1ton-auto.ru

Тон Авто
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое автоматическая частотная разгрузка и как она используется

Что такое автоматическая частотная разгрузка и как она используется?

Электроснабжение потребителей предусматривает четкое соблюдение основных параметров сети. Так как их отклонение от нормативного значения вызывает сбои в работе высокоточных устройств, снижает срок эксплуатации оборудования или может привести к возникновению аварийного режима. Наиболее ощутимые нарушения и последствия возникают при снижении частоты, для борьбы с которой используется автоматическая частотная разгрузка (АЧР).

Автоматизация отопления в умном доме: электрическая термоголовка, Mi Home, Home Assistant, термостат

В этом обзоре мы поговорим о автоматизации управления отоплением в доме и я расскажу про свой собственный кейс, реализованный на электрических термоголовках Danfoss, управляемых розетках и датчиках температуры. Описанный принцип можно применить и для регуляторов теплого пола, электрических радиаторов и даже кондиционеров.

Содержание

  • Термоголовка из обзора Danfoss TWA-A NC 230B — розетка UA — цена на момент публикации 536 грн
  • Термоголовки на Aliexpress (пример — вариантов много)

Термоголовка

В своей реализации я использовал электрическую термоголовку Danfoss TWA-А — для клапанов RA под напряжение 230 В.

Вариант — NC — нормально закрытый, это значит то для открытия клапана, на термоголовку надо подать напряжение.

Вариантов крепления существует множество, нужно подобрать свой, в остальном принцип работы — идентичен.

Устройство внешне очень похоже на обычную, механическую термоголовку, только с питающим проводом.

Нормально закрытая головка из коробки находится в принудительно открытом состоянии, в котором ее поддерживает пластиковая скоба.

Крепится эта термоголовка при помощи стопорного винта. Внутри нее скрывается механизм, которые нажимает на клапан перекрывая его, при включении питания он отводится и открывает его.

Установка

Полностью процесс установки можно посмотреть в видеоверсии обзора (ссылка в конце текста)

У меня на батареях стояли обычные механические терморегуляторы, снимаются они легко, без инструментов

Вместо него ставится электрический регулятор, до упора и фиксируется при помощи стопора.

Только после этого снимается пластиковая скоба — клапан перекрывается

В момент установки температура поверхности батареи была почти 48 градусов. После снятия скобы и перекрытия клапана она стала падать, и через час составляла 23 градуса.

Включаем клапан в розетку, в момент включения потребление составило почти 20 Ватт, почти сразу упало вдвое, и потом плавно уменьшалось, к полному открытию, которое заняло почти 5 минут, до 3 Ватт.

Подробнее — можно посмотреть в видеоверсии обзора (ссылка в конце текста)

В течении 15 минут — температура поверхности батареи поднялась до 49 градусов

Mihome

Управлять этим можно например в Mihome — используя различные связки, например Zigbee датчика и розетки, или wi-fi удлинители или розетки, а температуру брать можно и с увлажнителя и с очистителя воздуха. Скажем при снижении температуры менее 21 градуса — включать

И аналогичный сценарий — на выключение при достижении комфортной температуры, тем самым поддерживая ее в желаемых пределах.

Можно использовать вариант связки какого-то из Bluetooth датчиков, при использовании новой wi-fi розетки с BLE шлюзом — они смогут работать просто в паре друг с другом. Кстати вместо розетки и удлинителя можно использовать и проводной выключатель

Можно предусмотреть включение и выключения по заданным дням и времени, и сделать ручной сценарий для принудительного включения.

Home Assistant

Моя конфигурация Home Assistant на github

Новая серия моих уроков по Home Assistant на Youtube

Для тех кто уже наигрался с Mihome — рассмотрим штатный компонент Home Assistant — термостат. Для него нужно создать, если еще нет, раздел климат. Как обычно я выношу его в отдельный файл.

В нем для каждой термоголовки создается отдельная сущность на платформе generic_thermostat. Следующей строкой — его имя в системе, давайте рассмотрим все его параметры

Читайте так же:
Регулировка насос форсунок своими руками

heater — название розетки которая будет управлять нашей термоголовкой

target_sensor — это название датчика температуры, по которому будет работать термостат

target_temp — целевая температура, в градусах С, та которая будет устанавливаться при запуске home assistant

away_temp — этот параметр включает для термостата отдельный режим работы — Не дома, и так же содержит температуру по умолчанию

min_temp, max_temp — это минимум и максимум на шкале термостата, пределы в которых им можно будет управлять

ac_mode — это режим включает охлаждение, то есть при его активации. розетка heater будет включаться при превышении целевой температуры, а выключаться при понижении

cold_tolerance, hot_tolerance — допуски для включения и выключения, в градусах С. В данном примере — 0,5 градуса, это значит что включаться розетка будет при температуре ниже чем 20,5 С а выключаться при превышении 21,5 С — при целевой температуре 21С.

min_cycle_duration — это минимальный период в котором будет находится термостат в режиме включено или выключено, может быть в секундах или минутах, с учетом времени открытия термоголовки я поставил 5 минут

keep_alive — это минимальный интервал между отправками команд на розетку термостата, в этом примере — команды могут отправляться не чаще чем раз в три минуты, это позволяет нивелировать влияние временных обрывов связи.

initial_hvac_mode — это состояние термостата после загрузки Home Assistant — может быть выключено, режим поддержания тепла heat или холода — cool

Для отображение термостата в интерфейсе lovelace существует специальная карта

Выглядит она так — по кругу ползунок для установки целевой температуры, в центре большими цифрами — текущая температура, под ней — целевая температура, потом режим работы — Бездействие, когда розетка выключения или Обогрев когда включена, и preset — Дома или Не Дома. Внизу две иконки — Обогрев и выключено и название термостата

Например при заданной температуре в 24С и текущей в 23.8С — она попадает в параметры допуска и термостат не включается. А если повысить до 26С, тогда включается розетка которая открывает термоголовку.

Для каждого термостата может быть выставлен свой собственный режим, что позволяет гибко регулировать температуру в доме.

Слева пример скрипта который переводит термостат в режим Дома preset_mode: none . Справаскрипт переводит термостат в режим preset_mode: away — Не дома, второй сервис устанавливает целевую температуру в 19 градусов. Режимы Дома и Не дома — имеют свои целевые температуры и помнят изменения до момента перезагрузки сервера.

Это пример одной из моих автоматизаций, которая запускается каждые 5 минут или по смене состояние темплейт сенсора Режим нагрева. Если он включен — термостат переводится в режим Дома, выключен — Не дома.

Сенсор может учитывать любые условия, в этом примере — нахождение кого-то дома, либо включенный режим выходного дня. Условий может быть сколько угодно

Сейчас у меня трудится четыре термостата, что позволяет не только автоматически поддерживать температуру на комфортном уровне, но и экономить на отоплении не грея воздух тогда, когда никого нет дома.

Основные характеризующие параметры управления процессом регулировки

Процесс автоматического регулирования характеризуется двумя параметрами:

  • Устойчивость системы в переходном процессе. При срабатывании регулировки меняются параметры сети. Это может привести к повторному срабатыванию АРКТ. Устойчивость — это способность системы противостоять этому явлению.
  • Точность. Соответствие установившейся величины выходного напряжения заданному значению.

Расчет уставок АРНТ

Выбор уставок регулировки АРКТ определяется по режиму нагрузки. Основной задачей этого аппарата является стабилизация параметров сети:

  • напряжение на вводе потребителей, находящихся возле трансформатора не более, чем +5% от номинала;
  • в конце линии не менее, чем -5%.
Читайте так же:
Регулировка двигателей с наддувом

Важно! При включении трансформаторов на параллельную работу уставки должны обеспечивать отсутствие уравнительных токов.

При настройке уставок автоматического регулирования необходимо учесть несколько дополнительных факторов:

  • Ширина зоны чувствительности. Это отклонение выходных параметров, при котором отсутствует срабатывание переключателя. Регулировка происходит не плавно, а дискретно, с определенным шагом. Зона чувствительности должна быть меньше шага переключения с коэффициентом 1,3.
  • Задержка срабатывания. Предотвращает переключение системы при кратковременных измениях потенциала и во время переходных процессов. Этот параметр обычно составляет 2,5-3 минуты.
  • Время контроля. Период наблюдения за процессом переключения, составляет 0,6 сек.

Автоматическая регулировка силовых трансформаторов — это обширная тема, подробное рассмотрение которой выходит за рамки этой статьи.

Для более углубленного изучения материала можно рекомендовать учебник для техникумов, изданный в 1987 году издательством Энергоатомиздат под редакцией Рожковой Л. Д. и Козулина В. С. «Электрооборудование станций и подстанций», другую, более современную литературу, которую можно найти в сети Интернет, а также ПУЭ (Правила Устройства Электроустановок), ГОСТы и другие нормативные документы.

На сегодняшний день ассортимент симисторных регуляторов в продаже не слишком велик. И, хотя цены на такие устройства невелики, зачастую они не отвечают требованиям потребителя. По этой причине рассмотрим несколько основных схем регуляторов, их назначение и используемую элементную базу.

Схема прибора

Простейший вариант схемы, рассчитанный для работы на любую нагрузку. Используются традиционные электронные компоненты, принцип управления фазово-импульсный.

Основные компоненты:

  • симистор VD4, 10 А, 400 В;
  • динистор VD3, порог открывания 32 В;
  • потенциометр R2.

Ток, протекающий через потенциометр R2 и сопротивление R3, каждой полуволной заряжает конденсатор С1. Когда на обкладках конденсатора напряжение достигнет 32 В, произойдёт открытие динистора VD3 и С1 начнёт разряжаться через R4 и VD3 на управляющий вывод симистора VD4, который откроется для прохождения тока на нагрузку.

Длительность открытия регулируется подбором порогового напряжения VD3 (величина постоянная) и сопротивлением R2. Мощность в нагрузке прямо пропорциональна величине сопротивления потенциометра R2.

Дополнительная цепь из диодов VD1 и VD2 и сопротивления R1 является необязательной и служит для обеспечения плавности и точности регулировки выходной мощности. Ограничение тока, протекающего через VD3, выполняет резистор R4. Этим достигается необходимая для открытия VD4 длительность импульса. Предохранитель Пр.1 защищает схему от токов короткого замыкания.

Подбирать симисторы следует по величине нагрузке, исходя из расчёта 1 А = 200 Вт.

Используемые элементы:

  • Динистор DB3;
  • Симистор ТС106-10-4, ВТ136-600 или другие, требуемого номинала по току 4-12А.
  • Диоды VD1, VD2 типа 1N4007;
  • Сопротивления R1100 кОм, R3 1 кОм, R4 270 Ом, R5 1,6 кОм, потенциометр R2 100 кОм; С1 0,47 мкФ (рабочее напряжение от 250 В).

Отметим, что схема является наиболее распространённой, с небольшими вариациями. Например, динистор может быть заменён на диодный мост или может быть установлена помехоподавляющая RC цепочка параллельно симистору.

Более современной является схема с управлением симистора от микроконтроллера – PIC, AVR или другие. Такая схема обеспечивает более точную регулировку напряжения и тока в цепи нагрузки, но является и более сложной в реализации.

Схема

Схема симисторного регулятора мощности

Сборка

Сборку регулятора мощности необходимо производить в следующей последовательности:

  1. Определить параметры прибора, на который будет работать разрабатываемое устройство. К параметрам относятся: количество фаз (1 или 3), необходимость точной регулировки выходной мощности, входное напряжение в вольтах и номинальный ток в амперах.
  2. Выбрать тип устройства (аналоговый или цифровой), произвести подбор элементов по мощности нагрузки. Можно проверить своё решение в одной из программ для моделирования электрических цепей – Electronics Workbench, CircuitMaker или их онлайн аналогах EasyEDA, CircuitSims или любой другой на ваш выбор.
  3. Рассчитать тепловыделение по следующей формуле: падение напряжения на симисторе (около 2 В) умножить на номинальный ток в амперах. Точные значения падения напряжения в открытом состоянии и номинальный пропускаемый ток указаны в характеристиках симистора. Получаем рассеиваемую мощность в ваттах. Подобрать по рассчитанной мощности радиатор.
  4. Закупить необходимые электронные компоненты, радиатор и печатную плату.
  5. Произвести разводку контактных дорожек на плате и подготовить площадки для установки элементов. Предусмотреть крепление на плате для симистора и радиатора.
  6. Установить элементы на плату при помощи пайки. Если нет возможности подготовить печатную плату, то можно использовать для соединения компонентов навесной монтаж, используя короткие провода. При сборке особое внимание уделить полярности подключения диодов и симистора. Если на них нет маркировки выводов, то прозвонить их при помощи цифрового мультиметра или «аркашки».
  7. Проверить собранную схему мультиметром в режиме сопротивления. Полученное изделие должно соответствовать изначальному проекту.
  8. Надёжно закрепить симистор на радиатор. Между симистором и радиатором не забыть проложить изолирующую теплопередающую прокладку. Скрепляющий винт надёжно заизолировать.
  9. Поместить собранную схему в пластиковый корпус.
  10. Вспомнить о том, что на выводах элементов присутствует опасное напряжение.
  11. Выкрутить потенциометр на минимум и произвести пробное включение. Измерить напряжение мультиметром на выходе регулятора. Плавно поворачивая ручку потенциометра следить за изменением напряжения на выходе.
  12. Если результат устраивает, то можно подключать нагрузку к выходу регулятора. В противном случае необходимо произвести регулировки мощности.
Читайте так же:
Регулировка зажигания двигателя садко

Регулятор мощности

Симисторный радиатор мощности

Регулировка мощности

За регулировку мощности отвечает потенциометр, через который заряжается конденсатор и разрядная цепь конденсатора. При неудовлетворительных параметрах выходной мощности следует подбирать номинал сопротивления в разрядной цепи и, при малом диапазоне регулировки мощности, номинал потенциометра.

Зачем нужен частотный преобразователь

Зачем нужен частотный преобразователь

1) На первом этапе преобразования входное напряжение (220В либо 380В) выпрямляется с помощью диодного моста. Затем, проходя через фильтр собранный на конденсаторах, «вырезанные» части входного сигнала сглаживаются.

2) На этом этапе, из частей выпрямленного напряжения, формируется сигнал желаемой последовательности с необходимыми параметрами амплитуды и частоты. Это достигается при помощи микросхем, способных управлять выходными параметрами. Заданные элементами управления прямоугольные импульсы необходимой частоты передаются двигателю. Индуктивность обмотки статора интегрирует эти импульсы, превращая их в синусоиду.

shema_chastotnika.png

Классификация частотников

  • однофазные;
  • трёхфазные;
  • высоковольтные агрегаты.

По принципу функционирования частотники делятся на классы:

ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока. Тиристорный либо транзисторный преобразователь, нуждающийся в дополнительном звене постоянного напряжения, для безопасной и правильной работы подключённого электродвигателя.

ПЧ с непрерывной связью питающей сети и электрической машины. Представляет собой тиристорный реверсивный преобразователь, способный надёжно функционировать без использования дополнительного оборудования.

В зависимости от сферы применения различают инверторы:

• промышленного применения;
• осуществляющие управление техники с насосно-вентиляторным типом нагрузки;
• используемые в условиях динамической нестабильности и взрывоопасности;
• монтируемые непосредственно на корпус двигателя;
• векторного способа управления;
• для кранового и подъёмного механизмов.

Способы подключения и настройка

Все современные преобразователи частоты оснащены специальными выводами для более удобного их подключения к электродвигателю. Всё сложное схемное исполнение уже смонтировано в корпусе агрегата. В электрической цепи инвертор занимает место сразу после автоматического выключателя, который должен соответствовать номиналу рабочего тока электродвигателя.

При включении частотного преобразователя в однофазную цепь, порог срабатывания автоматического выключателя рассчитывается на величину, в три раза превосходящую рабочий ток в этой цепи.

При трёхфазном питании, необходимо использовать специальный трёхфазный автоматический выключатель с общим рычагом. Ток срабатывания автомата в этом случае, должен ровняться рабочему току каждой из фаз двигателя.

podklyuchenie_chastotnika.png

Способы подключения частотных преобразователей частоты к электродвигателям:

Треугольник. Выводы преобразователя соединяются с последовательно соединёнными обмотками статора управляемого двигателя. Такое подключение используется для бытового подключения к однофазным сетям, где напряжение на выходе инвертора не превышает значение на входе более чем на 50%.

Звезда. Тип соединения, при котором выводы инвертора подключаются к параллельно соединённым обмоткам электродвигателя. Такое соединение используется при включении преобразователя в трёхфазную сеть промышленных объектов.

Читайте так же:
Стенды для регулировки развала схождения ско 1м

Остались вопросы?
Специалисты ЭНЕРГОПУСК ответят на Ваши вопросы:
8-800-700-11-54 (8-18, Пн-Вт)

Под капотом у ПИД регулятора

ПИД регулятор состоит из трёх составляющих: пропорциональной P, интегрирующей I и дифференциирующей D, формируется просто как сумма трёх значений, умноженных каждая на свой коэффициент. Эта сумма после вычислений становится управляющим сигналом, который подаётся на управляющее устройство, обозначим его как out.

kP, kI и kD это и есть те самые коэффициенты, которые нужно настроить для работы ПИДа. Значения тут могут быть самые разные, от 0.001 то десятков и тысяч, это зависит от конкретной системы. Тут есть ещё один момент: любой коэффициент может быть равен нулю, и в таком случае обнуляется вся его компонента. То есть регулятор можно превратить в П, ПИ, ПД, и прочие сочетания. Разные системы требуют разного подхода, именно поэтому ПИД регулятор такой универсальный. В дальнейшем будем пользоваться следующими названиями переменных:

  • out – выход с регулятора (управляющий сигнал)
  • setpoint – установка (заданное значение)
  • input – вход (значение с датчика)
  • err – ошибка регулирования
  • dt – период вычисления и регулирования

P составляющая

Пропорциональная составляющая предоставляет собой разность текущего значения с датчика и установки.

Данная разность называется ошибкой регулирования, то есть насколько далеко находится система от заданного значения. Получается чем больше ошибка, тем больше будет управляющий сигнал и тем быстрее система будет приводить управляемую величину к заданному значению. Коэффициент kP тут влияет роль усиления ошибки и настраивается вручную. Но в то же время, если система пришла к заданной величине, ошибка станет равной нулю, и управляющий сигнал тоже! Другими словами, п регулятор никогда не сможет привести к заданному значению, всегда будет некая ошибка. П составляющая является основной в ПИД регуляторе и так сказать тянет самую большую лямку, регулятор может неплохо работать только лишь на ней одной. P составляющая исправляет ошибку в текущий момент времени.

I составляющая

Интегральная составляющая просто суммирует в саму себя ту же самую ошибку, разность текущего и заданного значения, умноженную на период дискретизации системы, то есть на время, прошедшее с предыдущего расчёта dt – фактически берёт интеграл от ошибки по времени.

В самом регуляторе это ещё умножается на коэффициент kI, которым настраивается резкость данной составляющей. В интегральной составляющей буквально копится ошибка, что позволяет регулятору с течением времени полностью её устранить, то есть привести систему ровно к заданному значению с максимальной точностью. I составляющая исправляет прошлые, накопившиеся ошибки.

D составляющая

Дифференциальная составляющая представляет собой разность текущей и предыдущей ошибки, поделенную на время между измерениями, то есть на ту же dt, которая общий период регулятора. Иными словами – это производная от ошибки по времени.

Фактически D составляющая реагирует на изменение сигнала с датчика, и чем сильнее происходит это изменение, тем большее значение прибавляется к общей сумме. Иными словами, D позволяет компенсировать резкие изменения в системе и при правильной настройке предотвратить сильное перерегулирование и уменьшить раскачку. Коэффициент д позволяет настроить вес, или резкость данной компенсации, как и остальные коэффициенты регулируют свои составляющие. D составляющая в первую очередь нужна для быстрых систем, то есть для систем с резкими изменениями, такие как квадрокоптер или шпиндель станка под переменной нагрузкой. D составляющая исправляет возможные будущие ошибки, анализируя скорость.

Упреждающее управление

При появлении возмущений контроллер должен правильно на них реагировать. С помощью переменного коэффициента передачи удается получить более адекватный отклик системы на возмущение. Вторая задача передовых систем управления заключается в получении эффективного отклика на возмущения, уводящие контролируемые переменные с заданных точек.

Читайте так же:
Регулировка зажигания мотоцикл ява 350

Рисунок 2 иллюстрирует одну из задач автоматической системы управления. Многие переменные оказывают влияние на процесс, но лишь некоторыми из них можно управлять, и только одна переменная может регулироваться контроллером, как описано в предыдущем разделе.

Остальные переменные, по определению, являются возмущающими для данного контура. Их изменения будут влиять на проводимые измерения, и контроллер должен будет скорректировать регулируемую переменную для получения компенсации. В простейшем контуре обратной связи, описанном в предыдущем разделе, контроллер реагирует на возмущение, только когда его влияние проявится в контролируемых переменных. Контроллеру приходится компенсировать возмущения методом проб и ошибок. Возникновение колебаний – характерная черта такого процесса.

Упреждающее управление предоставляет контроллеру больше возможностей для решения данной задачи. Идея состоит в измерении других параметров, которые влияют на регулируемую переменную в рамках математической модели процесса, и проведении компенсации значения регулируемой переменной согласно теоретическим предсказаниям.

Рис. 4. Управляющая функция упреждающего управления реактора

К сожалению, идеальной модели процесса не существует. Кроме этого, зачастую невозможно или нецелесообразно проводить измерения большого количества слабых воздействий. Необходимо также учитывать погрешность измерительного тракта. Поэтому контроллер обратной связи необходим для формирования согласующего сигнала, который корректирует неизбежные ошибки, возникающие из-за погрешностей измерений и упрощений теоретической модели. Концептуальная схема изображена на рисунке 3.

В случае регулировки температуры реактора измеряемыми возмущениями являются скорости потоков ингредиентов, которыми необходимо управлять для контроля температуры ингредиентов, состава конечного продукта и производительности работы. Свойства пара, окружающей среды, фактор засорения являются неизмеримыми возмущающими переменными.

Когда скорость потока или температура какого-либо ингредиента меняется, рабочая точка потока пара также изменяется согласно уравнению упреждающего управления (смотрите рамку «Уравнения упреждающего управления»). Система не ждет, пока о температурном несоответствии узнает контроллер обратной связи. Например, увеличение потока ингредиента снизит температуру, а компенсирующее увеличение потока пара сразу вернет температуру к требуемому значению. При аккуратной настройке алгоритма последствия возмущения будут нейтрализованы, и температура останется постоянной.

Но все же есть одна проблема. Даже если при изменении потока ингредиента поток пара скорректируется необходимым образом, будет наблюдаться кратковременный скачок температуры. Причина в том, что увеличение потока ингредиента снижает температуру системы быстрее, чем увеличение потока пара компенсирует эти изменения. Такого рода явления исчезают при выходе системы в устойчивое состояние, но существенно влияют на динамическое поведение системы.

Избавиться от этих недостатков можно с помощью динамической компенсации. Наряду с упреждающей функцией, определяющей рабочую точку потока пара, необходимо вносить дополнительные корректировки перед проявлением изменений потока пара, минимизируя кратковременные скачки температуры. Необходимая для этого математическая функция показана на рис. 4

Уравнения упреждающего управления.

Структуру модели определяют законы сохранения энергии и вещества. В случае с реактором, например, закон сохранения энергии в устойчивом состоянии (без учета взаимодействия с окружающей средой, и полагая пар насыщенным) можно записать в виде:

Тепло потока пара = теплу, содержавшемуся в ингредиентах A и B.

С точки зрения математики утверждение выглядит следующим образом:

Fs = скорость потока пара, кг/час

Hs = скрытое тепло пара на кг

Cp = удельная теплоемкость

Fa = поток ингредиента А, л/мин

Tp = температура на выходе, °С

Ta = входная температура ингредиента A, °С

Fb = поток ингредиента B, кг/час

Tb = входная температура ингредиента B, °С

Уравнение упреждающего управления является решением этого уравнения относительно регулируемой величины Fs

Где k – коэффициент пропорциональности, определяющийся подстановкой известных численных значений.

Чтобы реализовать упреждающую корректировку, контроллер должен регулировать заданную точку температуры продукта.

Tp * = скорректированная заданная точка температуры продукта, °С

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector