Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей

Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей

На кафедре электропривода и автоматизации КузГТУ разработан комплекс методов, позволяющих в реальном времени производить оценку параметров и состояния асинхронных двигателей [1-9]. Для экспериментальной проверки полученных методов был разработан и изготовлен испытательный стенд, который включает в себя испытуемый двигатель, нагрузочный генератор постоянного тока, пускозащитный коммутационный блок, датчики тока типа ДТХ-150 и датчики напряжения в виде резистивных делителей, датчик частоты вращения ротора ТМГ 20П и персональный компьютер с платой сопряжения ЛА2М2, и специально разработанное программное обеспечение.

Программное обеспечение разделено на две основных части:

  1. Измерительную, реализующую измерение и сохранение данных о токах, напряжениях статора и частоты вращения ротора
  2. Вычислительную, производящую обработку измеренных данных

Структура вычислительной части программы показана на рис.1, где:

  • θs — вектор, включающий в себя последующие величины
  • ψ1 — потокосцепления статора
  • ψ2 — потокосцепление ротора
  • ψm — потокосцепление цепи намагничивания
  • R1 — активное сопротивление статора
  • R2 — активное сопротивление ротора
  • L1σ — индуктивность рассеяния статора
  • L2 — индуктивность ротора

Данные параметры оцененные для двигателя, работающего в установившемся режиме работы

В свою очередь θd — вектор включает в себя:

  • Потокосцепление ротора
  • Активные сопротивления статора и ротора
  • ωr — частоту вращения ротора
  • Mc — момент сопротивления на валу ротора

В свою очередь данные параметры оценены для двигателя, работающего в электроприводе с динамической нагрузкой.

На рис. 2 — рис. 5 показаны составные части структуры вычислительной части программы.

Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей 1
Рис. 1 - Структура вычислительной части программы
Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей 2
Рис. 2 - Структура процедуры обработки опыта холостого хода
Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей 3
Рис. З - Структура процедуры оценки параметров и состояния АД, работающего в статическом режиме
Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей 4
Рис. 4 - Структура процедуры обработки данных опыта «пуск в холостую»
Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей 5
Рис. 5 - Структура процедуры оценки параметров и состояния АД, работающего в динамическом режиме

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, которая для активного сопротивления статора составила 0,3% при статическом режиме работы и 3% при динамическом режиме работы, а для полной индуктивности статора — 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 показаны результаты оценки параметров двигателя 4AX90L4Y3 мощностью 2,2 кВт для статического и динамического режимов работы электропривода в сравнении с каталожными и измеренными значениями. Здесь R1*, R2 — величины, оцененные для динамического режима работы.

Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей 6
Таблица - Параметры двигателя 4AX90L4Y3

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

  1. 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. С. 81-82
  2. 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. С. 85-87
  3. Каширских В.Г., Завьялов В.М., Соколов Д.В. Определение кривой намагничивания асинхронного электродвигателя по результатам испытания на холостом ходе//Вести. КузГТУ. 2002. №2. С. 14-16
  4. Каширских В.Г., Завьялов В.М., Соколов Д.В. Идентификация параметров асинхронного электродвигателя с помощью метода наименьших квадратов// Вести. КузГТУ. 2002. №2. С. 17-19
  5. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Идентификация параметров обмотки статора и цепи намагничивания асинхронного двигателя с помощью расширенного фильтра Калмана // Вести. КузГТУ. 2002. №3. С. 18-20
  6. 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
  7. 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
  8. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Определение индуктивности ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором// Вести. КузГТУ. 2003. №1. С. 20-21
  9. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Определение в реальном времени активного сопротивления и потокосцепления ротора асинхронного двигателя при его работе в установившемся режиме // Вести. КузГТУ. 2003. №1. С. 21-24

Источник: Структура вычислительной части испытательного стенда для оценки параметров и состояния асинхронных электродвигателей / В.Г. Каширских, В.М. Завьялов // Вестник КузГТУ. — 2003. — №3. — C. 63-65

Добавить комментарий

Gekoms LLC

Коллектив экспертов большая часть опыта и знаний которых востребованы в области промышленной автоматизации, разработке технически сложного оборудования, программировании АСУТП, управлении электроприводом. Телефон: +7(812) 317-00-87 Email: info@gekoms.com Сайт: https://gekoms.org