Контроль расхода сыпучих материалов по току статора асинхронного электропривода

Внедрение: 2016 г.

На кафедре «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» Алтайского государственного аграрного университета исследовалась зависимость между током статора асинхронного двигателя центробежного расходомера и расходом сыпучего продукта. В рамках диссертационной работы [1], кроме математической модели, была разработана экспериментальная установка (рисунок 1). Кинематическая и электрическая схемы установки представлены на рисунках 2 и 3. Измерения проводились с помощью АЦП E14-140.

Рисунок 1. Общий вид экспериментальной установки.

Рисунок 2. Кинематическая схема экспериментальной установки: 1 – электродвигатель шнека; 2 – редуктор шнека; 3 - ременная передача; 4 – питающий бункер; 5 - шнек; 6 - крыльчатка; 7 - расходомер; 8 - электродвигатель расходомера; 9 – бункер.

Электрическая схема экспериментальной установки представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Электрическая схема экспериментальной установки.

Двигатель М1 приводит в действие шнек. Его скорость и, соответственно, производительность регулируются преобразователем частоты ПЧ. Двигатель М2 выполняет функцию привода рабочего органа – крыльчатки.
Методика определения номинального расхода Q_Н предусматривает поэтапное увеличение подачи зернового материала винтовым транспортером 5 (см. рисунок 2) посредством преобразователя частоты ПЧ (см. рисунок 3) до тех пор, пока ток приводного двигателя М2 не станет равным номинальному: номинальный расход Q_Н=2,7 кг/с, номинальный ток двигателя АИР56В4 IН=0,62 А.

В одной из фаз двигателя М2 расположен токоизмерительный резистор R_K, напряжение на котором измеряется и преобразуется в цифровой сигнал с помощью АЦП E14-140. АЦП подключён к ПК, на котором с помощью программной среды LabVIEW производится обработка сигнала:  рассчитывается действующее значение, скольжение, мгновенный расход, а также пройденное через расходомер зерно за время, равное времени преобразования аналогового сигнала, с последующим суммированием вычисленных расходов в течение периода измерения при заданных параметрах схемы замещения асинхронного двигателя, его номинальных характеристик и известной величине номинального расхода. 

Измеренная посредством термопары температура использовалась для компенсации температурной зависимости измерений.

На рисунке 4 представлена блок-диаграмма программы в среде LabVIEW, а на рисунке 5 – лицевая панель с изображением осциллограмм центробежного расходомера производительностью 10 т/ч с двигателем АИР56В4.
Масса прошедшего через расходомер сыпучего продукта определяется двумя способами с последующей оценкой погрешности результата измерения: m – измеряется предлагаемым способом, m₀ (мера) – измеряется весовым методом.

Рисунок 4. Блок-диаграмма программы в среде LabVIEW для вычисления расхода сыпучих материалов.

Рисунок 5. Лицевая панель LabVIEW с изображением осциллограмм: а) мгновенного значения тока статора i1; б) действующего значения тока статора I1; в) скольжения s; г) момента на валу двигателя М; д) расхода сыпучего материала Q; е) пройденной массы продукта m.

Графики зависимостей тока статора I1 от расхода материала Q, полученные с помощью эмпирических уравнений и математической модели, представлены на рисунке 6.

Рисунок 6. Статические выходные характеристики расходомера:
1 - зависимость I₁=f(Q), полученная по формулам (2) и (3); 2- результаты эксперимента; 3 и 4 зависимость I₁=f(Q) аппроксимированная уравнениями регрессии первой и второй степени соответственно.

Экспериментальными исследованиями установлено, что разработанные способ и алгоритм контроля расхода сыпучих материалов путем измерения тока статора асинхронного электропривода центробежного расходомера обеспечивают погрешность измерения, не превышающую 3%, в пределах изменения расхода от 3 до 7 т/ч и 2% в диапазоне 7-10 т/ч при номинальном расходе зерна 10 т/ч.

Источник:
Чернусь Р.С. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук «Способ контроля расхода сыпучих материалов по току статора асинхронного электропривода». – Барнаул. – 2016. – 22 с.

Разработчик: Чернусь Роман Сергеевич (ФГБОУ ВО «Алтайский государственный аграрный университет»)