Спосіб ідентифікації параметрів двигунів змінного струму

Спосіб ідентифікації параметрів двигунів змінного струму, що полягає у підключенні дослідного двигуна до джерела полігармонійної напруги з заданим рівнем гармонік через датчики напруги та струму, подачі напруги до двигуна, цифровому записі напруг та струмів фаз, математичній обробці отриманих результатів шляхом розкладу кривих напруги та струму в ряд Фур'є, визначенні гармонійних складових миттєвої потужності фаз, складанні системи ідентифікаційних рівнянь на основі рівнянь балансу гармонік потужності елементів схеми заміщення двигуна, визначенні параметрів електричної машини шляхом вирішення системи ідентифікаційних рівнянь, який відрізняється тим, що вимірюють період змінної напруги Т, виконують цифровий запис напруги та струму протягом двох періодів змінної напруги, задають два періоди розкладу кривих напруги та струму в ряд Фур'є Т/ =(0,9  0,95)Т та Т// =(1,05  1,1)Т, виконують розклад напруг та струмів у ряд Фур'є із періодами / // розкладу T та Т , визначають гармонійні складові миттєвої потужності з періодами розкладу Т/ та T//, складають системи ідентифікаційних рівнянь для визначення параметрів схеми заміщення двигуна, визначають параметри двигуна для напруги з пе Корисна модель відноситься до галузі електротехніки, зокрема до методів визначення електромагнітних параметрів машин змінного струму. Корисна модель може бути використана при після ремонтних випробуваннях машин змінного струму в практиці електроремонтних підприємств, при приймально-здавальних випробуваннях в умовах заводів-виготовлювачів та для експлуатаційного моніторингу в умовах промислових підприємств. Відомий спосіб визначення активних та індуктивних опорів ротору [Способ определения активных и индуктивных сопротивлений рассеяния обмотки статора асинхронного двигателя: А.С. СССР 1372259: G01R 31/34 / Г.Г.Рогозин, Ю.И.Печуркин, В.И.Алексеев], за яким нерухомий асинхронний двигун (АД) підключають до однофазного джерела промислової частоти, вимірюють значення напруги, струму статора та кута між ними, відключають джерело у момент переходу струму через нуль, вимірюють миттєві значення напруги, що загасає. За отриманими даними розраховують активні та індуктивні опори ротора. Недоліками наведеного способу визначення параметрів є: - низька точність результатів, що обумовлюється неврахуванням опорів, еквівалентних втратам в сталі ротора та статора, ефекту витіснення струму в роторі; - необхідність у розбиранні АД для визначення індуктивного опору розсіювання статора; - розділення операцій по визначенню параметрів двигуна (статора за однією схемою, а ротора за іншою) робить зазначений спосіб малопридатним для практичного визначення параметрів АД. Найбільш близьким технічним рішенням до корисної моделі, обраним в якості прототипу до способу, що заявляється, є спосіб [Спосіб діагностики параметрів синхронного двигуна та пристрій для його здійснення: А.С. №65733 A: G01R31/34 /Д.Й.Родькін, А.П.Калінов, О.П.Чорний, В.Ф.Живора, A.M.Аміров; 2003042860; опубліковано 15.04.2004, бюл. № 4/2004] визначення параметрів двигуна відповідно до Т-подібних схем за / ріодом Т/ індуктивності розсіювання статора L 1 , / індуктивності кола намагнічування L  , індуктивно/ сті розсіювання ротора L 2 , активного опору рото / // // // // ра R 2 , а також з періодом Т// - L 1 , L  , L 2 , R 2 , // L/  L// L/1  L// L/  L// R /  R2  1 2 ; Lp  ; L2p  2 ; R2p  2 . 2 2 2 2 (19) UA (11) 57650 (13) L1p  U визначають розрахункові значення параметрів двигуна 3 57650 напруги та струму у ряд Фур'є Т/=(0,9  0,95)Т та Т//=(1,05  1,1)Т, виконують розклад напруг та струмів в ряд Фур'є з періодами розкладу Т/ та Т//, визначають гармонійні складові миттєвої потужно/ // сті з періодами розкладу Т та Т , складають системи ідентифікаційних рівнянь для визначення параметрів схеми заміщення двигуна, визначають параметри двигуна для напруги з періодом Т/ індуктивності розсіювання статора L/1, індуктивності кола намагнічування L , індуктивності розсіюван міщення двигуна, до яких додаються активні опори контуру взаємоіндукції, що є еквівалентом втрат у сталі, які залежать від частоти гармоніки в ступені . Спосіб полягає у підключенні фаз статорних обмоток двигуна до джерела полігармонійної випробувальної напруги, вимірюванні миттєвих значень фазних струмів і напруг, визначенні їх гармонійного складу, складанні системи рівнянь, порядок якої визначається кількістю невідомих, розрахунку системи рівнянь, визначенні параметрів двигуна. Недоліками наведеного способу визначення параметрів двигунів є: - самостійне вирішення систем рівнянь дає результат, точність якого дуже залежить від кута керування тиристорами і, як наслідок, від співвідношення рівнів гармонік у кривих напруги та струму; - невідповідність рівнянь, які складаються на основі принципу суперпозиції струмів полігармонійного сигналу, закону збереження енергії, що викликає нестійкість отримуваних рішень. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищити точність та достовірність визначення параметрів машин змінного струму шляхом використання рівнянь балансу складових гармонік миттєвої потужності для різних періодів розкладу кривих напруги та струму в ряд Фур'є при живленні від джерела полігармонійної напруги, що забезпечує підвищення надійності використання електричних машин. Згаданий технічний результат при реалізації корисної моделі досягається тим, що дослідний двигун підключають до джерела полігармонійної напруги із заданим рівнем гармонік через датчики напруги та струму, записують сигнали напруг та струмів фаз, представляють виміряні сигнали у вигляді рядів Фур'є, визначають гармонійні складові миттєвої потужності фаз, складають систему ідентифікаційних рівнянь на основі рівнянь балансу гармонік потужності елементів схеми заміщення двигуна, визначають параметри машин змінного струму шляхом вирішення системи ідентифікаційних рівнянь. Згідно з корисною моделлю двигун підключають через датчики напруги та струму до мережі з полігармонійною напругою, вимірюють період змінної напруги Т, виконують цифровий запис напруги та струму протягом двох періодів змінної напруги, задають два періоди розкладу кривих / U0  / Una / Unb / 0  T/ 1  u( t )dt; T/   0 T/ 1 T // // Una  u( t ) sin2n t dt; /  i( t )dt; 0 // 0  1 T // L1p   // Unb T //  i( t )dt; 0  1 T // - струм кола статора; R1 - активний опір кола статора; L1 - індуктивність кола статора;  - відносна частота;  - струм кола намагнічування; R I  1 ність кола намагнічування; 2 - струм кола ротоI ра; R2 - приведений активний опір кола ротора; L2 приведена індуктивність кола ротора. Спосіб здійснюється наступним чином: машину змінного струму підключають до джерела полігармонійної напруги. Фізично в якості джерела полігармонійної напруги можуть бути використаний тиристорний регулятор напруги. У режимі короткого замикання, при нерухомому роторі, по черзі на кожну фазу підключається полігармонійна напруга, вимірюються значення напруги u(t) та струму i(t) статора машин змінного струму протягом 2 періодів змінної напруги Т, визначаються за допомогою перетворення Фур'є синусні й косинусні складові напруг і струмів з періодами розкладу Т/ та T//, причому T/=(0,9  0,95)Т та Т//=(1,05  1,1)T (Фіг.1): T //  // t dt; // t dt; 0  u( t ) sin2n T // 0  активний опір кола намагнічування; L  - індуктив  u( t ) cos2n T // // L/  L// L/1  L// L/  L// R /  R2  1 2 ; Lp  ; L2p  2 ; R2p  2 ; 2 2 2 2 Запропонований спосіб пояснюється наступними кресленнями, де на Фіг.1. наведені миттєві значення напруги та струму, на якій прийнятті позначення: u(t) - миттєві значення напруги фази; i(t) миттєві значення струму фази; на Фіг.2 наведена Т-подібна схема заміщення двигуна, на якій прийнятті позначення, на якій прийнятті позначення:  I U1 - напруга живлення асинхронного двигуна; 1  u( t )dt; 0 T/ хункові значення параметрів двигуна 0 / T/ ня ротора L/2, активного опору ротору R/2, а також з періодом Т//-L//1, L , L//2, R//2, визначають розра T // 0 T/ T/ 1  u( t ) cos2n t dt; T/ 1 1 // U0  4  5 / ma  / mb   i( t ) cos2m t dt; T/ 1 T/ / // na 0  T/ 1 T 57650  /  i( t ) sin 2m t dt; /   i( t ) cos2m T // 1 T // T 0  t dt; 0  i( t ) sin2m T // 1 // nb  // 6 // //  t dt; 0 де Una=Uncos(  n), Ima=Imcos(  m) - косинусні гармонійні складові напруги та струму; Unb=Unsin(  n), Imb =Imsin(  m) - синусні гармонійні складові напруги та струму; Un - амплітудні значення складових гармонік напруги; n - номер гармоніки напруги; N - число гармонік напруги;  -кругова частота мережі;  n кут зсуву фаз між. напругою та віссю, яка приймається за нульове положення векторів (при цьому приймається, що вектор першої гармоніки напруги співпадає з віссю, тобто  1=0); Im - амплітудні значення складових гармонік струму; m - номер гармоніки струму; М - число гармонік струму;  m - кут зсуву фаз між напругою та струмом. З урахуванням перетворення Фур'є сигнали напруг та струмів записують у вигляді тригонометричних рядів для періодів розкладу Т/ та Т//: Визначають гармонійні складові миттєвої потужності з періодами розкладу Т/ та Т//. У відповідності зі схемою заміщення (Фіг.2) складаються рівняння енергетичного балансу для складових гармонік миттєвої потужності. Для трьох гармонік напруги і струму можна скласти одинадцять ідентифікаційних рівнянь. Невідомими параметрами машин змінного струму є електромагнітні параметри (активні та індуктивні опори) та струми кіл схеми заміщення (струми ланцюга намагнічування та роторного ланцюга). i/ t   u t  // i// t  де Р0д, Рkaд, Рkbд - нульова, косинусні та синусні складові гармонік джерела полігармонійної напруги; P0R1, POR  , P0R2 - нульові складові миттєвої  2  1b 2  1a 2  1b 2  1a 2  1b 2   R  a 2   b 2  a 2  b 2  a 2  b 2   R2   2a 2   2b 2    2a 2   2b 2   2a 2   2b 2   U1 1a  U1 1a  U1 1a ; 1 3 3 5 3 3 5 5 5 5 1 5 1 1 1 3 (1) m 0  m 0  (2) / /  ma cosmt    mb sinmt      //  Una cos nt n 0  //  ma cos mt m 0        //  Unb sin nt n 0  //  mb sin mt m 0 (3)  (4) (5) жності на k-ій гармоніці відповідно на індуктивних опорах кола статора, кола намагнічування та роторного кола. При використанні трьох гармонік напруги та струму система енергетичного балансу: дові миттєвої потужності на k-ій гармоніці відповідно на індуктивних опорах кола статора, кола на 3 n0  PkbR2 - синусні складові миттєвої потужності на k-ій гармоніці відповідно на активних опорах кола статора, кола намагнічування та роторного кола; PkbL1, PkbL  , PkbL2 - синусні складові миттєвої поту потужності на k-ій гармоніці відповідно на активних опорах кола статора, кола намагнічування та роторного кола; PkaL1, PkaL  , PkaL2 – косинусні скла 3 n 0  намагнічування та роторного кола; PkbR1, PkbR  , потужності відповідно на активних опорах кола статора, кола намагнічування та роторного кола; PkaR1, PkaR  , PkaR2 - косинусні складові миттєвої 1  / /  Una cosnt    Unb sinnt ; Рівняння енергетичного балансу складаються у відповідності з тим, що складові гармонік миттєвої потужності джерела полігармонійної напруги дорівнюють сумі складових гармонік миттєвих потужностей на кожному елементі схеми заміщення машин змінного струму. Складається система рівнянь енергетичного балансу складових гармонік миттєвої потужності відповідно до схеми заміщення (Фіг.2):  0 д  0R1  0R  0R 2 ;   kaд  kaR1  kaR   kaR 2  kaL1  kaL   kaL 2 ;   kbд  kbR1  kbR   kbR 2  kbL1  kbL   kbL 2  R1 1a1  u/ t   3 1 5 5 7 57650 8     L1 21a1 1b1  21a1 1b3  21b1 1a3  21a3 1b5  21b3 1a5     L 2 2 2a  2b  2 2a  2b  2 2b  2a  2 2a  2b  2 2b  2a     R1 1a 2  1b 2  21a 1a  21b 1b  21a 1a  21b 1a    R  a 2  b 2  2a a  2b b  2a a  2b b  R2   2a 2   2b 2  2 2a  2a  2 2b  2b  2 2a  2a  2 2b  2a  L 2a1 b1  2a1 b3  2b1 a3  2a3 b5  2b3 a5  1 1 1 1 3 1 1 1 3 3 3 1 5 3 3 3 5 5 3 5 1 1 1 3 1 3 3 5 3 5 1 1 1 3 1 3 3 5 3 5    U11 1a1  U11 1a3  U13 1a1  U11 1a1  U13 1a5  U15 1a3 ;  2  1b 2  21a 1a  21b 1b  21a 1a  21b 1a    L a 2  b 2  2a a  2b b  2a a  2b a    L 2  2a 2   2b 2  2 2a  2a  2 2b  2b  2 2a  2a  2 2b  2b     R121a 1b  21a 1b  21b 1a  21a 1b  21b 1a    R 2a b  2a b  2b a  2a b  2b a    R2 2 2a  2b  2 2a  2b  2 2b  2a  2 2a  2b  2 2b  2a      L1 1a1 1 1 3 1 3 3 5 3 5 1 1 1 3 1 3 3 5 3 5 1 1 1 3 1 3 3 5 3 5 1 1 1 3 1 3 3 5 3 5 1 1 1 3 1 3 3 5 3 5 1 1 1 3 1 3 3 5 3 5  U11 1b1  U11 1b3  U13 1b1  U13 1b5  U15 1b3 ;     L1 41a1 1b3  41a1 1b5  41b1 1a3  41b1 1a 5    L 2 4 2a  2b   4 2b  2a     L 4a1  b3  4 a1 b5  4b1 a3  4b 3  a5  1 3  4 2a1  2b5  4 2b1  2a3 1  R1 21a1 1a3  21a1 1a5  21b1 1b 3  21b1 1b5 5   R  2a1 a 3  2a1 a 5  2b1  b3  2b1  b5  R2  2 2a1  2a 3  2 2a1  2a5  2 2b1  2b3  2 2b1  2b5    U11 1a 3  U11 1a5  U13 1a1  U15 1a1 ;     L1  41a1 1a3  41a1 1a5  41b1 1b3  41b1 1b5    L 2  4 2a  2a   4 2b  2b     L  4a1 a3  4a1 a5  4b1 b3  4b1 b5  1 3  4 2a1  2a5  4 2b1  2b3 1  R1 21a1 1b3  21a1 1b5  21b1 1a3  21b1 1a5 5   R  2a1  b3  2a1 b5  2b1 a3  2b1 a5  R2  2 2a1  2b3  2 2a1  2b5  2 2b1  2a3  2 2b1  2a5    U11 1b3  U11 1b5  U13 1b1  U15 1b1 ;      L2 6 2a  2b  6 2b  2a  6 2a  2b    R1 1a 2  1b 2  21a 1a  21b 1b    R  a 2  b 2  2a a  2b b   R2   2a 2   2b 2  2 2a  2a  2 2b  2b   L1 61a1 1b5  61b1 1a5  61a3 1b3  L 6a1 b5  6b1 a5  6a3 b3  1 5 3 1 5 3  U11 1a5  U13 1a3  U15 1a1 ; 3 1 5 3 3 1 5 3 3 1 3 5 1 1 5 5 1 5  9 57650 10  2  31b 2  61a 1a  61b 1b   L 3a 2  3b 2  6a a  6b b  L2  3 2a 2  3 2b 2  6 2a  2a  6 2b  2b    R121a 1b  21b 1a  21a 1b    R 2a b  2b a  2a b   R2 2 2a  2b  2 2b  2a  2 2a  2b      L13 1a3 3 3 1 1 3 5 1 1 5 5 1 5 3 5 1 3 5 3 1 3 1 5 1 5 1 5 3 1 5 5 3 1 5  3 3  U11 1b5  U13 1b3  U15 1b1 ;        L1 81a3 1b5  81b3 1a5  L 8a3 b5  8b3 a5  L2 8 2a3  2b5  8 2b3  2a5  R1 21a3 1a5  21b3 1b5   R  2a a  2 2b3  2b5    L1  81a3 1a5  81b3 1b5  L  8a3 a5  8b3 b5  L2  8 2a3  2a5  8 2b3  2b5   3 5  2b3 b5   R2  22a 2a   3 5  U13 1a5  U15 1a3 ;   R1 21a3 1b5  21b3 1a5     R  2a b 3  5  2b3 a5    R2  22a 2b 3 5  2 2b3  2a5   U13 1b5  U15 1b3 ;         R1 1a 2  1b 2  R  a 2  b 2   R2   2a 2   2b 2   U1 1a ;   L1 101a5 1b5  L 10a5 b5  L 2 10 2a5  2b5 5 5 5 5 5 5 5  2  51b 2   L 5a 2  5b 2  R 2a b   R2 2 2a  2b   U1 1b ;    L15 1a5 5 5 5 5 5 5 5  5 5   L2  52a 5 2  52b 2    R121a 1b   5 5 5 5  2a1  a1  1a1 ;  2a3  a3  1a3 ;  2a5  a5  1a5 ;  2b1  b1  1b1 ;  2b3  b3  1b3 ;  2b5  b5  1b5 ; де U11 , U13 , U15 - гармонійні складові напруги стато 2a1 , 2a3 , 2a5 , 2b1 , 2b3 , 2b5 рного кола; 11 , 13 , 15 - гармонійні складові струму гармонійні складові струму роторного кола. Розрахунковим шляхом визначають значення струмів ланцюгів схеми заміщення та електромагнітних параметрів машини змінного струму для напруги та струму з періодом T/: індуктивності розсіювання статора L/1, індуктивності кола намагнічування L/  , індуктивності розсіювання ротора L/2, статорного кола;   1 , 3 , 5 - гармонійні складові струму кола намагнічування; 21 ,  23 ,  25 - гармонійні складові струму роторного кола; 1a1 , 1a 3 , 1a 5 , 1b1 , 1b 3 , 1b 5 - косинусні та синусні гармонійні складові струму статорного кола; a1 , a3 , a5 , b1 , b3 , b5 - косинусні та синусні гармонійні складові струму кола намагнічування; - косинусні та синусні активного опору ротору R/2, а також для періоду Т//-L//1, L//, L//2, R//2, визначають розрахункові значення параметрів двигуна: 11 57650 12 L/  L// L/1  L// L/  L// L/  L//  1 2 2 ; Lp  ; L2p  2 ; L 2p  2 2 2 2 2 (6) Корисна модель дозволяє підвищити надійності визначення електромагнітних параметрів ність використання АД за рахунок збільшення точсхеми заміщення АД при врахуванні дефектів. L1p  Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601