CC BY
6РАЗДЕЛ 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ, РАСЧЕТ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ
Schindler, L. Van Gool // 2007 IEEE 11th International Conference on Computer Vision, Rio de Janeiro, Brazil, October 14-20, 2007. pp. 1-8. 7. Felzenszwalb, P. Object Detection with Discrimi-natively Trained Part Based Models / P. Felzenszwalb, R. Girshick, D. McAllester, D. Ra-manan // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Sep. 2010. - Vol. 32, No. 9, pp. 1627 - 1645.
8. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гонсалес, Р. Вудс. - Москва: Техносфера. - 2005. - 1072 с.
Аспирант Колосовский М.А. тах[email protected] - кафедра прикладной математики Алтайского государственного технического университета
УДК 62 - 831.2
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА МЕХАНИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ ПРИ ВЕКТОРНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЙ КОММУТАЦИИ СТАТОРНЫХ
ОБМОТОК
М.И. Стальная, С.Ю. Еремочкин, Т.Н. Пивкина
В статье предложено программное обеспечение для расчета механических характеристик трёхфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, запуск и работа которого осуществляется от однофазной сети посредством векторно-алгоритмической коммутации статорных обмоток электродвигателя. Рассмотрены основные функции программного обеспечения, представлены результат -ты работы на примере электронного полупроводникового преобразователя векторно-алгоритмического типа
Ключевые слова: векторно-алгоритмическое управление, трехфазный асинхронный электродвигатель, векторная диаграмма вращающегося поля статора, механические характеристики
Состояние проблемы
Расчет и построение рабочих и механических характеристик электродвигателя является неотъемлемой частью при исследовании эксплуатационных режимов асинхронных электродвигателей.
Среди известных методов расчета [1,2] характеристик асинхронных электродвигателей преимущественно используются: однофазные схемы замещения электродвигателя, метод построения круговой диаграммы, моделирование электродвигателя в пакетах прикладных программ и экспериментальные исследования.
Однако, использование этих методик для теоретического расчета характеристик трехфазного асинхронного электродвигателя, запуск и работа которого осуществляется от однофазной сети посредством векторно-алгоритмической коммутации статорных обмоток, невозможно по причине отсутствия непрерывной синусоидальности напряжения, поступающего на обмотки электродвигателя, и одновременного неравенства напряжения по величине в каждый момент времени на разных статорных обмотках. Основными при-
чинами неприемлемости известных методик, как правило, являются:
1. модель составлена для одной фазы трехфазного асинхронного электродвигателя, с учетом того, что в других фазах напряжения одинаковы, равны по величине и сдвинуты на 120 электрических градусов во времени;
2. отсутствует возможность полной настройки параметров встроенных математических моделей электродвигателей под конкретные параметры исследуемого электродвигателя. Предлагаемое решение
На основании вышеизложенного, был применен векторно-алгоритмический метод расчета среднего значения векторов напряжения статорных обмоток электродвигателя, запуск и работа которого осуществляется от однофазной сети посредством векторно-алгоритмического управления [3].
В связи с этим, была поставлена цель -разработать специализированное программное обеспечение для расчета механических характеристик асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором запуск и работа которых осуществляется от однофаз-
ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 2, 2014
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ ПРИ ВЕКТОРНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЙ КОММУТАЦИИ СТАТОРНЫХ ОБМОТОК
ной сети посредством векторно - алгоритмической коммутации статорных обмоток.
Разработанное программное обеспечение выполняет расчеты при номинальной, повышенной и пониженной скоростях вращения электродвигателя.
Для решения поставленной задачи в программном обеспечении реализованы: 1. векторно-алгоритмический метод расчета среднего значения векторов напряжения статорных обмоток электродвигателя;
расчет и построение механических характеристик электродвигателя при несимметричном питании обмоток статора и приведен анализ полученных результатов;
расчет векторной диаграммы эллиптического вращающегося поля статора электродвигателя и графический вывод результатов расчета.
Блок схема алгоритма работы программного обеспечения приведена на рисунке 1.
2.
3.
Рисунок 1 - Блок-схема работы программы
Описание функциональных блоков
Программное обеспечение состоит из нескольких основных модулей, отвечающих
за ввод входных данных, векторно - алгоритмический расчет и отображение результатов расчета.
Пользователю предоставляется ввод паспортных данных электродвигателя, параметров питающей сети и параметров напряжений для каждой обмотки статора электродвигателя в промежутках коммутации.
На следующем этапе проводится век-торно-алгоритмический расчет, который может быть выполнен при различных частотах вращения электродвигателя.
На заключительном этапе производится вывод полученных результатов расчета в виде отдельных вкладок.
Выходными данными программного обеспечения являются: средние значения векторов напряжений статорных обмоток электродвигателя в промежутках коммутации, графическое представление векторной диаграммы эллиптического вращающегося поля статора электродвигателя с заданным количеством положений магнитного потока и механические характеристики электродвигателя при номинальной, повышенной и пониженной скоростях вращения электродвигателя.
Тестирование программного обеспечения
Рассмотрим результаты работы программного обеспечения на примере электродвигателя лабораторной установки ^н = 16 Вт, Ш = 220/380 В, !н = 0,17/0,1 А, пн = 1300 об/мин), запуск и работа которого производится от однофазной сети посредством однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора, ведомого однофазной сетью [4].
Главная форма программы, представлена на рисунке 2. Данная форма предоставляет пользователю ввод паспортных данных электродвигателя.
Расчет мехвиичес«** кармтеристкк трехф«иого асинхронного короткоымкмутого местроде.-
Программа расчета механических характеристик трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором, запуск и работа которого осуществляется от однофазной сети посредством векторно-алгоритмической коммутации статорных обмоток
Паспортные данные асинхронного электродвигателя
Номинальная мощность электродвигателя Рн Вт Номинальный ток электродвигателя 1н А Номинальная скорость вращения электродвигателя пн об/мин Перегрузочная способность электродвигателя (лямда)
ПРИСТУПИТЬ К РАСЧЕТУ
|0.17 11300
Рисунок 2 - Главная форма программы
РАЗДЕЛ 1. МОДЕЛИРОВАНИЕ, РАСЧЕТ И ОБРАБОТКА ДАННЫХ В
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ
Основная форма предоставляет пользователю ввод параметров питающей сети и заполнение таблицы напряжений для каждой обмотки в промежутках коммутации (рисунок
.31
ток в каждом из промежутков коммутации строится векторная диаграмма эллиптического вращающегося поля статора, представленная на рисунке 5.
Рисунок 3 - Основная форма для ввода начальных данных расчета
Расчет средних значений векторов напряжения статорных обмоток электродвигателя использует метод численного интегрирования на промежутках коммутации.
Результаты векторно-алгоритмического расчета показаны на рисунке 4, где представлены средние значения векторов напряжения статорных обмоток электродвигателя в промежутках коммутации и диаграммы изменения напряжений на обмотках статора электродвигателя в соответствии с векторной диаграммой (рисунок 5).
Рисунок 4 - Результаты векторно-алгоритмического расчета и вывод диаграмм изменения напряжений на обмотках статора электродвигателя
На основании полученных средних значений векторов напряжений статорных обмо-
Рисунок 5 - Вывод векторной диаграммы магнитного поля статора электродвигателя, состоящей из шести фиксированных положений
магнитного потока, где Ф1 - ФVI - вектора средних значений напряжений, F1, F2 - фокусы эллипса
При несимметричном питании статора (при векторно-алгоритмической коммутации статорных обмоток) электродвигателя, работу асинхронного электродвигателя лучше всего представить, разложив несимметричную систему напряжений на две симметричные системы - прямую и обратную. Вспомогательные составляющие прямой и обратной систем находятся из векторной диаграммы.
Механические характеристики для прямой и обратной составляющих момента рассчитываются в соответствии с формулой Клосса [2].
На основании полученных данных строятся механические характеристики трехфазного электродвигателя. На рисунке 6 представлены механические характеристики электродвигателя, питание которого осуществляется от однофазной сети посредством однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора.
На последней вкладке представлены результаты векторно-алгоритмического расчета, которые включают в себя рассчитанные значения критических и пусковых моментов электродвигателя, а также перегрузочную способность на искусственную характеристику, номинальное и критическое скольжение, номинальный момент.
ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 2, 2014
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ РАСЧЕТА МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ ПРИ ВЕКТОРНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЙ КОММУТАЦИИ СТАТОРНЫХ ОБМОТОК
фазной сети посредством электронных преобразователей, основанных на векторно-алгоритмической коммутации статорных обмоток электродвигателя [4,5,6].
К данному программному обеспечению предъявляются невысокие системные требования: требуется IBM PC совместимый компьютер и установленная виртуальная Java машина - Java Runtime Environment (JRE).
На данном этапе разработанное программное обеспечение проходит тестирование на кафедре «Электротехника и автоматизированный электропривод» АлтГТУ.
jjy Ркчет wi№»««r> кардееристик трск+ыпсо »синхронного корокоматмутого »лепродвиготем
-0.050 -0.025 0.000 0.035 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 М,Нм
•-Е<Т<КТМ»*41ЯМ»> •*>>J ♦ Г»1«ма« HUI 1*1>J -»-Обрлтн!« ijp-H ♦ HOKCIWMU« M»x x*>.i - E<T9CT»€»ua мах np->a при f-Slfu Hc.vcTgw^ua не» чр-»д тм f-srц
Рисунок 6 - Результаты расчета и графическое представление механических характеристик электродвигателя, где
1 - естественная механическая характеристика электродвигателя.
2 - механическая характеристика прямой составляющей момента;
3 - суммарная механическая характеристика электродвигателя, запуск и работа которого осуществляется от однофазной сети с помощью однофазно-трехфазного транзисторного реверсивного коммутатора;
4 - механическая характеристика обратной составляющей момента.
^ Р»о*т ытттчк^, <.р~,«мои. .opOT^.-vorc »«про«»..».. ШГМ
М««».».«. ^^.п,,.,.»«.»« В»,««.»». «.и.»«.».^»» /и»«
Результаты векторно алгоритмического расчета:
Критический естественный момент (Мкр.ест) * 0.1880 Нм Критический момент обратной составляющей (Мкр.обр) - 0.0448 Нм Критический момент прямой составляющей (Мкр.пр) - 0.1160 Нм Критическое скольжение (нср) = 0.3799 Номинальное скольжение (*н) = 0.1333 Номинальное момент (Мн) = 0.1175 Нм Пусковой момент суммарной характеристики (Мп.иск) = 0.0473 Нм ,это составляет 37.85 % от пускового чомеита естественной характеристики Пусковой момент естественной характеристики (Нп.ест) = 0.1249 Нм Критический момент суммарной характеристики (Мкр.иск) = 0.0961 Нм, это составляет 51.17 % от фитического момента естественной характеристики Критический момент естественной характеристики (Мкр.ест) = 0.1878 Нм Перегрузочная способность на суммарную искусственную характеристику ■ 0.8176 Перегрузочная способность - 1.5979
Рисунок 7 - Результаты расчета и графическое представление механических характеристик электродвигателя
Программное обеспечение предназначено для автоматизации векторно-алгоритмического расчета среднего значения векторов напряжений статорных обмоток электродвигателя при векторно-
алгоритмическом управлении и может быть использовано для расчета механических характеристик асинхронного электродвигателя, питание которого осуществляется от одно-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Брускин, Д. Э. Электрические машины и электромашины [Текст] / Д. Э. Брускин, В. С. Хвостов. - М.: Высш. шк., 1990 г. - 528 с.: ил.
2. Чиликин, М.Г. Общий курс электропривода [Текст] / М. Г. Чиликин, А. С. Сандлер. - М.: Энергоатомиздат, 1981. - 586 с.: ил.
3. Халина, Т. М. Векторно-алгоритмический метод расчета мощности и электромагнитного момента электродвигателя [Текст] / Т. М. Халина, М. И. Стальная, С. Ю. Еремочкин // Известия Томского политехнического университета. - Томск, ТПУ, 2012. - Т.321, № 4. - С. 75-78.
4. Патент 121976 Российская Федерация, МПК Н 02 P 1/42. Однофазно-трехфазный транзисторный реверсивный коммутатор, ведомый однофазной сетью [Текст] / М. И. Стальная, Т. М. Халина, С. Ю. Еремочкин; заявитель и патентообладатель Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова: - № 2012124138/07, заявл. 08.06.2012; опубл. 10.11.2012.
5. Патент 2461118 Российская Федерация, МПК Н 02 P 23/08. Однофазный частотный регулятор скорости, ведомый сетью, для трехфазного асинхронного короткозамкнутого электродвигателя [Текст] / М. И. Стальная, С. Ю. Еремочкин, В. С. Солопов; заявитель и патентообладатель Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова: -№ 2011113032/07; заявл. 05.04.2011; опубл. 10.09.2012.
6. Патент 2331153 Российская Федерация, МПК Н 02 P 27/18. Однофазный мостовой низкочастотный преобразователь частоты, ведомый однофазной сетью [Текст] / М. В. Радченко, Т. Б. Радченко, М. И. Стальная, В. С. Киселев, Т. А. Лядова; заявитель и патентообладатель Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова: -№ 007112367/09; заявл. 03.04.2007; опубл. 10.08.2008.
К.т.н., профессор Стальная М.И., ассистент. Еремочкин С.Ю.- [email protected], студент Пивкина Т.Н. - [email protected] - Алтайский Государственный технический университет, кафедра Электротехника и автоматизированный электропривод.
