CC BY
75
УДК 621.313.3
Е.В. Александров, д-р. техн. наук, проф., 8-910-940-03-14, aleksandrov-e@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ), С.А. Савичев, асп., 8-920-275-57-09,
andrey0931 @yandex.ru (Россия, Москва, ИПУ им. В.А. Трапезникова РАН), А.А. Иванов, асп., 8-920-740-13-46,
8^гсу0931 @yandex.ru (Россия, Москва, ИПУ им. В.А. Трапезникова РАН)
АЛГОРИТМЫ КОМПЛЕКСНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА УНИВЕРСАЛЬНОМ СТЕНДЕ
Представлены методики и алгоритмы программного обеспечения стенда при проведении комплекса испытаний: снятия рабочих механических и тепловых характеристик электропривода, определения сопротивления фаз обмотки двигателя, тока и потерь холостого хода и короткого замыкания Численные значения результатов испытаний используются в параметрах модели АД и при расчете статических и динамических характеристик АД и привода.
Ключевые слова: стенд, испытания, алгоритм, асинхронный двигатель, статика, динамика.
В [1] предложена аппаратная часть автоматизированного стенда для исследования характеристик асинхронных электроприводов, представлены технические характеристики силовой части, измерительных модулей, условия их взаимодействия. В настоящей работе предложены методики и алгоритмы программного обеспечения для проведения испытаний.
1. Определение сопротивления фаз обмотки двигателя является общим для всех видов машин. Измерения проводят при различных значениях тока, переходя от больших к меньшим. Алгоритм данного опыта (рисунок 1) дает возможность определить сопротивления фаз двигателя при соединении в звезду или треугольник при температуре окружающей среды и в нагретом состоянии и сравнить его с каталожными данными.
Структурно программа состоит из подготовительной части (первые пять блоков), цикла измерений и обработки результатов. Заполнение массива результатов Яф производится построчно с последовательным уменьшением напряжения на 25 % (вложенный цикл), после чего измеряется Яф в других фазах. После ввода последнего значения ПЭВМ приступает к обработке этих данных.
Отклонение одного и того же сопротивления в результате испытаний не должно отличаться от среднего из них более чем на ± 0,5 %. Действительным принимается среднее арифметическое из результатов, удовлетворяющих этому требованию. Далее вычисляются сопротивления фаз при температуре окружающей среды и эти значения приводятся к 20 0С.
Рис. 1. Алгоритм опыта определения сопротивления фазы
2. Ток и потери холостого хода (рисунок 2) определяются в результате измерений параметров с помощью АЦП и тахогенератора. Двигатель пускается без нагрузки (МХ1=0) с питающим напряжением 130 % (МХ2) и пониженной частотой (МХЗ ЦАП). Временная задержка необходима, чтобы снимать устойчивые значения параметров. Измерения производятся в каждой фазе (вложенный цикл), и затем десятикратно повторяются для последовательно уменьшенных на 10 % значений питающего напряжения.
160
Рис.2.Алгоритм опыта холостого хода
161
Алгоритм дает возможность по результатам измерений напряжения, тока и частоты определить потери мощности в стали, механические потери в обмотках статора, а также коэффициент мощности и намагничивающую составляющую тока холостого хода. Разделение потерь на механические и в стали осуществляется путем аппроксимации алгебраическим полиномом второй степени с применением метода наименьших квадратов.
3. Определение тока и потерь короткого замыкания (рисунок 3) производится по той же схеме, что и для холостого хода, только ротор асинхронного двигателя заторможен. Опыт производится в практически холодном состоянии. Пуск двигателя - с напряжением 25 % иН, при номинальной частоте. После измерения с помощью АЦП напряжений, тока и скорости (частоты) в каждой схеме включения значения питающего напряжения увеличиваются на 15 % последовательно пять раз. Во избежание перегрева таймер АСКУ отключает электропривод через 10 с работы на одном напряжении.
Алгоритм дает возможность по результатам измерений напряжений, тока и частоты определить потери в обмотках статора и ротора, вращающий момент при скорости п=0, коэффициент мощности при шести значениях питающего напряжения. Для более точного расчета параметров при номинальном и контрольном напряжениях их зависимость апроксими-руется алгебраическим полиномом, обеспечивающим получение трех коэффициентов для каждой секции.
4. Рабочие характеристики (рисунок 4) определяются при 10 значениях нагрузки, начиная с 130 % ин до холостого хода и температуре обмоток, близкой к рабочей. Рабочие характеристики представляют зависимости потребляемой мощности, момента, скольжения, КПД и коэффициента мощности от полезной мощности при номинальных значениях напряжения и частоты. Каждый из параметров в каждом из десяти опытов измеряется три раза (вложенный цикл).
Алгоритм дает возможность по результатам измерений определить потери мощности в обмотках статора и ротора, добавочные потери, полезную мощность при соответствующем уровне нагрузки, а также провести аппроксимацию и рассчитать искомые параметры при номинальной нагрузке.
5. Определение механических характеристик (рисунок 5) входит в программу приемо-сдаточных испытаний асинхронных электроприводов. Определяется максимальный вращающий момент (статический и динамический при пуске) и начальный пусковой момент. Двигатель пускается вхолостую, а после измерения напряжений, частоты и скорости нагрузка увеличивается последовательно на 5 % МН.
В результате алгоритм позволяет определить моменты при пониженной частоте напряжения сети, частоту вращения ротора при пониженном напряжении сети, величину максимального и минимального вращающего момента.
Рис. 3. Алгоритм опыта короткого замыкания
163
Рис.4. Алгоритм опыта снятия рабочих характеристик
164
С
Начало
Комментарий, выдача сообщения об опыте определения механических характеристик
Мн, Нм
вига-
Описание и обнуление исходных и
I
Ввод коэффициентов АЦП, ЦАП
I
Ввод исходных данных и постоянных коэффициентов
1.МП, п=0 2-Мт1п, п2
3.Мтах, пк
4.МН, пн
£ 1\л-п ^
Пуск АД напрямую от сети,
Сортировка данных по Мнагр. и предварительная их обработка 1
Корректировка:
М ' = м[ин/^);п = "(^/Я
I
Измерение тока, напряжения, частоты
I :
Изменение фаз схемы включения АЦП
Расчет:
К.
м.
м,
М.
I
м.
Формирование и печать протоколов испытаний
С
Конец
Рис.5.Алгоритм опыта определения механических характеристик
165
Рис. 6.Алгоритм опыта определения температуры обмоток
6. Измерение температуры обмоток двигателя (рис. 6) является одним из этапов тепловых испытаний машины. Испытания на нагрев в продолжительном режиме проводится до тех пор, пока температура обмоток и других частей машины не достигнет установившихся значений. Определяются температуры обмоток статора при отключении от сети нагруженного двигателя. Предельно допустимые превышения температуры обмоток зависят от класса изоляции. Испытания проводятся методом непосредственной нагрузки в номинальном режиме.
Пуск двигателя - в номинальном режиме подачей ин, /н при номинальной нагрузке. После окончания переходного процесса (10 с) осуществляется проверка напряжения, тока, частоты, с помощью АСКУ производятся циклические измерения сопротивления в фазах до их установившихся значений. После этого экстраполируется значение температуры на момент отключения двигателя.
Экстраполяция проводится методом наименьших квадратов для логарифмической зависимости превышения температуры в функции времени.
В зависимости от времени нагрева двигателя превышение его температуры может быть либо установившимся, либо ниже этого значения. Этот факт фиксируется в результате анализа потерь мощности в обмотках статора на их постоянство.
Алгоритм позволяет во время нагрева двигателя контролировать косвенным путем его состояние, при достижении установившейся температуры давать команду на его отключение и затем по результатам измерений сопротивлений фаз определить температуру двигателя и, аппроксимируя эту зависимость экспоненциальным полиномом, вычислить исходную температуру двигателя в момент его отключения от сети переменного тока.
Приведенные выше алгоритмы:
а) предусматривают автоматический или диалоговый режим работы с оператором. В первом случае процедурный алгоритм вводит все стандартные данные в систему, во втором - исходные данные и коэффициенты могут быть изменены. Для этого на дисплее печатается инструкция типа «Установить начальное напряжение», «Установить начальную нагрузку» и т. п.;
б) с требуемой точностью, быстро и адекватно позволяют получать информацию о состоянии и поведении привода в различных режимах и на различных этапах отработки в виде характеристик и протоколов испытаний.
Список литературы
1.Новоселов Б.В. Основные принципы построения систем исследования, испытания и контроля следящих приводов // Сб. научн. тр. Влади-
мирского регион. отд-я АИН РФ. Владимир, 2001. 2001. С. 114-128
2. Е.В. Александров. Стенд для проведения испытаний автоматизированных электроприводов // Системы автом. упр-я и их элем.: сб. науч. тр. Тула, Изд-во ТулПИ, 1994. С. 62-70.
Aleksandrov E. V.
ALGORITHMS FOR COMPREHENSIVE ANALYSIS OF THE INDUCTION ELECTRIC DRIVE CHARACTERISTICS ON AN ALL-PURPOSE TEST BENCH
Techniques and algorithms for the test bench software used for a test package, i.e. reading of operational mechanical and thermal characteristics of an electric drive, determination of the motor phase winding resistance, current and no-load loss as well as short circuit, are presented in this paper. The numerical values of test results are used in parameters of an IM model and for computation of IM and drive static and dynamic characteristics.
Key words: test bench, tests, algorithm, induction motor, statics, dynamics.
Получено 19.06.12
УДК 62-50: 621.13.22
Е.В. Александров, д-р. техн. наук, проф., 8-910-940-03-14, aleksandrov-e@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ), С.А. Савичев, асп., 8-920-275-57-09,
andrey0931 @yandex.ru (Россия, Москва, ИПУ им. В.А. Трапезникова РАН), А.А. Иванов, асп., 8-920-740-13-46,
andrey0931 @yandex.ru (Россия, Москва, ИПУ им. В.А. Трапезникова РАН)
СКОЛЬЗЯЩИЕ РЕЖИМЫ В ЗАДАЧАХ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Рассматриваются вопросы синтеза многомерных скользящих режимов в асинхронном трехфазном электроприводе. Процедура синтеза управления разработана и для случая, когда количество разрывных управлений превосходит размерность пространства управления.
Ключевые слова: скользящий режим, асинхронный двигатель, разрывное управление, электропривод, динамика, синтез.
Из всех типов электродвигателей асинхронный двигатель оказался самым простым, надежным, экономичным и находит широкое применение в электроприводах наведения пеленгаторов и вооружения различных комплексов. При этом с точки зрения управления АД является сложным объектом, так как описывается существенно нелинейной системой дифференциальных уравнений высокого порядка и для его нормального
