Способ определения параметров асинхронного электродвигателя

Способ определения параметров асинхронного электродвигателя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения параметров асинхронных электродвигателей.

Известен способ определения параметров и рабочих характеристик асинхронного двигателя без сопряжения с нагрузочным устройством [RU 2391680 C1, МПК G01R 31/34 (2006.01), опубл. 10.06.2010], выбранный в качестве прототипа, заключающийся в том, что потребляемую мощность, напряжение и ток в режиме холостого хода измеряют и регистрируют при номинальном напряжении или близком к нему, вычисляют по ним коэффициент мощности и индуктивное сопротивление статора, затем отключают двигатель от источника питания, регистрируют скачок напряжения статора, кривую затухания напряжения статора и измеряют сопротивление статора r₁. По скачку напряжения, току, измеренному до отключения, коэффициенту мощности и сопротивлению фазы вычисляют реактивное сопротивление рассеяния x₁ статора. По кривой затухания определяют постоянные времени T₀ и T′ ротора соответственно при разомкнутом статоре и статоре, условно включенном на сеть бесконечно большой мощности. С использованием полученных значений рассчитывают коэффициенты рассеяния σ₁ и σ₂ статора и ротора, реактивное сопротивление взаимоиндукции X₁₂, приведенное к статору реактивное сопротивление рассеяния X 2 ' , ротора, приведенное к статору активное сопротивление X 2 ' ротора. С использованием полученных параметров рассчитывают по «Т»- или «Г»-образной схемам замещения с одним контуром на роторе рабочие характеристики.

Недостатком известного способа является то, что для его осуществления необходимо измерять потребляемую мощность, напряжение и ток в режиме холостого хода.

Задачей изобретения является расширение арсенала средств аналогичного назначения.

Это достигается тем, что способ определения параметров асинхронного электродвигателя, также как в прототипе, заключается в измерении потребляемых асинхронным электродвигателем токов и напряжений и определении активного сопротивления обмотки статора и постоянной времени ротора.

Согласно изобретению в течение пуска и работы асинхронного электродвигателя одновременно измеряют мгновенные величины токов и напряжений на двух фазах статора асинхронного электродвигателя при напряжении питания асинхронного электродвигателя ниже номинального значения, при котором ротор асинхронного электродвигателя остается неподвижным. Измеренные мгновенные величины токов и напряжений преобразуют из естественной координатной системы в прямоугольную стационарную систему координат. Последовательно выполняют три временные задержки преобразованных токов и напряжений асинхронного электродвигателя. Полученные значения запоминают и используют для определения активного сопротивления обмотки статора, постоянной времени ротора, эквивалентных постоянной времени и активного сопротивления асинхронного электродвигателя:

, , , R_э=К₁·К₄-К₂.

где R₁ - активное сопротивление обмотки статора, Ом;

T₂ - постоянная времени ротора, с;

T_э - эквивалентная постоянная времени асинхронного электродвигателя, с;

R_э - эквивалентное активное сопротивление асинхронного электродвигателя, Ом;

K₁, K₂, K₃, K₄ - коэффициенты, определенные методом наименьших квадратов.

Коэффициенты K₁, K₂, K₃, K₄ определяют методом наименьших квадратов из выражения:

,

где ;

;

[ K 1 K 2 K 3 K 4 ] - вектор коэффициентов, необходимых для нахождения параметров асинхронного электродвигателя;

k - коэффициент временной задержки.

Предложенный способ, в отличие от прототипа, позволяет одновременно определять электромагнитные параметры асинхронного электродвигателя в реальном времени, без необходимости проведения измерений в режиме холостого хода и отключения двигателя.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ определения параметров асинхронного электродвигателя.

В таблице 1 приведены параметры асинхронного электродвигателя, определенные по заявленному способу.

Способ определения параметров асинхронного электродвигателя осуществлен с помощью устройства (фиг. 1), в котором датчики фазных токов 1 (ДТ1), 2 (ДТ2) и датчики фазных напряжений 3 (ДН1), 4 (ДН2) подключены к двум фазам питания асинхронного электродвигателя. К датчикам токов 1 (ДТ1), 2 (ДТ2) и датчикам напряжения 3 (ДН1), 4 (ДН2) последовательно подключены преобразователь координат 5 (ПК), первый блок временной задержки 6 (БВЗ1), второй блок временной задержки 7 (БВЗ2), третий блок временной задержки 8 (БВЗ3), блок памяти 9 (БП), блок определения кооэффициентов 10 (БОК), блок определения параметров 11 (БОП). Блок памяти 9 (БП) соединен с преобразователем координат 5 (ПК), первым блоком временной задержки 6 (БВЗ1), вторым блоком временной задержки 7 (БВЗ2). Управляющие входы блока памяти 9 (БП), блока определения коэффициентов 10 (БОК) и блока определения параметров асинхронного электродвигателя 11 (БОП) соеденены с системой управления асинхронного электродвигателя (не показано на фиг. 1). Блок определения параметров асинхронного электродвигателя 11 (БОП) связан с ЭВМ (не показано на фиг. 1).

В качестве датчиков фазных токов 1 (ДТ1), 2 (ДТ2) использованы датчики тока - промышленный прибор КЭИ-0,1, в качестве датчиков фазных напряжений 3 (ДН1), 4 (ДН2) - датчики напряжения LEM. Преобразователь координат 5 (ПК), первый блок временной задержки 6 (БВЗ1), второй блок временной задержки 7 (БВЗ2), третий блок временной задержки 8 (БВЗ3), блок памяти 9 (БП), блок определения коэффициентов 10 (БОК), блок определения параметров 11 (БОП) и система управления асинхронным двигателем выполнены на базе микроконтроллера типа TMS320C28346 фирмы Texas Instruments.

Для проверки работоспособности предложенного способа определения параметров асинхронного электродвигателя датчики фазных токов 1 (ДТ1), 2 (ДТ2) и датчики фазных напряжений 3 (ДН1), 4 (ДН2) подключили к двум фазам питания асинхронного электродвигателя (f_1н=50 Гц, U_1н=27 B, z_p=2, ω₀=157 рад/с). В течение пуска и работы асинхронного электродвигателя одновременно измерили мгновенные величины токов и напряжений на двух фазах статора асинхронного электродвигателя. Мгновенные величины токов и напряжений передали в преобразователь координат 5 (ПК), где их преобразовали в мгновенные величины токов и напряжений в прямоугольной стационарной системе координат (фиг. 2). Мгновенные величины токов, напряжений в прямоугольной стационарной системе координат асинхронного электродвигателя передали на блоки временной задержки 6-8 (БВЗ1-БВЗ3), где последовательно выполнили три временные задержки мгновенных величин токов, напряжений в прямоугольной стационарной системе координат асинхронного электродвигателя на 500·10^-6 секунд и получили текущие задержанные единожды, дважды и трижды значения токов и напряжений в прямоугольной стационарной системе координат асинхронного электродвигателя. Полученные текущие и задержанные единожды, дважды и трижды мгновенные величины токов в прямоугольной стационарной системе координат I 1 α j , I 1 α j − 1 ⋅ k , I 1 α j − 2 ⋅ k , I 1 α j − 3 ⋅ k , I 1 α j − 4 ⋅ k , I 1 β j , I 1 β j − 1 ⋅ k , I 1 β j − 2 ⋅ k , I 1 β j − 3 ⋅ k , I 1 β j − 4 ⋅ k , напряжений в прямоугольной стационарной системе координат U 1 α j , U 1 α j − 1 ⋅ k , U 1 α j − 2 ⋅ k , U 1 α j − 3 ⋅ k , u 1 α j − 4 ⋅ k , U 1 β j , U 1 β j − 1 ⋅ k , U 1 β j − 2 ⋅ k , U 1 β j − 3 ⋅ k , U 1 β j − 4 ⋅ k передали в блок памяти 9 (БП).

В момент включения в сеть асинхронного электродвигателя система управления подает на управляющий вход блока памяти 9 (БП) сигнал о пуске асинхронного электродвигателя, по этому сигналу в течение пуска и работы асинхронного электродвигателя с временной задержкой начали запись величин токов и напряжений в прямоугольной стационарной системе координат. Одновременно в момент включения в сеть асинхронного электродвигателя система управления подает сигнал на управляющие входы блока определения коэффициентов 10 (БОК) и блок определения параметров 11 (БОП). Передачу сигналов с блока памяти 9 (БП) на блок определения коэффициентов 10 (БОК) осуществили с временной задержкой, равной 500·10^-6 секунд. В блоке определения коэффициентов 10 (БОК) определили коэффициенты K₁, K₂, K₃, K₄ методом наименьших квадратов [Метод наименьших квадратов и основы математико-статической теории обработки наблюдений / Ю.В. Линник. - Государственное издательство физико-математической литературы, 1958. С. 152-157] из выражения:

,

где ;

;

[ K 1 K 2 K 3 K 4 ] - вектор коэффициентов, необходимых для нахождения параметров асинхронного электродвигателя;

k - коэффициент временной задержки.

Полученные коэффициенты K₁, K₂, K₃, K₄ передали на блок определения параметров 11 (БОП), где определили активное сопротивление обмотки статора, постоянную времени ротора, эквивалентные постоянную времени и активное сопротивление асинхронного электродвигателя в реальном времени следующим образом:

, , , R_э=K₁·K₄-K₂.

где R₁ - активное сопротивление обмотки статора, Ом;

T₂ - постоянная времени ротора, с;

T_э - эквивалентная постоянная времени асинхронного электродвигателя, с;

R_э - эквивалентное активное сопротивление асинхронного электродвигателя, Ом;

K₁, K₂, K₃, K₄ - коэффициенты, определенные методом наименьших квадратов.

Результаты определения параметров поступают на ЭВМ (таблица 1).

Проверку правильности определения параметров асинхронного электродвигателя осуществляли путем сравнения определенных значений параметров асинхронного электродвигателя с реальными значениями параметров, указанных в паспортных данных асинхронного электродвигателя (таблица 1). Определили относительную погрешность между реальными значениями параметров асинхронного электродвигателя и параметрами, найденными заявленным способом. Относительная погрешность каждого из параметров составила менее 4%, что является допустимым в электроприводах общего назначения.

1. Способ определения параметров асинхронного электродвигателя, включающий измерение потребляемых асинхронным электродвигателем токов и напряжений и определение сопротивления статора, постоянной времени ротора, отличающийся тем, что в течение пуска и работы асинхронного электродвигателя одновременно измеряют мгновенные величины токов и напряжений на двух фазах статора асинхронного электродвигателя при напряжении питания асинхронного электродвигателя ниже номинального значения, при котором ротор асинхронного электродвигателя остается неподвижным, измеренные мгновенные величины токов и напряжений преобразуют из естественной координатной системы в прямоугольную стационарную систему координат, последовательно выполняют три временные задержки преобразованных токов и напряжений асинхронного электродвигателя, полученные значения запоминают и используют для определения активного сопротивления обмотки статора, постоянной времени ротора, эквивалентных постоянной времени и активного сопротивления асинхронного электродвигателя: R 1 = K 3 K 4 ,       T 2 = 1 K 4 ,       T Э = K 1 K 1 ⋅ K 4 − K 2 ,       R Э = K 1 ⋅ K 4 − K 2   ,где R₁ - активное сопротивление обмотки статора, Ом;T₂ - постоянная времени ротора, с;Т_э - эквивалентная постоянная времени асинхронного электродвигателя, с;R_э - эквивалентное активное сопротивление асинхронного электродвигателя, Ом;К₁, К₂, К₃, К₄ - коэффициенты, определенные методом наименьших квадратов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коэффициенты К₁, К₂, К₃, К₄ определяют методом наименьших квадратов из выражения: [ K 1 K 2 K 3 K 4 ] = ( A T ⋅ A ) − 1 ⋅ A T ⋅ B ,где A = [ ( d 2 I 1 α d t 2 ) j − 1 ⋅ k ( d I 1 α d t ) j − 1 ⋅ k     I 1 α j − 1 ⋅ k U 1 α j − 1 ⋅ k ( d 2 I 1 α d t 2 ) j − 2 ⋅ k ( d I 1 α d t ) j − 2 ⋅ k     I 1 α j − 2 ⋅ k U 1 α j − 2 ⋅ k ( d 2 I 1 α d t 2 ) j − 3 ⋅ k ( d I 1 α d t ) j − 3 ⋅ k     I 1 α j − 3 ⋅ k U 1 α j − 3 ⋅ k ( d 2 I 1 α d t 2 ) j − 4 ⋅ k ( d I 1 α d t ) j − 4 ⋅ k     I 1 α j − 4 ⋅ k U 1 α j − 4 ⋅ k ] ; B = [ ( d U 1 α d t ) j − 1 ⋅ k ( d U 1 α d t ) j − 2 ⋅ k ( d U 1 α d t ) j − 3 ⋅ k ( d U 1 α d t ) j − 4 ⋅ k ] ;k - коэффициент временной задержки.