CC BY
39
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.313.33:62-83
В.Г. Каширских, В.М. Завьялов
СТРУКТУРА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОМ ЧАСТИ ИСПЫТАТЕЛЬНОГО СТЕНДА ДЛЯ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ И СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
На кафедре электропривода и автоматизации КузГТУ разработан комплекс методов, позволяющих в реальном времени производить оценку параметров и состояния асинхронных двигателей [1-9]. Для экспериментальной проверки полученных методов был разработан и изготовлен испытательный стенд, который включает в себя испытуемый двигатель, нагрузочный генератор постоянного тока, пускозащитный коммутационный блок, датчики тока типа ДТХ-150 и датчики напряжения в виде резистивных делителей, датчик частоты вращения ротора ТМГ 20П и персональный компьютер с платой сопряжения ЛА2М2, а так же специально разработанное программное обеспечение.
Программное обеспечение разделено на две основных части: измерительную, реализующую измерение и сохранение данных о токах, напряжениях статора и частоты вращения ротора, и вычислительную, производящую обработку измеренных данных. Структура вычислительной части программы показана на рис.1, где 08 - вектор, включающий в себя пото-косцепления статора (Т1), ротора (Т2) и цепи намагничивания (Тт), активные сопротивления статора (Я1) и ротора (Я2), индуктивность рассеяния статора (Ь1п) и индуктивность ротора (Ь2), оцененные для двигателя, работающего в установившемся режиме работы; 0а - вектор, включающий в себя потокосце-пление ротора, активные сопротивления статора и ротора, час-
АН
1, иі, Юг
І1, и
Обработка данных, полученных при статическом режиме работы АД
и
04)
Ьт
Обработка данных опыта холостого хода
Я1
1, и
данных опыта пуска "вхолостую"
Обработка данных, полученных при динамическом I/ режиме работы АД 11, и 1
V 0^)
Рис.1. Структура вычислительной части программы
Ид ив ис Іа Ів Іс
11 а^
Координатный преобразователь ЧРЬ Диффе- ренциатор
иір і1а І1р
Фильтр
Калмана
у 1а
уф
dilа/dt
dilр/dt
Rl
у1а
м
у1р
Фильтр
Калмана
Ь1о
ута
^тр
Вычислитель
индуктивности
цепи
намагничивания
Ьт
ута
Определитель
кривой
намагничивания
Вычислитель тока ротора
і2а і2р
Вычислитель
индуктивности
ротора
-►ю
Ь1о
‘ Ьт_Г(ут)
Ьт
->Ь2
Рис. 2. Структура процедуры обработки опыта холостого хода
64
В.Г. Каширских, В.М. Завьялов
ил ив ис 1А ІБ ІС
Координатный преобразователь
шр
іір
11В^
Диффе-
ренциатор
дііа/ді
Фильтр
Калмана
d1lр/dt
Я Іуіа уір
V У V
Фильтр
Калмана
уша
Ьш
ушр
Вычислитель тока ротора
Вычислитель
индуктивности
ротора
12р
Ь2
1МГ
|Ьш
Ьіо
Фильтр Калмана
■►Яі >
>
уіа
уір
■^■Ьіа уша -► Ушр
>Ь2
у2а
У2р
■>• Я2
Рис.3. Структура процедуры оценки параметров и состояния АД, работающего в статическом режиме
тоту вращения ротора (юг) и момент сопротивления на валу ротора (Мс), оцененные для двигателя, работающего в электроприводе с динамической нагрузкой. На рис.2 - рис.5 показаны составные части структуры вычислительной части программы.
Для предъявления требований к точности датчиков, используемых в системе измерения, произведен эксперимент, заключающийся в искусственном введении разного рода ошибок в измеряемые сигналы. В результате было выявлено,
что наибольшей является фазовая погрешность (сдвиг по фазе между током и напряжением, вызванный инерционностью датчиков), поэтому при выборе датчиков тока и напряжения наибольшее внимание следует уделять временной задержке сигнала между их выходом и входом.
Исследование шумов измерительной системы показало, что их характеристики соответствуют требованиям, которые предъявляются к ним при использовании для оценок расширенного фильтра Калмана и метода наименьших квадратов.
Параметры двигателя 4АХ90Ь4У3
Из всех оцененных величин АД с короткозамкнутым ротором непосредственному измерению доступны только активное сопротивление и индуктивность статора. Для этих параметров можно оценить погрешность их оценки, которая для активного сопротивления статора составила 0,3% при статическом режиме работы и 3% при динамическом режиме работы, а для полной индуктивности статора - 6,4% для статического режима.
Непосредственное измерение остальных величин невозможно или затруднительно, потому для оценки работоспособности и точности полученных методов использовано компьютерное моделирование на основе модели обобщенной электрической машины - расчет состояния АД с использованием его параметров, подводимого напряжения, и прикладываемого к ротору момента сопротивления методом Рунге-Кутта четвертого порядка.
Далее, из результатов моделирования брались составляющие тока и напряжения статора и, где необходимо, частота вращения ротора, после чего производилось их сложение с шумом, аналогичным присутствующему в реальной измерительной системе, и на их основании производилась оценка параметров и состояния АД. Сравнительный анализ показал, что отклонение данных, полученных при моделировании, от оцененных не превышает 3%, что подтверждает эффективность разработанных методов.
Для экспериментальной проверки методов оценки была проведена серия опытов для ряда двигателей с номинальной мощностью от 1 до 3 кВт. В
Таблица
Данные Параметры
Яі Я* Ь1 а Ьі Ьт Ь2 Я2 Я2*
Каталожные 3,іі 0,0і0 0,303 0,293 0,311 2,63
Оцененные 3,і0 3,08 0,0і2 0,і89 0,і75 0,і8і 2,7і 2,75
Измеренные 3,і0 - 0,202 - - -
ил ив ис 1А 1Б 1С
Координатный
преобразователь
•Ті Ь2п| ЬіпІ Ьт І иіа шр Діа Іір Діа Дір
▼ ▼ТТТЖТТТ ▼
Дифферен
циатор
Фильтр Калмана
У2^ У2р ЮГ^
Рис.4. Структура процедуры обработки данных опыта “пуск в холостую "
таблице показаны результаты оценки параметров двигателя 4ЛХ90Ь4У3 мощностью 2,2 кВт для статического и динамического режимов работы элек-
Рис.5. Структура процедуры оценки параметров и состояния АД, работающего в динамическом режиме
чениям, что подтверждает необходимость проведения оценки параметров конкретных двигателей. Таким образом, разработанные методы можно рекомендовать для практического использования в системах управления, защиты и диагностики регулируемого асинхронного электропривода, при моделировании переходных процессов в электрических сетях с асинхронными электроприводами, а также для контроля качества выпускаемых двигателей и определения их параметров.
тропривода в сравнении с каталожными и измеренными значениями. Здесь Я]*, Я2 - величины, оцененные для динамического режима работы.
Проведенные опыты показали достаточно хорошее совпадение результатов оценки с измеренными значениями. В то же время не все каталожные данные, как видно из таблицы,
соответствуют измеренным зна-
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каширских В.Г., Завьялов В.М., Соколов Д.В. Идентификация параметров асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором// Проблемы развития автоматизированного электропривода: Труды Всероссийской научно-практической конференции.- Новокузнецк: СибГИУ. 2002. С. 8і-82.
2. Каширских В.Г., Завьялов В.М., Соколов Д.В. Определение кривой намагничивания асинхронного электродвигателя // Проблемы развития автоматизированного электропривода: Труды Всероссийской научнопрактической конференции.- Новокузнецк: СибГИУ. 2002. С. 85-87.
3. Каширских В.Г., Завьялов В.М., Соколов Д.В. Определение кривой намагничивания асинхронного электродвигателя по результатам испытания на холостом ходе// Вестн. КузГТУ. 2002. №2. С. і4-і6.
4. Каширских В.Г., Завьялов В.М., Соколов Д.В. Идентификация параметров асинхронного электродвигателя с помощью метода наименьших квадратов// Вестн. КузГТУ. 2002. №2. С. і7-і9.
5. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Идентификация параметров обмотки статора и цепи намагничивания асинхронного двигателя с помощью расширенного фильтра Калмана // Вестн. КузГТУ. 2002. №3. С. і8-20.
6. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Оценка параметров и состояния асинхронного двигателя при динамической нагрузке. - Москва, 2002. - ііс. Деп. в ВИНИТИ 26 дек. 2002, №2265-в2002.
7. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Оценка параметров и состояния асинхронного двигателя при установившемся режиме работы - Москва, 2002. ііс. -Деп. в ВИНИТИ 26 дек. 2002, №2266-В2002.
8. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Определение индуктивности ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором// Вестн. КузГТУ. 2003. №і. С. 20-2і.
9. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Определение в реальном времени активного сопротивления и потокосце-пления ротора асинхронного двигателя при его работе в установившемся режиме // Вестн. КузГТУ. 2003. №і. С. 2і-24.
□ Авторы статьи:
Каширских Вениамин Георгиевич -канд. техн.наук, доц., зав.каф. электропривода и автоматизации
Завьялов Валерий Михайлович - старший преподаватель каф. электропривода и автоматизации
