Способ измерения индуктивных и актив-ных сопротивлений электрической машины

Способ измерения индуктивных и актив-ных сопротивлений электрической машины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советсник

Социалистичесиии

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (и)834818 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22)Заявлено 08.02.79 (21) 2722563/24-07 с присоединениеМ заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.05. 81. Бюллетень №20

Дата опубликования описания 30. 05. 81 (5t)M. Кл.

Н 02 К 15/00

Государственный комитет

СССР

IIo делам изобретений и открытий (53) УДК 621 313. . 32 (088. 8.) В. Ф. Сивокобыпенко и А. И. Зинченко

1 р 2:..1,,,,.....,

1 "

Донецкий ордена Трудового Красного Знамени . ..: ..Г .. политехнический институт (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНДУКТИВНЫХ И АКТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ NAIHHHbI

Изобретение относится lc испытаниям и исследованиям электрических машин и может быть использовано для эк1 спериментального определения индуктивных и активных сопротивлений экви,валентных контуров ротора синхронной

S машины.

Известны способы экспериментального определения параметров синхронной машины путем снятия ее частотных характеристик при питании статора напряжением постоянной частоты и вращения ротора с разными скольжениями (11 .

Недостатком этого способа является низкая точность иэ-за трудности разделения частотных характеристик по продольной и поперечной осям машины, особенно при искажении реэульта тов измерений остаточным намагничиванием.

Известен способ определения параметров синхронной машины из опыта :скольжения при непосредственном измерении токов статора в продольной и поперечной осях (d u q ) при помощи специальных устройств. Обмотку статора подключают к сети переменного тока, ротор вращают другим двигателем или, при возможности, создают условия для его вращения приводным агрегатом. При различных значениях скольжения производят измерения (осциллографирование) в установившемся режиме, поддерживая скольжение постоянным. В число измеряемых величин входят фазная мощность, напряжения статора, а также токи статора в осях d u q. Осциллографичес,кую запись токов в осях d u q осуществляют при помощи углоизмерительных генераторов, фазорегуляторов и ваттметровых вибраторов. По рЖультатам измерений вычисляют частотные характеристики машины и находят необходимые параметры (21.

Одним из недостатков данного способа являет .я сложность его экспери8348

3 ,ментальной части. На практике, осоI бенно в промышленных условиях, не всегда имеется возможность осуществления принудительного вращения ротора исследуемой. машины с раэлич5 ными скольжениями. Необходимо сть измерения большого количества величин и использование при этом специальных, довольно сложных устройств усложняют способ и снижают его точ- I0 ность. В частности, погрешность может быть внесена с искажением формы кривой ЭДС углоизмерительного генератора., которая должна быть строго синусоидальной. 15

Следует отметить трудность поддер живания постоянства скольжения, особенно при малых его значениях, из-за качаний первичного двигателя.

В .то же время всякое изменение скольжения вызывает переходный процесс. Так как по методу скольжения достоверная частотная характеристика может быть получена только из установившегося режима., непостоянст- 25 во скольжения может привести к су щественной погрешности, которая будет тем больше, .чем больше величина ускорения, развиваемого ротором машины. Указанная погрешность 30 будет особенно велика в области малых скольжений, где величина тока статора зависит от скольжения в значительной степени.

Наиболее близким к предлагаемому 35 является способ измерения индуктивных и активных сопротивлений электрической машины путем подключения статора к сети переменного тока, изменения тока и напряжения обмот- 40 ки статора и ЭДС в обмотке,. размещенной на.роторе, при вращающемся роторе, расчета по измеренным величинам искомых параметров 3).

Однако ЭДС по данному способу 45 измеряют в специальной. измерительной обмотке, размещенной на роторе, что усложняет реализацию способа и деЙает его источником для явнополюсных синхронных машин, так как требу-,50 ет кроме всего прочего совмещения оси симметрии данной обмотки с продольной осью ротора.

Цель изобретения — упрощение и

55 повьппение точности для явнополюсных синхронных машин.

Поставленная цель достигается тем что фиксируют величину скольжения

18»

4. ротора по крайней мере для двух моментов времени, а ЭДС измеряют в отключенной от сети обмотке возбуждения.

Способ осуществляется следующим образом.

На обмотку статора подают трехфазное напряжение. Ротор приводится во вращение электромагнитным моментом машины. Осциллографируют напряжения и токи статора, а также ЭДС обмотки возбуждения и скольжения. Из уравнений равновесия напряжений (ЭДС) обмотки статора, рассмотренных в моменты времени, соответствующие экстремумам и нулевым значениям ЭДС обмотки возбуждения, определяют значения угла поворота ротора относительно статора. Указанный угол определяют,. например по аргументу обобщенного вектора потокосцепления или ЭДС основного магнитного потока. Далее, с учетом скольжения, вычисляют напряжения и токи статора в системе координат ротора (в осях d и q), В моменты времени, соответствующие различным скольжениям, находят значения параметров машины из уравнений Парка-Горева, используя соотношения

ЧдвЬ 1 - 6 6t ) о где Ч,, - соответственно потокосцепление и ток обмотки статора по продольной оси;

Lg- индуктивность рассеяния обмотки статора;

Е - ЭДС обмотки возбужденияу

t — время.

Для измерения ЭДС обмотки возбуж-. дения цепь последней размыкают.Наводимое на зажимах цепи напряжение считают численно. равным ЭДС обмотки.

При этом полярность указанного напряжения выбирают такой, чтобы при совпадении продольной оси неподвижного ротора с осью одной из фаз статора его фазовый сдвиг относительно напряжения, данной фазы был максимальным.

Задача определений параметров электрической машины переменного тока сводится, главным образом, к нахождению зависимостей активных со834818

;противлений и индуктивностей рассеяния эквивалентных роторных контуров от скольжения. Синхронные индук. тивности определяют по результатам перечисленных выше измерений анало.гично известным методам. Активное сопротивление и индуктивность рассеяния. обмотки статора должны быть известньх

Угол поворота ротора относительно 10 статора находят иэ уравнений равновесия напряжений обмотки статора.

Так, выражение для обобщенного вектора потокосцепления основного магнитного потока 15 где О,З20

Вычислив в системе координат статора, при достижении ЭДС обмотки возбуждения экстремума Е или нулевого значения, вектор Е, или Ч 111 можно по его аргументу определить угол ф в этот момент времени.

Рассмотрим, например момент времв ни, соответствующий достижению ЭДС обмотки возбуждения максимума. Вектора Е и Ч 1ъ при этом направлены соответственнопо осям д и q,Ось абсцисс (действительная или полярная ось) системы координат статора совмещена с осью фаэ А. Таким образом угол между осью фазы А и продольной осью ротора в данный момент времени будет 40 равен главному значению аргумента вектора Е„„ . Главное значение аргумента вектора Мщ будет превышать угол на 90 . При достижении ЭДС обмотки возбуждения минимума векто- 45 ра Е и Ч „ ориентированы йо тем же ,осям, но противоположно направлены.

Угол . аналогично определяется при равенстве ЭДС обмотки возбуждения нулю. Вектора Е „ иЧ щ ориентированы при этом соответственно по осям

qnd.

Контроль скольжения позволяет определить угол " в любой момент времени r 1 (7) 50 =.1-, 1 Е +К д;. -„«O) 61„а

0=L — -"-"- -1- — -1. — -+Р„„(И}, Й1 5Vq, Жд, b q, а ц 6ь, ц, v = 1vg а ж-ь z, О 0 вектора напряжения-и тока статора; активное. сопротивление; индуктивность рассеяния обмотки статора. где г — начальное значение угла

0 (t=0) вычисленное при достижении ЭДС обмотки возбуждения экстремума или нулевого .значения, S — скольжение.

Зная можно по известным формулам вычислить значения токов и напряжений статора в системе координат ротора в любой момент времени. Применение описанной методики упрощает измерения и исключает погрешности,связанные с использованием устройств для нейосредственного измерения токов статора в осях d и q, Параметры находят .из уравнений

Парка-Горева.

Расчеты ведут в относительных единицах, Пусть в некоторый момент времени известны мгновенные значения ЭДС обмотки возбуждения, скольжения, напряжений и токов статора в системе координат ротора. Вычислим значения производных указанных токов и первообразной ЭДС обмотки возбуждения в этот момент времени. Значения потокосцеплеш я обмотки статора по оси

d u q его,производной найдутся из соотношений (1) и (2), полученных с учетом того, что + c3 (g)

at+ где iy — потокосцепление, соответта ствующее основному магнитному потоку по оси d, В итоге получаем — (ya La18) l

1 = — (Ч -l. 1 ); "сК а ма а а

М Ь 1Д 6+ (4) i

j-=g+ (-1-S)a

0 гдето, 1 - ток эквивалентного контура ротора по оси d;

834818 — ток эквивалентного контура ротора по оси q

К Q - активные сопротивления экви- валекгных контуров ротора соответственно по асям d

5 и Чэ

Lp,Ь„ — синхронные индуктивности соответственно по осям d и q;

1,1д — синхронные взаимоиндуктивности.соответственно по осям 1о

d ИЧВ .„,1- @„ — индуктивности эквивалентных

+Lgg > контуров ротора соответст1,р *Ь „ +1,а венка по осям d и q;

:(р — индуктивности рассеяния 1э

LGg эквивалентных контуров ротора соответственно по осям d и q;

Подставив, например в (10),значеHHH,g И Ру, получим

4 1 vol 20 уравнение с двумя неизвестными.

Если теперь взять еще один момент времени, значение скольжения в котором близко к значению скольжения в рассматриваемый момент времени, и проделать описанные выше опера ции, получим систему двух уравнений с двумя неизвестными, решив кото. рую найдем параметры Й

Поскольку моментов времени, удовлевторяющих указанному условию,.можно взять сколь угодно много, то, для большей точности, таких уравнений получают как можно больше и применяют методы аппроксимации, например

33 метод наименьших квадратов. Из уравнения (ll) аналогично находят параметры Я „, у 1.

Следует отметйтЪ, что определенные таким образом параметры будут точны лишь в случае, если скольжение во всех рассматриваемых на данном этапе моментах времени, одинаково. Если же моментам времени соответствует некоторая область скольжений, параметры получаются усредненными для этой области, Однако указанная погрешность будет тем меньше, чем меньше данная область скольжений. Исходные данные для расчета, соответствующие одному значению скольжения, можно получить многократным повторением измерений при различных углах включения напряжения статора, однако этот путь требует большого количества опытов. Встречайяциеся при расчетах операции дифференцирования и интегрирования вы8 полняют численными методами, причем реализация этих методов на ЦВМ позволяет вычислить значения производных и первообразных функций с заданной точностью. В некоторых случаях указанные значения целесообразно вычислять аналитически. Для этого величины, подлвкащие дифференцированию или интегрированию аппраксимируют функциями времени. Для упрощения аппроксимирующих функций измерения производят после затухания электромагнитного переходного процесса, вызванного подключением обмотки статора к источнику напряжения. Аппроксимацию производят для различных скольжений в интервале времени порядка. четверти-половины периода изменения ЭДС обмотки возбуждения.

Закон изменения скольжения в таком малом интервале времени является практически линейным = О -at (12) где S " скольжение вначале интерваО ла аппроксимации; а — угловое ускорение вращения ротора ца данном интервале.

С учетом (4} угол в интервале аппроксимации найдется как

Э

О=4+(" - o) + g (1 ) сЙ

ЭДС обмотки возбуждения тока,напряжения и потокосцепления по осям

d a q могут быть аппроксимированы сравнительно простой функцией, например где В„„- амплитуда вначале интервала аппроксимации (t=O);

К вЂ” коэффициент, учитывающий изменение амплитуды; — начальная фаза.

Кроме аналитического определения производных и первообразных функций аппроксимация позволяет также аналитически находить моменты времени, при которых

61УВ 61У4

«о 1 =о, =О и — "О. у4 v-Я gy 8t

Использование при расчетах уравнений Парка-Горева позволяет определить параметры машины из переходных режимов. Таким образом исключается погрешность, связанная с непостойн10

834818

Формула, изобретения

ВНИИПИ Заказ 4116/81 Тираж 730 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,.ул. Проектная, 4 ством скольжения, что, в свою очередь, дает возможность существенно упростить опыт за счет проведения его без .принудительного вращения ротора.

Пример, Определение параметров синхронного электродвигателя

СДН15-49-8 (1600 кВт, 60(10 В, 750 об/мин) осциллографированием напряжения на зажимах разомкнутой обмотки возбуждения, скольжения,токов и напряжений статора в режиме выбега двигателя с подачей на статор..пониженного напряжения.

Двигатель разгоняют до синхронной скорости номинальным напряжением, которое затем снимают и после за- .. тухания остаточного напряжения на статоре, его обмотку подключают к источнику напряжения 380 В. Для определения параметров в диапазоне скольжений (0-2) режим выбега осциллографируют дважды, с подачей на статор напряжений прямой и обратной последовательностей. Для осциллографирования скольжения используют униполярный генератор. Скорость движения фотоленты светолучевого осциллографа .составляет 5 м/с. Все расчеты выполняют на .ЦВМ с помощью специально составленной программы.

В результате получают зависимости активных сопротивлений и индуктивностей рассеяния роторных контуров от скольжения. Анализ полученных зависимостей показывает, что в исследуемом двигателе эффект вытеснения тока ротора незначителен. Это обстоятельство позволяет, без большой погрешности, указанные параметры считать постоянными во всем диапазоне скольжений

КЧд= 0,067 о.е., Q g= 0,175 о.е.1 )

0.085 o.e., cp 0,0548 о.е.;

Сопоставление результатов расчета с экспериментом подтверждает эффективность предлагаемого способа опре.деления .параметров.

Предлагаемый способ позволяет определять параметры машины как из установившихся, так и из переходных режимов работы. При его реализации отпадает необходимость поддерживания постоянства скольжения принудительным вращением ротора. Параметры могут определяться из режимов пуска, торможения, выбега при пониженном напряжении и др. асинхронных режимов, осуществление которых не требует производства специальных подготови- . тельных работ, Отсутствие в измери10 тельных целях, при осциллографировании, вспомогательных устройств (углоизмерительных генераторов, фа.зорегуляторов и др.) также упрощает использование предлагаемого способа, 13 и, вместе с тем, повышает его точность. Предлагаемый способ исключает погрешность, связанную с изменением (колвбаниями)скольжения.

Способ измерения индуктивных и активных сопротивлений электрической

23 машины, преимущественно индуктивного и активного сопротивления демпферных контуров ротора синхронной машины с обмоткой возбуждения„ ориентированной по продольной оси, путем под- .

30 ключения статора к сети переменного тока, измерения тока и напряжения обмотки статора и ЭДС в обмотке, размещенной на роторе, при вращающемся роторе, расчета по измеренным величи35 нам искомых параметров, о т л и ч а" .ю шийся тем, что, с целью упрощения н повышения точности для явнополюсных .синхронных машин, фиксируют величину скольжения ротора по

40 крайней, мере для двух моментов времени, а ЭДС измеряют в отключенной от сети обмотке возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Данилевич Я. П. и др. Параметры электрических машин переменного тока. М.-Л. . "Наука, 1965, с.314-315.

2. Теория, расчет и исследование Р высокоиспользованных электрических машин.-М. -Л.: Наука", 1965, с. 95-108.

3. Авторское свидетельство СССР

У 565353, кл. Н 02 К 15/00, 1975.