двигунах на обох координатах при зміні температури, вітру, тиску (тобто навколишнього середовища в цілому). Все це ускладнює режим оптимізації електропривода. Тому в електроприводах можуть використовуватися адаптивні регулятори, додаватися блоки компенсації люфта, встановлюватися додаткові двигуни та інші датчики положення.

Для забезпечення високої точності характеристик в системі стеження СБ за Сонце необхідно вирішувати завдання поліпшення характеристик самого електроприводу, підтримки заданого положення рами з СБ при зміні умов навколишнього середовища (температури, тиску і вітрового навантаження), мінімізації енергоспоживання електроприводами при спостереженні і забезпечення високої надійності системи АФЕУ.

У АФЕУ (потужністю 3-5 кВт) для зменшення споживання електричної енергії двокоординатними електромеханічними виконавчими механізмами при безперервно-дискретному стеженні за Сонцем краще використовувати КД в поєднанні з черв'ячними редукторами, силовими драйверами управління КД.


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   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19


©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет