Ідентифікація параметрів асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором без навантаження в складі автоматизованого комплексу - Автореферат

Для надійної та тривалої роботи двигуна необхідно чітко знати велику кількість його технічних параметрів, які складають паспорт виробу, а також характеризують різні режими його роботи. До таких параметрів відносяться як енергетичні дані електродвигуна - втрати в окремих його частинах, коефіцієнт корисної дії, номінальний момент на валу, так і конструктивні, що в більшості своїй і визначають енергетику машини. Ідентифікація параметрів асинхронних двигунів (АД) потребує проведення в тому чи іншому обсязі їх випробувань згідно діючих технічних умов (ТУ) та Державних стандартів України (ДСТУ). Водночас ідентифікація поточних параметрів асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором повязана із низкою складнощів, що обумовлюються широким спектром досліджень та необхідністю використання великої кількості складного та коштовного обладнання. У звязку з викладеним виникає проблемна ситуація, коли виготовлені двигуни проходять приймально-здавальні випробування в повному обсязі не усі, а вибірково (1-2 із партії), а машини після капітального ремонту (таких зараз більшість - 70-90% парку АД, що експлуатуються) перевіряються тільки в режимі холостого ходу, і їхні параметри залишаються невизначеними.У першому розділі розглянуто вплив окремих параметрів асинхронного двигуна на його навантажувальну спроможність, зміну цих параметрів під час ремонту, довгої експлуатації та при збиранні з використанням матеріалів, що не відповідають технічним умовам. До параметрів, які мають визначатися, потрібно віднести параметри номінального режиму роботи асинхронного двигуна, тобто номінальні напругу, струм статора, потужність та момент на валу, ковзання, частоту обертання, коефіцієнти потужності та корисної дії. В ході аналізу методики приймально-здавальних випробувань АД для визначення його параметрів в обсязі, регламентованому відповідними ДСТУ було визначено, що випробування є громіздкими, тривалими та неповними. Крім того, розрахунок деяких параметрів АД з КЗР в ході приймально-здавальних випробувань (втрати в сталі, температура обмотки статора) виконується непрямими методами не досить точно. Аналіз найбільш сучасних методик випробувань без навантаження, що відповідають згаданим вимогам, показав необхідність великої кількості перехідних процесів, які можуть призвести до суттєвої зміни температури обмотки і її активного опору під час досліджень, а також можливі проблеми при ідентифікації, повязані з виникненням незначущих коефіцієнтів регресії.У дисертації вирішена науково-практична задача удосконалення методів параметрів асинхронних двигунів без навантаження, що полягає у визначенні аналітичних залежностей між параметрами асинхронних двигунів та миттєвими значеннями фазних струмів та напруг в режимах без навантаження. Використання ітераційних методів ідентифікації і змінного алгоритму цифрового керування синусоїдальною напругою живлення двигуна під час дослідження дозволяє зменшити похибку визначення параметрів асинхронних двигунів, скоротити витрати робочого часу та матеріальні затрати на обладнання та електроенергію, що реалізовано за допомогою розробленого автоматизованого комплексу з синусоїдальною амплітудно-керованою напругою. Параметри схеми заміщення АД з КЗР розраховуються ітераційним методом при порівнянні за критерієм найменших квадратів реальних даних миттєвого струму статора під час прямого пуску двигуна без навантаження та результатів моделювання. Для ідентифікації параметрів короткозамкненого АД достатньо вимірювання лише миттєвих значень фазних струмів та напруги, що дозволяє при синусоїдальній напрузі живлення відмовитися від вимірювачів потужності, швидкості, опору, навантажувального моменту та ін. В ході аналізу результатів випробувань було встановлено, що найбільш суттєвий вплив на параметри і навантажувальну спроможність АД з КЗР відіграє активний опір обмотки статора, а також подовжні теплові провідності міді обмотки статора та сталі пакету статора, що обумовлює необхідність якомога точнішого визначення цих параметрів в ході випробувань АД.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У дисертації вирішена науково-практична задача удосконалення методів параметрів асинхронних двигунів без навантаження, що полягає у визначенні аналітичних залежностей між параметрами асинхронних двигунів та миттєвими значеннями фазних струмів та напруг в режимах без навантаження. Використання ітераційних методів ідентифікації і змінного алгоритму цифрового керування синусоїдальною напругою живлення двигуна під час дослідження дозволяє зменшити похибку визначення параметрів асинхронних двигунів, скоротити витрати робочого часу та матеріальні затрати на обладнання та електроенергію, що реалізовано за допомогою розробленого автоматизованого комплексу з синусоїдальною амплітудно-керованою напругою.

Виконані в дисертаційній роботі дослідження дали змогу зробити наступні висновки: Активний опір фази статора АД та складові втрат холостого ходу визначаються шляхом вирішення системи рівнянь енергетичного балансу при трьох значеннях напруги, фазного струму та коефіцієнту потужності. Параметри схеми заміщення АД з КЗР розраховуються ітераційним методом при порівнянні за критерієм найменших квадратів реальних даних миттєвого струму статора під час прямого пуску двигуна без навантаження та результатів моделювання. За результатами поділу втрат та визначення параметрів схеми заміщення розраховуються паспортні дані двигуна. Для ідентифікації параметрів короткозамкненого АД достатньо вимірювання лише миттєвих значень фазних струмів та напруги, що дозволяє при синусоїдальній напрузі живлення відмовитися від вимірювачів потужності, швидкості, опору, навантажувального моменту та ін.

Навантажувальна спроможність АД з КЗР перевіряється шляхом моделювання усталеного теплового режиму при номінальному навантаженні за допомогою теплової моделі, що містить 16 нагрітих тіл. В разі перегрівання якоїсь з частин машини над припустимим рівнем необхідно визначення нової навантажувальної спроможності та уточнення параметрів номінального режиму роботи. Тобто, викладені методи ідентифікації параметрів АД дозволяють повністю відмовитися від навантаження двигуна тим чи іншим чином.

Автоматизований комплекс для ідентифікації параметрів АД з КЗР без навантаження повинен містити персональний компютер, блок сполучення, джерело живлення та програмне забезпечення. В якості джерела живлення з амплітудно-керованою синусоїдальною напругою в комплексі використовується індукційний регулятор напруги, максимальний струм якого перевищує пусковий струм найпотужнішого з випробуваних двигунів.

Розроблена система автоматизованого електропривода комплексу, описані та лінеаризовані його структурні ланки, що дозволило синтезувати цифровий регулятор напруги та винайти закон його роботи. Розроблений регулятор водночас дозволяє як керувати перехідними процесами в системі з великою інерційністю, так і стабілізувати вихідний сигнал напруги ІРН на заданому рівні при наявності збурення у вигляді коливань та відхилень живлячої напруги в мережі підприємства. В ході дослідження знайдено найбільш раціональні з точки зору якості регулювання та стабілізації напруги настроювання цифрового регулятора.

Прикладне програмне забезпечення, що керує автоматизованим комплексом під час роботи, реалізує функції цифрового регулятора напруги, виконує самонастроювання комплексу на відповідні режими, а також реалізує математичну обробку отриманих даних за методами поділу втрат, визначення динамічних параметрів схеми заміщення, перевірки АД за нагріванням.

Результати ідентифікації параметрів асинхронних машин різних типів за викладеними методами без навантаження у порівнянні з результатами випробувань за традиційними методиками дозволяють говорити про принципову застосовність викладених методів на практиці. Визначена статистично відносна похибка методів складає відповідно: для поділу втрат в режимі холостого ходу - 6,2%; для визначення параметрів СЗ за кривою струму статора під час прямого пуску - 2,7%; для теплового моделювання усталеного режиму АД з КЗР - 3,5%. Середня похибка експерименту, що була визначена під час напівпромислових випробувань автоматизованого комплексу складає 1,8%.

В ході аналізу результатів випробувань було встановлено, що найбільш суттєвий вплив на параметри і навантажувальну спроможність АД з КЗР відіграє активний опір обмотки статора, а також подовжні теплові провідності міді обмотки статора та сталі пакету статора, що обумовлює необхідність якомога точнішого визначення цих параметрів в ході випробувань АД.

ОСНОВНІ НАУКОВІ ПОЛОЖЕННЯ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бешта А.С., Аль-Батайнех С.М., Желдак Т.А. Определение класса изоляции обмоток двигателей в процессе ремонта // Zeszyty naukowe, NR 112, Elektryka 16, wydavnictwo Politechniki Zielonogorsk, Polska. - 1997. - c. 221-225.

2. Воробьев А.А., Бешта А.С., Желдак Т.А. Экспериментальное разделение потерь в асинхронном электроприводе по методике холостого хода // Вестник ХГПУ "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". - Харьков, Основа. - 1998. - с. 229-231.

3. Выбор частоты среза автоматизированного комплекса по паспортизации электрических машин / А.А. Воробьев, А.С. Бешта, Т.А. Желдак и др. // Вестник ХГПУ "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". - Харьков, Основа. - 1999. - с. 351-356.

4. Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором попереходному процессу в обмотке статора / А.С. Бешта, Ю.В. Куваев, Т.А. Желдак, Ю.М. Макуха, А.В. Балахонцев // Научные труды КРГПИ "Проблемы создания новых машин и технологий". - Вып. 1(5). - Кременчуг - 1999. - с. 112-115.

5. Желдак Т.А. Паспортизация асинхронного двигателя на холостом ходу // Сборник научных трудов НГА Украины. - №3. - т.6. - Днепропетровск. - 1998. - с. 240-245.

6. Бешта А.С., Желдак Т. А. Определение потерь в стали асинхронного двигателя по методике холостого хода // Научные труды КРГПИ "Проблемы создания новых машин и технологий". - Вып. 1(3). - Кременчуг - 1998. - с. 54-56.

7. Бешта А.С., Желдак Т.А., Балахонцев А.В. Линеаризация асинхронного двигателя электропривода автоматизированного комплекса для идентификации параметров электрических машин // Научные труды КРГПИ "Проблемы создания новых машин и технологий". - Вып. 2(9). - Кременчуг - 2000. - с. 171-174.

8. Бешта А.С., Воробьев А.А., Желдак Т.А. Проверка теплового режима привода переменного тока с помощью моделирования // Вестник ХГПУ "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика". - Харьков, Основа. - 1998. - с. 212-216.

9. Желдак Т.А. Применение высокопроизводительных плат обработки аналоговых сигналов и их программирование в автоматизированном электроприводе // Сборник научных трудов НГА Украины. - №3. - т.6. - Днепропетровск. - 1998. - с. 236-240.

10. Выбор цифрового фильтра автоматизированного комплекса по паспортизации электрических машин. / А.С. Бешта, Т.А. Желдак, Ю.Н. Макуха, А.В. Балахонцев // Научные труды КРГПИ "Проблемы создания новых машин и технологий". - Вып. 1(5). - Кременчуг - 1999. - с. 107-111.

11. Бешта А.С., Желдак Т.А. Применение современных технологий в архитектуре комплекса по паспортизации асинхронных машин // Труды конференции "Современные технологии экономичного и безопасного производства и использования электроэнергии", Днепропетровск НГА Украины, - 1997. - c. 91-95.