Дипломная работа: Разработка ветроэнергетической установки

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

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)

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