Спосіб визначення енергетичних показників асинхронних електродвигунів

Реферат: Спосіб визначення енергетичних показників асинхронних електродвигунів включає вимірювання сигналів струмів і напруг статора асинхронного двигуна, проведення розрахунку споживаної миттєвої активної потужності трифазної системи, електромагнітну потужність електромагнітного моменту кутової частоти обертання двигуна, моменту на валу, миттєвого коефіцієнта потужності, коефіцієнта корисної дії статора в умовах неякісності напруги живлення, конструктивної і параметричної несиметрії електричної машини і зміни режимів її роботи. Здійснюють вимірювання у робочому режимі та у режимі неробочого ходу, додатково вимірюють кутову частоту обертання та активні опори фаз статора, за результатами обробки вимірювань режиму неробочого ходу розраховуюють постійні втрати асинхронного двигуна. UA 85323 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ПОКАЗНИКІВ АСИНХРОННИХ ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ UA 85323 U UA 85323 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі електротехніки, зокрема до класу систем "Вимірювання електричних змінних", підкласу "Засоби вимірювання струмів та напруг або для індикації їх наявності або полярності", і може бути застосований для визначення енергоефективності роботи асинхронного двигуна (АД) з використанням переносного діагностичного обладнання та мінімальної кількості датчиків, без вилучення двигуна з технологічного процесу. Відомий спосіб визначення ефективності процесу електромеханічного перетворення енергії в силовому каналі електроприводу [Ильинский Н.Ф., Горнов А.О. "Критерий эффективности процесса электромеханического преобразования энергии в силовом канале электропривода" УДК 62-83.004.15: Энергоатомиздат. 1990. С. 543]. Суть способу полягає у визначенні ККД системи як функції корисної роботи, яка, в свою чергу, кількісно визначається на стику робочий орган - фізичний процес при даній технології, а не як енергоємність цільового фізичного процесу взаємодії робочого органа і об'єкта, що не залежить від структури і параметрів енергетичного каналу. Суттєві ознаки аналога, що збігаються з корисною моделлю, що заявляється: визначення коефіцієнта корисної дії (ККД) електромеханічного перетворювача енергії. Недоліком наведеного способу є те, що він не є чітко визначеним для застосування його в процесі аналізу конкретного обладнання, такого, як асинхронний двигун. Він не передбачає чіткого механізму визначення втрат і корисної потужності в поточному режимі роботи. Відомий спосіб визначення електромагнітного та механічного ККД АД [Поджаренко В.О., Кулаков П.І., Гоменюк Д.А. Електромагнітний та механічний ККД асинхронного двигуна// Вісник технологічного університету Поділля.-2002. - №3. - т. 1], у якому електричний двигун розганяють та переводять в стан самогальмування, вимірюють та реєструють миттєві значення кутової швидкості та потужності споживання електричної енергії, складають та розв'язують систему рівнянь електричного балансу, розраховують потужності енергій корисної, повної механічної та механічних втрат, а миттєві значення ККД обчислюють як функцію кутової швидкості. Суттєві ознаки аналога, що збігаються з корисною моделлю, що заявляється: вимірювання миттєвих значень кутової швидкості та споживаної із мережі потужності, проведення розрахунку механічних втрат, механічної потужності, потужності на валу та ККД. Недоліком цього способу є низька точність визначення миттєвих значень електромагнітного ЕМ та механічного М  ККД АД за рахунок методичної похибки зумовленої застосуванням штучної функції залежності кутового прискорення від кутової швидкості; спосіб вимагає створення певного режиму роботи двигуна і не дозволяє визначати енергетичні показники без відриву від технологічного процесу. Найбільш близьким аналогом до способу, що заявляється, є спосіб оцінки енергоефективності роботи асинхронного електродвигуна [Калінов А.П., Чумачова А.В. "Спосіб оцінки енергоефективності роботи асинхронного електродвигуна", патент на корисну модель 43988 U. G01R 19/25. №43988 U; Заявл. 22.04.2009; Опубл. 10.09.2009, Бюл. № 17.-6 с.], у якому АД через перетворювач підключають до джерела промислової частоти та вимірюють миттєві значення напруги та струму статорного ланцюга. За даними вимірів розраховують миттєві значення усіх координат двигуна, які характеризують енергетичний режим роботи АД. За результатами аналізу отриманих даних та порівняння їх з паспортними роблять висновок щодо ефективності процесу перетворення енергії у двигуні та технічного стану АД. Суттєві ознакинайближчого аналога, що збігаються з корисною моделлю, що заявляється: вимірювання сигналів струмів і напруг статора асинхронного двигуна; проведення розрахунку споживаної миттєвої активної потужності трифазної системи, електромагнітної потужності, електромагнітного моменту, кутової частоти обертання двигуна, моменту на валу, миттєвого коефіцієнта потужності, коефіцієнта корисної дії статора в умовах неякісності напруги живлення, конструктивної і параметричної несиметрії електричної машини і зміни режимів її роботи. Недоліками цього способу є необхідність у наявності точної інформації про значення індуктивностей розсіювання фаз статора, моменту інерції двигуна, втрати у сталі та механічних вузлах АД, що потребує додаткових попередньо проведених дослідів. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності систем оцінки енергетичних показників АД. Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення енергетичних показників асинхронних електродвигунів, згідно з корисною моделлю, здійснюють вимірювання у робочому режимі та у режимі неробочого ходу, додаткове вимірювання кутової частоти обертання та активної опори фаз статора, за результатами обробки вимірювань режиму неробочого ходу розраховують постійні витрати асинхронного двигуна. 1 UA 85323 U 5 10 15 20 25 АД підключається до джерела промислової частоти та вимірюються миттєві значення кутової частоти обертання, напруги та струму статорного кола. За даними вимірів розраховують миттєві значення енергетичних показників АД. За допомогою запропонованого способу вирішується задача визначення енергетичних показників та енергетичної ефективності роботи АД на основі виміряних значень кутової частоти обертання, фазних струмів та напруг, що може виконуватись в процесі поточної експлуатації без вилучення двигуна з технологічного процесу. Немає необхідності у визначенні усіх параметрів схеми заміщення, окрім активних опорів фаз статора, та проведенні класичного досліду неробочого ходу зі зміною напруги живлення. Запропонований спосіб представлений на кресленні, де наведена блок-схема алгоритму для його реалізації: 1 - блок отримання фазних напруг статора АД; 2 - блок датчиків напруг (БДН); 3 - блок датчиків струму (БДС); 4 - асинхронний двигун (АД); 5 - датчик швидкості (ДШ); 6 - блок отримання кутової швидкості; 7 - блок отримання фазних струмів статора АД; 8 - блок обчислення ковзання; 9 - блок обчислення ортогональних складових трифазних струму і напруги; 10 - блок обчислення потужності неробочого ходу; 11 - блок обчислення втрат у міді статора; 12 - блок обчислення споживаної із джерела миттєвої потужності; 13 - блок обчислення кута між векторами напруги та струму; 14 - блок обчислення постійних втрат; 15 - блок обчислення потужності на валу двигуна; 16 - блок обчислення ККД статора. Спосіб реалізується наступним чином. Для реалізації способу визначення енергетичних параметрів АД, окрім вимірювання у робочому режимі, необхідно здійснити вимірювання при роботі двигуна без навантаження та можливість вимірювання активного опору обмоток фаз двигуна після вимірювання параметрів основного робочого режиму. Також для реалізації способу необхідно вимірювання кутової частоти обертання ротора, що можливо здійснити безконтактним способом, наприклад, з використанням оптичного тахометра. Потужність на валу АД можливо визначити за рівнянням балансу потужностей: pв t   p t 1  s  pмех t   p дод t  (1) , де pв t  - потужність на валу двигуна, p  t  - електромагнітна потужність, pмех t  - втрати в механічних вузлах, 30 35 40 45 p дод t  - додаткові втрати, s -ковзання. p t   p1t   pм1t   pст t  Отже  , (2) p1t   uA t iA t   uB t iB t   uC t iC t  - споживана потужність, де pм1t  - втрати у міді статора, pст t  - втрати у сталі статора. Тоді із урахуванням (2): pв t   p1t   pмех t   pдод t   pм1t   pст t   p1t   s  spм1t   pст t  , (3) причому складовою spм1t   pст t  можна знехтувати, оскільки вона є незначною порівняно з іншими складовими (1 %), особливо для двигунів середньої та великої потужності. Таким чином, потужність на валу: pв t   p1t   pмех t   pдод t   pм1t   pс t   p1t   s , (4) де втрати в сталі pст t  та втрати в механічних вузлах та додаткові втрати pмех t   pдод t  є невідомими. Складові виразу (4) можна виразити через потужність неробочого ходу, оскільки вся спожита потужність в режимі неробочого ходу витрачається на втрати у вузлах двигуна: pнх t   pмех t   pдод t   pм1 _нх t   pст t  , (5) де pнх t  - споживана потужність в режимі неробочого ходу, pм1 _нх t  - втрати в міді статора при неробочому ході, 2 UA 85323 U 5 10 2 2 2 де pм1 _ нх t   i A _ нх t R A  i B _ нх t RB  i C _ нх t RC - електричні втрати в міді статора при неробочому ході; iA _ нх t , iB _ нх t , iC _ нх t  - струми фаз статора А, В, С у режимі неробочого ходу; RA ,RB,RC - активні опори фаз статора А, В, С. Приймається припущення, що усі складові виразу (5), окрім втрат у міді статора, є постійними і не залежать від навантаження. Тоді, на основі вищеописаного, можна записати вираз для постійних втрат в АД, що не залежать від навантаження: pk t   pнх t   pм1_ нх t   pмех t   pдод t   pст t  . (6) Із урахуванням (6) потужність на валу двигуна: pв t   p1t 1  s  pм1 _ р t   pk t  , (7) pм1 _p t   i2A _ p t RA  i2B _ p t RB  i2C _ p t RC де - електричні втрати в міді статора в поточному режимі роботи. ККД за цикл роботи електроприводу технологічного механізму за визначеною потужністю на валу pв t  та виміряною споживаною потужністю p1t  визначається за виразом: Tц Tц 0 15 0    pв t dt /  p1t dt . (8) ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 Спосіб визначення енергетичних показників асинхронних електродвигунів за яким, за виміряними сигналами струмів і напруг статора асинхронного двигуна, розраховують споживану миттєву активну потужність трифазної системи, електромагнітну потужність, електромагнітний момент, кутову частоту обертання двигуна, момент на валу, миттєвий коефіцієнт потужності, коефіцієнт корисної дії статора в умовах неякісності напруги живлення, конструктивної і параметричної несиметрії електричної машини і зміни режимів її роботи, який відрізняється тим, що здійснюють вимірювання у робочому режимі та у режимі неробочого ходу, додатково вимірюють кутову частоту обертання та активні опори фаз статора, за результатами обробки вимірювань режиму неробочого ходу розраховуюють постійні втрати асинхронного двигуна. 3 UA 85323 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4