Μια Νέα Μέθοδος Ανίχνευσης για Σφάλματα Κόλλησης σε Τεράστιους Διακόπτες
Τα τελευταία χρόνια, με την πρόοδο της αυτοματοποίησης της διανομής, οι κλειδομετατροπές φορτίου χρησιμοποιούνται ευρέως στις γραμμές διανομής. Ωστόσο, τα ατυχήματα που προκαλούνται από μηχανικές αποτυχίες αυξάνονται, βαρύνοντας τη λειτουργία και την συντήρηση των γραμμών.
Η κακή μηχανική απόδοση είναι η κύρια αιτία των παραλλαγών στις κλειδομετατροπές. Πολλοί ερευνητές μελετούν τη λειτουργία μεγάλης κλίμακας των σκακιερών, χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως η ανίχνευση του ρεύματος του στροφού, η ανάλυση των σημάτων κύματος, το δοκιμαστικό ταξίδι της κλειδομετατροπής, η υπερηχητική ανίχνευση και η υπερθερμομετρία. Η ανίχνευση της κατάστασης της κλειδομετατροπής με βάση το ρεύμα του κινητήρα είναι εφικτή για τους αποσυνεργαστές και τους αποσυνεργαστές, αλλά χρησιμοποιείται λιγότερο για τις παραλλαγές της μηχανής οδηγητή της κλειδομετατροπής φορτίου.
Η έρευνα σε κλειδομετατροπές που λειτουργούν στο πεδίο δείχνει ότι τα σήματα ρεύματος του κινητήρα αποθήκευσης ενέργειας αντικατοπτρίζουν την κατάσταση της κλειδομετατροπής. Μηχανικά προβλήματα (π.χ., στενώσεις της ελατήρα, οξείδωση, στενώσεις των τροχών) στη μηχανή οδηγητή αλλάζουν τα παράμετρα του σήματος ρεύματος (αμπλιτούδα, διάρκεια, τοπικά κορυφαία). Συγκεντρώνοντας την προσοχή στην οξείδωση-στενώση του κινητήρα αποθήκευσης ενέργειας σε παράκτιες περιοχές, αυτό το άρθρο μελετά την απόκτηση και τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών των παραλλαγών. Βήματα: 1) Ανάλυση των χαρακτηριστικών του ρεύματος του κινητήρα, διαίρεση των κυματομορφών σε 4 στάδια και αξιολόγηση κάθε στάδιου. 2) Σχεδιασμός ενός συστήματος συλλογής δεδομένων για κυματομορφές ρεύματος υπό διάφορες συνθήκες. 3) Πρόταση ενός αλγορίθμου έναρξης εγγραφής, απόκτηση χαρακτηριστικών και μεθόδων αναγνώρισης παραλλαγών. 4) Επαλήθευση μέσω πειραμάτων.
1 Ανάλυση των Χαρακτηριστικών του Ρεύματος του Κινητήρα Αποθήκευσης Ενέργειας
Οι κλειδομετατροπές φορτίου συνήθως χρησιμοποιούν DC κινητήρες για την οδήγηση των ελατήρων συμπίεσης για την αποθήκευση ενέργειας. Κατά τη λειτουργία του κινητήρα, η τροχική ταχύτητα και το ροπικό της ρότα είναι στενά συνδεδεμένα με το ρεύμα του στατικού κυκλώματος. Οι εξισώσεις της ροπικής και της τάσης του εναλλακτικά ενεργοποιούμενου DC κινητήρα είναι ως εξής:
Στην Εξίσωση (1), Τ παριστάνει την ροπική; n παριστάνει την ταχύτητα περιστροφής; Ia παριστάνει το ρεύμα της αρματούρας; Ra παριστάνει την αντίσταση του κυκλώματος της αρματούρας, η οποία είναι σταθερή; Ea παριστάνει την ενδεχόμενη δύναμη ενδυνάμωσης; U παριστάνει την τελική τάση; ΔU παριστάνει την πτώση τάσης επαφής, η οποία είναι σταθερή; ϕ παριστάνει το μαγνητικό ροή; Ce παριστάνει την σταθερά ενδυνάμωσης; και CT παριστάνει την σταθερά ροπικής. Σύμφωνα με την Εξίσωση (1), μπορούμε να πάρουμε:
Από την Εξίσωση (2), όταν το ρεύμα φορτίου είναι μικρό, η αποδυνάμωση της αρματούρας από την αντίδραση της αρματούρας είναι αμελητέα, οπότε η μαγνητική ροή θεωρείται σταθερή, και η ροπική είναι ανάλογη με το ρεύμα φορτίου. Καθώς το ρεύμα φορτίου αυξάνεται, η ροπική αυξάνεται, αλλά η ταχύτητα περιστροφής τείνει να μειωθεί. Ωστόσο, η αποδυνάμωση από το μεγαλύτερο ρεύμα φορτίου μειώνει την μαγνητική ροή, η οποία θα αυξάνει την ταχύτητα. Αυτές οι αντίθετες επιδράσεις συνήθως προκαλούν μια μικρή μείωση της ταχύτητας του εναλλακτικά ενεργοποιούμενου κινητήρα. Το Σχήμα 1 δείχνει την τυπική κυματομορφή ρεύματος ενός DC κινητήρα αποθήκευσης ενέργειας κατά τη λειτουργία, χωρισμένη σε 4 στάδια.
Στάδιο 1 (t0)–(t1): Στάδιο Έναρξης του Κινητήρα
Στην ώρα t0, η κλειδομετατροπή φορτίου λαμβάνει ένα σήμα κλεισίματος από την τελική μονάδα διανομής, ενεργοποιώντας τον ελεγχόμενο κινητήρα για να ξεκινήσει με φορτίο. Το ρεύμα του κινητήρα αυξάνεται σε ένα κορυφαίο σημείο έναρξης στην (tst), στη συνέχεια μειώνεται γρήγορα για να εισέλθει σε σταθερή λειτουργία.
Στάδιο 2 (t1)–(t2): Στάδιο Σταθερής Λειτουργίας του Κινητήρα
Ο κινητήρας οδηγεί τον μεταδοτικό τροχό να είναι άνευ φορτίου. Κατά τη διάρκεια αυτού του σταδίου, ο κινητήρας λειτουργεί σταθερά με ελαφρύ φορτίο, με την αμπλιτούδα του ρεύματος του κινητήρα στο (Ia).
Στάδιο 3 (t2)–(t4): Στάδιο Αποθήκευσης Ενέργειας του Ελατηρίου
Καθώς το ελατήριο συμπίεσης αποθηκεύει ενέργεια, η ροπική εξόδου του κινητήρα αυξάνεται σταδιακά, φθάνοντας σε μέγιστο σημείο στην (t3); σε αυτό το σημείο, το ρεύμα του κινητήρα φθάνει στο μέγιστο σημείο του στάδιου (Im). Στη συνέχεια, η ροπική εξόδου του κινητήρα μειώνεται σταδιακά.
Στάδιο 4 (t4)–(t5): Στάδιο Διακοπής του Ρεύματος του Κινητήρα
Στην (t4), το ελατήριο συμπίεσης φθάνει στον τελικό επιμετρητή, διακόπτοντας την ενέργεια του κινητήρα. Το ρεύμα του κινητήρα μειώνεται αιφνιδιαστικά μέχρι να φθάσει στο 0 στην (t5), και ο κινητήρας σταματά να λειτουργεί.
2 Διάγνωση Παραλλαγών Στασιμότητας του Κινητήρα Αποθήκευσης Ενέργειας
2.1 Προσομοίωση Παραλλαγών & Συλλογή Δεδομένων
Ένα πείραμα παραλλαγής στασιμότητας προσομοιώθηκε σε μια κλειδομετατροπή φορτίου από μια εργοστασιακή μονάδα ηλεκτρικού εξοπλισμού (σενάριο στο Σχήμα 2(a)). Μετά την αποσυναρμολόγηση της κλειδομετατροπής, κατά τη σταθερή λειτουργία του κινητήρα και το στάδιο αποθήκευσης ενέργειας του ελατηρίου, ένας κυματομορφος εφάρμοσε αντίστροφες δυνάμεις στασιμότητας για να προσομοιώσει τη στασιμότητα των τροχών/του ελατηρίου. Ένα εξατομικευμένο σύστημα συλλογής δεδομένων (Σχήμα 2(b)) χρησιμοποίησε έναν ARM STM32F103 χίπ για τη συλλογή σημάτων από τον HSTS016L Hall current transformer (DC εισαγωγή: 0–30A). Επειδή το σήμα άνοιξης δεν έχει την επιθυμητή κυματομορφή ρεύματος, αυτή η μελέτη εστιάζει στην κυματομορφή ρεύματος κλεισίματος.
2.2 Αλγόριθμος Έναρξης Εγγραφής της Κυματομορφής
Από το Σχήμα 1, η αποτελεσματική κυματομορφή σήματος καλύπτει το χρονικό παράθυρο t0 έως t5， αποτελούμενη από 4 στάδια με διαφορετικές αλλαγές ρεύματος. Επιπλέον, υπάρχουν σημαντικές διαφορές στις αμπλιτούδες των σημάτων μεταξύ διαφορετικών κινητήρων οδηγητή. Συνεπώς, η χρήση απλού κριτηρίου αμπλιτούδας ρεύματος ως κριτήριο έναρξης εγγραφής της κυματομορφής σήματος είναι σαφώς ακατάλληλη. Συνεπώς, αυτή η μελέτη χρησιμοποιεί τον ρυθμό αλλαγής ρεύματος Kt εντός ενός μονάδικου χρονικού παραθύρου και την μέση τιμή Imean ως κριτήρια έναρξης για την αποτελεσματική εγγραφή της κυματομορφής.Ρυθμός αλλαγής ρεύματος εντός μονάδικου χρονικού παραθύρου:
Μέσο ρεύμα κάθε χρονικού παραθύρου:
Στις Εξισώσεις (3) και (4), Ii παριστάνει το σήμα ρεύματος; M είναι το πλήθος των σημείων δείγματος στο μονάδικο χρονικό παράθυρο; Δ t είναι η διάρκεια του μονάδικου χρονικού παραθύρου, και &Δ; t = 0.02s σε αυτό το άρθρο; I(1) είναι το πρώτο σημείο δείγματος στο μονάδικο χρονικό παράθυρο.
2.3 Απόκτηση Χαρακτηριστικών στον Χρονικό Τομέα
Για την αναγνώριση της παραλλαγής στασιμότητας του κινητήρα αποθήκευσης ενέργειας, αποκτούνται εκφραστικές πληροφορίες της καμπύλης μέσω μερικών δεικτών του χρονικού τομέα. Το κύρτωση K μπορεί να χαρακτηρίσει την ομαλότητα του σήματος ρεύματος; το ριζικό μέσου τετραγώνου Irms μπορεί να χαρακτηρίσει την μέση ενέργεια του σήματος ρεύματος; η skewness sk είναι ένα μέτρο της κατεύθυνσης και βαθμού της καθεστώσεως διανομής των στατιστικών δεδο
