Содержание
На кафедре электропривода и автоматизации КузГТУ разработан комплекс методов, позволяющих в реальном времени производить оценку параметров и состояния асинхронных двигателей, согласно работ [1-9].
Для экспериментальной проверки полученных методов был разработан и изготовлен испытательный стенд, который включает в себя:
- Испытуемый двигатель.
- Пускозащитный коммутационный блок.
- Нагрузочный генератор постоянного тока.
- Датчик частоты вращения ротора ТМГ 20П.
- Датчики тока типа ДТХ-150 и датчики напряжения в виде резистивных делителей.
- Персональный компьютер с платой сопряжения ЛА2М2 со специально разработанным программным обеспечением.
Структура вычислительной части программы
Программное обеспечение разделено на две основных части:
- Измерительную, реализующую измерение и сохранение данных о токах, напряжениях статора и частоты вращения ротора.
- Вычислительную, производящую обработку измеренных данных.
Структура вычислительной части программы показана на рисунке 1:
где
- L2 — индуктивность ротора.
- ψ2 — потокосцепление ротора.
- ψ1 — потокосцепления статора.
- R2 — активное сопротивление ротора.
- R1 — активное сопротивление статора.
- L1σ — индуктивность рассеяния статора.
- ψm — потокосцепление цепи намагничивания.
- θs — вектор, включающий в себя последующие величины.
Данные параметры оцененные для двигателя, работающего в установившемся режиме работы.
В свою очередь θd — вектор включает в себя:
- Потокосцепление ротора.
- ωr — частоту вращения ротора.
- Активные сопротивления статора и ротора.
- Mc — момент сопротивления на валу ротора.
В свою очередь данные параметры оценены для двигателя, работающего в электроприводе с динамической нагрузкой.
На рисунках 2 по 5 показаны составные части структуры вычислительной части программы:
Результаты расчетов
Для предъявления требований к точности датчиков, используемых в системе измерения, произведен эксперимент, заключающийся в искусственном введении разного рода ошибок в измеряемые сигналы.
В результате было выявлено, что наибольшей является фазовая погрешность (сдвиг по фазе между током и напряжением, вызванный инерционностью датчиков), поэтому при выборе датчиков тока и напряжения наибольшее внимание следует уделять временной задержке сигнала между их выходом и входом.
Исследование шумов измерительной системы показало:
- Что их характеристики соответствуют требованиям, которые предъявляются к ним при использовании для оценок расширенного фильтра Калмана и метода наименьших квадратов.
- Из всех оцененных величин АД с короткозамкнутым ротором непосредственному измерению доступны только активное сопротивление и индуктивность статора.
Для этих параметров можно оценить погрешность их оценки где:
- Для активного сопротивления статора составила 0,3% при статическом режиме работы.
- Для активного сопротивления статора составила 3% при динамическом режиме работы.
- Для полной индуктивности статора составит 6,4% для статического режима.
Непосредственное измерение остальных величин невозможно или затруднительно, потому для оценки работоспособности и точности полученных методов использовано компьютерное моделирование на основе модели обобщенной электрической машины — расчет состояния АД с использованием его параметров, подводимого напряжения, и прикладываемого к ротору момента сопротивления методом Рунге-Кутта четвертого порядка.
Далее, из результатов моделирования брались составляющие тока и напряжения статора и, где необходимо, частота вращения ротора, после чего производилось их сложение с шумом, аналогичным присутствующему в реальной измерительной системе, и на их основании производилась оценка параметров и состояния АД.
Сравнительный анализ показал, что отклонение данных, полученных при моделировании, от оцененных не превышает 3%, что подтверждает эффективность разработанных методов. Для экспериментальной проверки методов оценки была проведена серия опытов для ряда двигателей с номинальной мощностью от 1 до 3 кВт.
В таблице 1 показаны результаты оценки параметров двигателя 4AX90L4Y3 мощностью 2,2 кВт для статического и динамического режимов работы электропривода в сравнении с каталожными и измеренными значениями:
где
- R1*, R2 — величины, оцененные для динамического режима работы.
Проведенные опыты показали достаточно хорошее совпадение результатов оценки с измеренными значениями.
В то же время не все каталожные данные, как видно из таблицы, соответствуют измеренным значениям, что подтверждает необходимость проведения оценки параметров конкретных двигателей.
Таким образом, разработанные методы можно рекомендовать для практического использования в системах управления, защиты и диагностики регулируемого асинхронного электропривода, при моделировании переходных процессов в электрических сетях с асинхронными электроприводами, а также для контроля качества выпускаемых двигателей и определения их параметров.
Список литературы
- Каширских В.Г., Завьялов В.М., Соколов Д.В. Идентификация параметров асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором// Проблемы развития автоматизированного электропривода: Труды Всероссийской научно-практической конференции — Новокузнецк: СибГИУ, 2002 год, страницы 81-82.
- Каширских В.Г., Завьялов В.М., Соколов Д.В. Определение кривой намагничивания асинхронного электродвигателя // Проблемы развития автоматизированного электропривода: Труды Всероссийской научно-практической конференции — Новокузнецк: СибГИУ, 2002 год, страницы 85-87.
- Каширских В.Г., Завьялов В.М., Соколов Д.В. Определение кривой намагничивания асинхронного электродвигателя по результатам испытания на холостом ходе//Вестник КузГТУ, 2002 года, №2, страницы 14-16.
- Каширских В.Г., Завьялов В.М., Соколов Д.В. Идентификация параметров асинхронного электродвигателя с помощью метода наименьших квадратов// Вестник КузГТУ, 2002 год, №2, страницы 17-19.
- Каширских В.Г., Завьялов В.М. Идентификация параметров обмотки статора и цепи намагничивания асинхронного двигателя с помощью расширенного фильтра Калмана // Вестник КузГТУ, 2002 год, №3, страницы 18-20.
- Каширских В.Г., Завьялов В.М. Оценка параметров и состояния асинхронного двигателя при динамической нагрузке. — Москва, 2002. — 11с. Деп. в ВИНИТИ 26 дек. 2002, №2265-В2002.
- Каширских В.Г., Завьялов В.М. Оценка параметров и состояния асинхронного двигателя при установившемся режиме работы — Москва, 2002. 11с. -Деп. в ВИНИТИ 26 дек. 2002, №2266-В2002.
- Определение индуктивности ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
- Определение в реальном времени активного сопротивления и потокосцепления ротора асинхронного двигателя при его работе в установившемся режиме.
Источник: Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов // Вестник КузГТУ, 2003 год, №3, страницы 63-65.
