Исследование погрешности технических средств функциональной диагностики тяговых асинхронных двигателей методом параметрических структурных схем

АННОТАЦИЯ

В работе составлена параметрическая структурная схема разработанного магнитоупругого датчика усилий с учетом возможных источников погрешностей. Приведены анализ, качественная  и количественная оценка источников погрешностей магнитоупругого датчика усилий, который значительно упрощается при использовании метода параметрических структурных схем.

ABSTRACT

A parametric structural diagram of the developed magnetoelastic force transducer was developed taking into account possible sources of errors. The analysis, qualitative and quantitative assessment of the sources of errors of the magnetoelastic force transducer, which is greatly simplified by using the method of parametric structural schemes.

Ключевые слова: магнитоупругий датчик усилий; источники погрешности; качественная и количественная оценка; метод параметрических структурных схем.

Keywords: magnetoelastic force transducer; sources of error; qualitative and quantitative assessment; method of parametric structural schemes.

Введение. Погрешность является одним из основных качественных и количественных показателей любого измерительного преобразователя, в том числе и измерительных технических средств функциональной диагностики тяговых асинхронных двигателей [4, 6, 7-9].

Целью работы является исследование погрешности технических средств функциональной диагностики тяговых асинхронных двигателей методом параметрических структурных схем.

В данной статье рассмотрим исследование погрешности разработанного магнитоупругого датчика усилий (МУД) [5].

Отрицательное влияние остаточной магнитной индукции в стали, высших гармонических составляющих, упрощения при определении аналитических зависимостей магнитного сопротивления стальной части и воздушных зазоров от конструктивных параметров и геометрических размеров магнитной цепи, неточности аппроксимации (неточное определение линейной части) кривой намагничивания материала магнитопровода, неидентичности отдельных участков магнитопроводов датчика, некоаксиальности концентрических магнитопроводов, неравномерности намотки витков намагничивающей обмотки и неточности расположения измерительных обмоток на уровень выходного сигнала общеизвестны [1, 10].

Метод исследования.

Выявление, анализ, качественная и количественная оценка источников погрешностей МУД значительно упрощается при использовании метода параметрических структурных схем (ПСС) [2].

На рис. 1 приведена ПСС разработанного МУД с учётом всех источников погрешностей.

Напишем уравнения статической характеристики каждого элементарного преобразователя с учётом источников погрешностей:

1) для эффекта электромагнитной индукции (этот участок ПСС обведен пунктиром и обозначен цифрой I):

–значение коэффициента для идеального случая, т.е. при отсутствии источников погрешностей;  - коэффициент межцепного ФТЭ между  и , равный числу витков измерительной обмотки и ,  – соответственно систематические и случайные аддитивные составляющие источников погрешности, оказывающие влияния на выходное напряжение; соответственно систематические и случайные  - мультипликативные составляющие источников погрешностей, влияющие на коэффициент межцепного ФТЭ .

(Здесь коэффициент межцепного ФТЭ между величиной и параметром i-ой физической природы. Дополнительные элементарные звенья параметрических структурных схем).

2) для элементарного звена-преобразователя магнитного потока  в магнитный ток  (II-ой участок ПСС):

                                                      (2)

Рисунок 1. Параметрическая структурная схема разработанного магнитоупругого датчика усилий с учетом возможных источников погрешностей

Истинное значение выходного напряжения, соответствующее идеальному случаю, когда источники погрешностей отсутствует, определяемое по ПСС, имеет следующий вид:

Точность любого измерительного преобразователя, в том числе и МУД усилий, по определению наиболее близка к его приведенной погрешности. Поэтому оценку погрешности разработанного МУД усилий производим для приведенной погрешности, которая по определению находится как [3]:

где  - максимальное значение выходного напряжения, соответствующее максимальному значению измеряемого (преобразуемого) усилия , выражаемое как:

Подставляя (1) - (7) и (9) в (8) получим следующее выражение приведенной погрешности разработанного МУД усилий:

Учитывая, что в идеальном случае (при отсутствии источников погрешностей):

уравнение (10) перепишется как:

В таблице 1 приведены результаты исследования погрешности разработанных МУД на основе вышеприведенных ПСС и уравнении составленные на её основе.

Таблица 1.

Заключение. Результаты исследования погрешности разработанных МУД  (табл.1) показывают, что наибольший вклад в величину погрешности новых магнитоупругих датчиков усилий вносят нелинейность рабочей характеристики, магнитоупругий гистерезис, изменение температуры окружающей среды и нестабильность параметров источника питания. Выявлены пути снижения погрешности. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что относительная приведенная погрешность разработанных МУД не превышает ,5.

Список литературы:

1.Жураева К.К. Магнитоупругие датчики усилий для систем контроля и управления объектами железнодорожного транспорта: диссертация на соискание ученой степени доктора философии (PhD) по техническим наукам, Ташкент, ТГТУ, 2018. -170с.

2.Зарипов М.Ф., Зайнуллин Н.Р., Петрова И.Ю. Энергоинформационный метод научно-технического творчества. -Москва: ВНИИПИ ГКНТ, 1988. -124с.

3.Ким К.К., Анисимов Г.Н., Чураков А.И. Электрические измерения: учебное пособие. - Москва: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на ж.д. транспорте, 2018. -114с.

4.Приборы и средства диагностики электрооборудования и измерений в системах электроснабжения: справочное пособие. /В.И. Григорьев и др.: под общ. Ред. В.И. Григорьева. Москва: Колос, 2006. -270с.

5.Патент РУз (UZ) № 05432. Магнитоупругий датчик усилий / Амиров С.Ф., Турдибеков К.Х., Жураева К.К., Болтаев О.Т., Файзуллаев Ж.С. // 2017г. Расмий ахборотнома-2017. -№10.

6.Смирнов В.И. Методы и средства функциональной диагностики и контроля технологических процессов на основе электромагнитных датчиков. /Ульяновский государственный технический университет. - Ульяновск: УлГТУ, 2001. -190с.

7.Халиков А.А., Мирсагдиев О.А. Разработка информационно- измерительных систем на основе волоконно - оптических датчиков. / Проблемы получения, обработки и передачи измерительной информации  II Международная научно-техническая конференция, посвященная 90 - летию со дня рождения профессора Зарипова Мадияра Фахритдиновича19–20 сентября 2019г.Уфа, Россия. - С.207-212.

8.Xalikov A.A., Kolesnikov I.K. Temir yol transportida maxsus olchovlar va tashxis (1 qism). / Oquv qollanma 1-қисм. Toshkent -2019. .«Ilm-ziyo-zakovat» 140b.

9.Xalikov A.A., Kolesnikov I.K., Karimov R.K. Maxsus o’lchovlar. / O’quv qo’llanma. TTYMI. Toshkent -2007. 128б.

10.Халиков А.А., Амиров С.Ф., Балгаев Н.Е. Гальваномагнитные датчики больших токов. // Проблемы автоматики и управления, ИЛИМ. №1. -С.152-156. Бишкек -2011.