Спосіб ідентифікації електромагнітних параметрів двигуна постійного струму

Реферат: Спосіб ідентифікації електромагнітних параметрів двигуна постійного струму полягає в підключенні якірного кола до джерела постійної напруги за допомогою статичного перетворювача, обмотки збудження до джерела постійного струму з регульованою амплітудою випрямленого струму, вимірюванні миттєвих значень струму та напруги на якорі і на обмотці збудження, визначенні їх гармонійного складу, складанні рівнянь енергетичного балансу якірного кола електромеханічної частини двигуна і кола збудження для кожної окремої гармоніки струму. Крім цього, з рівняння електричної рівноваги якірного кола двигуна визначають гармоніки електрорушійної сили та індуктивності якірного кола, складають ідентифікаційні рівняння у формі рівнянь балансу миттєвих потужностей для кожної з гармонік, із системи ідентифікаційних рівнянь визначають залежність потоку та індуктивності обмотки збудження від струму збудження, залежність моменту холостого ходу двигуна від швидкості обертання якоря. UA 85773 U (54) СПОСІБ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ПАРАМЕТРІВ ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ UA 85773 U UA 85773 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі електротехніки, зокрема до методів визначення електромагнітних параметрів двигуна постійного струму. Корисна модель може бути використана для задач ідентифікації електромагнітних параметрів двигуна постійного струму в умовах електроремонтних підприємствах. 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. Ознаки спільні із корисною моделлю, що заявляється: вимірювання миттєвих значень струму. Недоліками наведеного способу визначення параметрів є: - низька точність результатів, що обумовлюється неврахуванням опорів, еквівалентних втратам у 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 ідентифікації параметрів двигунів змінного струму: Патент України № 57650U: G01R 27/08 / Д.Й. Родькін, Ю.В. Ромашихін; u201009110; опубліковано 10.03.2011, бюл. № 5/2011] визначення 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. Спосіб 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. Суттєві ознаки що збігаються із способом, що заявляється: - підключенні якірного кола до джерела постійної напруги; - підключенні обмотки збудження до джерела постійного струму з регульованою амплітудою випрямленого струму; - визначенні значень гармонік електрорушійної сили; - вимірюванні миттєвих значень струму та напруги; - складанні рівнянь енергетичного балансу. Недоліком наведеного способу є: те, що в результаті використання даного методу отримується система нелінійних рівнянь, що не має точного і ефективного способу рішення. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищити точність, достовірність та спростити визначення електромагнітних параметрів двигунів постійного струму в режимі динамічного навантаження шляхом використання енергетичного методу, рівняння балансу складових миттєвої потужності при живленні від джерела синусоїдної напруги, що дозволяє створити автоматизовану систему визначення параметрів нелінійних елементів електричних схем та двигунів. Це вирішується тим, що на базі рівнянь балансу потужностей виконується математичний аналіз процесів навантажування з урахуванням впливу на потік машини таким чином, щоб змінна складова потужності замикалася між електричними машинами і не переходила в живильну мережу, що здійснюється на базі рівнянь балансу потужностей, що дозволить дати кількісну та якісну оцінку процесів енергообміну, що відбуваються в ланцюзі, підвищити надійність машин, продовжити їх службу та виключити непродуктивні витрати на виправлення дефектів в технологічному процесі при ремонті. Запропонований спосіб пояснюється наступними кресленнями, де наведена електрична схема двигуна постійного струму з електрорушійною силою, на якій прийнятті позначення: Ut  I t  синусоїдна напруга живлення електричної схеми; y a - струм, який протікає в електричній Ry a Ly a схемі; - активний опір електричної схеми; - лінійна індуктивність електричної схеми; Et  - сукупність параметрів еквівалентних електрорушійних сил. 1 UA 85773 U 5 10 15 Спосіб реалізується наступним чином: електрична схема, яка містить лінійний активний опір та індуктивність підключається до джерела синусоїдної напруги промислової частоти. Для даної схеми рівняння, описуюче поведінку двигуна при випробуваннях з впливом на потік має вид: dIy at  dIy at  Uy a  Ry aIy a  Ly a  kt t   Ry aIy a  Ly a  Et  dt dt , dt  Md t   Mc t   J dt , Md t   Iy at k t  . Даний аналіз режимів вказує на можливість формування динамічних режимів навантаження при зміні будь-якого з параметрів, що характеризують властивості двигуна. Характерно, що режими навантажування з впливом на потік здійснюються без механічних зв'язків двигуна з навантажувальним пристроєм. Відомими є електричні параметри навантажувального режиму - струм і напруга якоря, невідомими параметрами є нелінійні залежності Et  , kt  і t  . Дані сигнали напруги та струму записуються у вигляді тригонометричних рядів, у випадку, коли струм обмотки збудження змінний, струм в якірному колі буде мати вид: It   I1 cost  1  ...  Im cosmt  m   I0  I1a cos 1 cost    I1b sin 1 sint   ...  I2a cos 2 cos2t   I2b sin 2 sin2t    I0  I1a cost   I1b sint   I2a cos2t   I2b sin2t  , де It  - миттєве значення струму, який протікає в електричній схемі; I1 - амплітудне значення струму на першій гармоніці;  - кругова частота;  - кут зсуву струму відносно напруги на першій гармоніці; I1a  I1 cos 1 - косинусна складова струму на першій гармоніці; 20 25 I1b  I1 sin 1 - синусна складова струму на першій гармоніці; m - номер гармоніки струму; Im амплітудне значення струму на m-ій гармоніці; m - кут зсуву струму відносно напруги на m-ій гармоніці; I2a  I2a cos 2 - косинусна складова струму на 2-ій гармоніці; I2b  I2b sin 2 - синусна складова струму на 2-ій гармоніці. Залежності, які характеризують режим навантаження, можна представити у вигляді наступних рівнянь: E1t   k t t   E0  k t   k 0  M  Em t  m 1 , K  kk t   k0  k1a cost   k1b sint  k 1 , J t   0    j t   0  1a cost   1b sint  j 1 30 . Зважаючи на складність математичного апарата, а саме використання енергетичного методу, при розв'язуванні даної задачі її виконують у два етапи. На першому етапі виконуємо заміну та визначаємо електромагнітні параметри двигуна сукупністю Et  . На другому етапі переходимо до визначення безпосередньо нелінійних параметрів системи Система ідентифікаційних рівнянь для визначення сукупності параметрів електрорушійної сили Et  отримана з виразу: 35 dIt   Et  dt . З балансу рівнянь даної системи складаємо рівняння балансу складових миттєвої потужності по кожній гармоніці електрорушійної сили. В загальному вигляді система рівнянь буде мати вид: Ut   RI t   L 2 UA 85773 U Uy a  R y aI0  L y aI0  E0 ;  0  R y aI1a  L y aI1b  E1a ;  0  R y aI1b  L y aI1a  E1b ;  0  R y aI2a  L y aI2b  E2a ; 0  R I  L I  E . y a 2b y a 2a 2b  В результаті розв'язку даної системи значення електрорушійної сили Et  представляється у вигляді тригонометричного ряду: Et   E0  E1a cost   E1b sint   E2a cos2t   E2b sin2t  , 5 10 де E0 - складова електрорушійної сили на нульовій гармоніці; E1a - косинусна складова електрорушійної сили на першій гармоніці; E1b - синусна складова електрорушійної сили на першій гармоніці; E2a - косинусна складова електрорушійної сили на 2-ій гармоніці; E2b синусна складова електрорушійної сили на 2-ій гармоніці; Наступний етап полягає безпосередньо у визначенні нелінійних параметрів двигуна постійного струму при відомих параметрах Et  , тобто визначенні на першому етапі. Перехід до визначення нелінійних параметрів системи, а саме швидкості t  та потоку kt  здійснюється з виразів: Et t   kt   t   It  , I dt  dt , Md t   Iy at k t  . При умові, що момент опору дорівнює нулю: Mc t   0 . Md t   Mc t   J 15 Тоді рівняння для визначення t  матиме вид: dt  Et t   J I  t  dt , 20 E0  E1a cost   E1b sint   E2a cos2t   E2b sin2t    I0  I1a cost   I1b sint   I2a cos2t   I2b sin2t    J 1a sint   1b cost   0  1a cost   1b sint  . Для визначення значень невідомих нелінійних параметрів, складаємо рівняння балансу складових миттєвої потужності по кожній гармоніці для швидкості t  : 1 1 1 1  E1aI0  E0I1a  E0I2a  2 E2aI2a  2 E2bI2b  2 E2bI2b  2 E2aI1a  1b0 ;  1 1 1 1  E0I2b  E1bI0  E0I1b  E2bI1a  E2aI2b  E2aI1b  E2bI2a  1a 0 ; 2 2 2 2  1 1 1 1  E0I0  E2aI0  2 E1aI1a  2 E2aI2a  2 E1bI2b  2 E1bI1b  1a 1b .  25 З урахуванням визначених вище параметрів t  система ідентифікаційних рівнянь для визначення kt  може бути отримана з виразу: Et   kt   t  . Система в загальному вигляді має вид: 3 UA 85773 U 5 1 1  E0  k 00  2 k1a 1a  2 k1b1b ;  1 1  E1a  k 01a  k1a 0  k1a 1a  k1b1b ; 2 2  1 1  E1b  k 01b  2 k1a 1b  k1b0  2 k1b1a .  З даної системи визначаються невідомі параметри потоку, а саме: k 0 , k1a , k1b . Таким чином, даний метод дозволяє вирішувати невідомі електромеханічні параметри машини при відомих значеннях потужності та струму, використанні рівнянь балансу миттєвих потужностей по кожній гармоніці, що дозволяє одержати достатню кількість рівнянь при будьякій кількості невідомих. Корисна модель дозволяє підвищити точність ідентифікації та спростити розрахунок електромагнітних параметрів двигунів постійного струму при динамічному навантаженні з впливом на потік. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 Спосіб ідентифікації електромагнітних параметрів двигуна постійного струму, що полягає в підключенні якірного кола до джерела постійної напруги за допомогою статичного перетворювача, обмотки збудження до джерела постійного струму з регульованою амплітудою випрямленого струму, вимірюванні миттєвих значень струму та напруги на якорі і на обмотці збудження, визначенні їх гармонійного складу, складанні рівнянь енергетичного балансу якірного кола електромеханічної частини двигуна і кола збудження для кожної окремої гармоніки струму, який відрізняється тим, що з рівняння електричної рівноваги якірного кола двигуна визначають гармоніки електрорушійної сили та індуктивності якірного кола, складають ідентифікаційні рівняння у формі рівнянь балансу миттєвих потужностей для кожної з гармонік, із системи ідентифікаційних рівнянь визначають залежність потоку та індуктивності обмотки збудження від струму збудження, залежність моменту холостого ходу двигуна від швидкості обертання якоря. Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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