Діагностика в електромеханічних І енергетичних системах
Скачать 102.52 Kb.
|
ДІАГНОСТИКА В ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ І ЕНЕРГЕТИЧНИХ СИСТЕМАХ УДК 621.313.3.043/045.5 Оценка эффективности методов диагностики двигателей переменного тока Родькин Д.И., Калинов А.П., Ромашихин Ю.В. Кременчугский государственный политехнический университет Институт электромеханики, энергосбережения и компьютерных технологий Введение. Усовершенствование различных электротехнических и электромеханических систем приводит к расширению спектра задач, решаемых с помощью результатов идентификации параметров машин переменного тока (рис. 3). Значения электромагнитных параметров используются для решения вопросов, связанных с выбором и расчетом устройств защиты и автоматики машин переменного тока, в задачах испытаний электрических машин и управления потребления электрической энергии, при решении вопросов исследовательского характера и учебного процесса, при настройке систем управления координатами асинхронных электроприводов с векторным управлением. Таким образом, качество реализации и настройки систем непрерывного мониторинга, частотного и векторного регулирования скорости вращения, компенсации реактивной мощности и т.д., зависят от наличия адекватной информации о параметрах электрической машины. ^ является оценка эффективности методов определения электромагнитных параметров машин переменного тока. Материал и результаты исследований. Большинство методов определения электромагнитных параметров [1], независимо от способа создания испытательного режима и способа обработки исследовательских данных, базируются, в сущности, на анализе переходных процессов, которые возникают в результате изменения электромагнитного состояния электрической машины. Как отдельный класс можно выделить методы, которые реализуются при периодических гармонических или негармонических воздействиях источника со стороны обмоток машины и анализе частотных характеристик (зависимостей параметров от частоты влияния). Развитие частотных методов оценивания параметров двигателей переменного тока осуществляется при использовании полигармонического питания. Авторами был разработан ряд методов определения электромагнитных параметров с помощью полигармонического тестового питания, которые приведены на рис. 4. При полигармоническом питании зависимости напряжения и тока можно представить в виде:  (1)где  и  гармонические составляющие напряжения и тока соответственно;n и m номера гармоник соответственно напряжения и тока;  круговая частота сети питания; и  угол сдвига фаз гармоник напряжения и тока соответственно. Рисунок 1 - Мгновенные значения напряжения, тока и мощности при полигармоническом питании фазы неподвижного ротора АД Разработанные методы идентификации с использованием полигармонического питания базируются на составлении систем уравнений электрического баланса и баланса мощностей источника и элементов схемы замещения (СЗ). Схема замещения асинхронного двигателя представляется первичной цепью, контуром намагничивания и вторичной цепью (рис. 2).  Рисунок 2 - Т-образная СЗ асинхронного двигателя  Рисунок 3 - Сферы применения электромагнитных параметров  Рисунок 4 - Методы определения электромагнитных параметров асинхронного двигателя при питании его от источника полигармонического напряжения Введение в схему замещения коэффициентов, учитывающих реальные зависимости потерь в стали от частоты и эффект вытеснения тока в роторной цепи, позволяет увеличить точность определения электромагнитных параметров схемы замещения. Так, учет потерь достигается введением в контур намагничивания (рис. 4) активного сопротивления, которое нелинейно зависит от частоты тока [2]:  (2) где  сопротивление контура намагничивания при номинальной частоте;  относительная частота;  постоянный коэффициент, зависящий от состояния пакета стали. Для синусоидальных сигналов коэффициент изменяется в диапазоне 1,3-1,6. При питании асинхронного двигателя от источника полигармонического напряжения коэффициент выбирается в пределах 1,4-1,8. Это связано с тем, что потери в стали возрастают за счет дополнительных потерь, обусловленных высшими гармониками.Для двигателей общепромышленного применения эффект вытеснения тока в обмотках ротора может быть определен экспериментально при  путем аппроксимации квадратичной зависимостью разности действительной части полного комплексного сопротивления на зажимах двигателя и активного сопротивления обмотки статора ( ) (рис. 5). Сопротивление вторичного контура зависит от эффекта вытеснения и может быть представлено зависимостью: (3) где  сопротивление ротора при частоте равной нулю;  коэффициент, определяющий влияние эффекта вытеснения;  – скольжение двигателя, зависящее от частоты;  скольжение двигателя на первой гармонике. Рисунок 5 - Определение эффекта вытеснения тока на высших гармониках Определение погрешностей вычисления эффекта вытеснения тока в роторе на высших гармониках осуществлялось с помощью математического описания схемы замещения при разных коэффициентах (рис. 6). Результаты математического моделирования свидетельствуют о том, что эффект вытеснения тока в роторе определяется с погрешностью, которая не превышает 11%.Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя производится в режиме неподвижного ротора, т.е. при  [3].При этом следует указать, что первые два метода (рис. 2) реализуются на основе известного принципа суперпозиции токов. Такой подход применим для линейных систем и при анализе указанной схемы замещения (рис. 4) позволяет определить электромагнитные параметры без учета нелинейностей, что приводит к значительным погрешностям.  Рисунок 6 - Относительные погрешности определение зависимости сопротивления ротора от частоты тока Для реализации первого метода (рис. 2) в соответствии с вышеизложенным, для схемы на рис. 4, составляющие полного комплексного сопротивления на каждой гармонике выражаются в виде [1]: – вещественная часть полного сопротивления:   – мнимая часть полного сопротивления:  При составлении системы уравнений идентификации параметров для каждой анализируемой гармоники можно составить по два уравнения для вещественной и мнимой частей. Для анализируемой схемы замещения число неизвестных равно N=6 (сопротивление статора R1, индуктивное сопротивление рассеяния статора X1; сопротивление рассеяния ротора X2’; сопротивление ротора R2’; активное Rµ и индуктивное Хµ сопротивления контура намагничивания). Количество анализируемых гармоник при N неизвестных из условия 2G=N должно равняться  . Следует отметить, что с ростом номера гармоники возрастает ошибка определения её составляющих [4]. Одним из решений задач повышения точности является уменьшение количества рассматриваемых гармоник при увеличении количества уравнений в системе. Второй метод основан на уравнениях баланса активной и реактивной мощностей:  (4)Система уравнений баланса активной и реактивной мощностей может быть дополнена уравнениями топологии электрической схемы замещения на разных гармониках:  (5)Количество анализируемых гармоник при 12 неизвестных параметрах (добавляются ещё 6 неизвестных параметров – ортогональные составляющие тока ротора, тока и напряжения контура намагничивания) должно составлять  .Более широкие возможности для определения параметров дают уравнения баланса составляющих гармоник мгновенной мощности. Принцип суперпозиции для мощностей позволяет проводить анализ как для линейных, так и для нелинейных цепей [5]. Методы на основе эквивалентных сопротивлений схемы замещения и балансе активной и реактивной мощностей применимы только для анализа линейных цепей. Для несинусоидальных сигналов мгновенная мощность определяется зависимостью  и содержит сумму постоянной, косинусной и синусной составляющих: (6)Использование принципа суперпозиции мощностей позволяет получить составляющие мгновенной мощности, образуемые одночастотными составляющими напряжения и тока (так называемые канонические составляющие мощности):   (7)  Использование канонических составляющих лишь частично отвечает закону сохранения энергии, так как мгновенная мощность, обусловленная зависимостью p(t)=u(t)·i(t), включает как произведение одночастотных компонентов (  ) – канонические составляющие мгновенной мощности  , так и произведение компонент токов и напряжений разных частот ( ) – неканонические составляющие мгновенной мощности  :  (8)  Таким образом, гармоники мгновенной мощности, которые образованы как произведение одночастотных гармоник тока и напряжения составляют только часть гармоник мощности. Согласно закону сохранения энергии необходимо выполнять вычисление гармоник мощности, которые образованы не только одночастотными (m=n), но и разночастотными (mn) составляющими мгновенной мощности, составленными как  . В соответствии с вышеизложенным для определения параметров схемы замещения асинхронного двигателя составляется система уравнений энергетического баланса составляющих гармоник мгновенной мощности на источнике питания и элементах схемы замещения:  (9) Такой подход к составлению уравнений для идентификации параметров дает возможность ограничиться числом гармоник  . Для источника питания и элементов схем замещения получены в общем виде выражения для гармоник активной мощности, а также для косинусных и синусных составляющих гармоник мгновенной мощности: – для источника:    – для индуктивности:    – для активного сопротивления:    где  амплитуды гармоник тока соответствующего контура порядка m и n;  фазовый сдвиг составляющих гармоник напряжения;  фазовый сдвиг составляющих токов соответствующего контура; – функции зависимости активных сопротивлений от частоты тока соответствующего контура.Адекватность рассмотренных методов идентификации параметров определялась путем сравнения экспериментальной (кривая 5 рис. 7) и расчетных (1...4 рис. 7) кривых тока статора. Анализ адекватности определенных параметров свидетельствует, что наиболее точные результаты получаются по методу, который основывается на полных уравнениях баланса составляющих мгновенной мощности.  Рисунок 7 - Оценка адекватности определения параметров АД различными методами: 1 – методом эквивалентных сопротивлений; 2 – методом баланса активной и реактивной мощностей; 3 – методом канонических составляющих мощности; 4 – методом полных уравнений мгновенной мощности; 5 – экспериментальная кривая Выводы. По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
ЛИтература
Стаття надійшла 20.04. 2006 р. Рекомендовано до друку д.т.н., проф. За гірняком М.В. Вісник КДПУ. Випуск 3/2006 (38). Частина 2 |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | В ряде случаев оборудование нуждается в средствах вибрационной и акустической защиты | | Решить проблему своевременного выявления и предупреждения неисправностей в электромеханических системах и повысить уровень автоматизации... |
| Целью исследования является разработка метода определения электромагнитных параметров при питании обмоток двигателя напряжением низкой... | | Поэтому актуальным является решение задачи повышения достоверности локальной диагностики тепловой нагрузки ад. Этот вопрос особенно... |
| Квінке, диференційна діагностика, діагностика, лікування, профілактика. Невідкладна допомога при набряку Квінке. „Марш алергії”,... |  | Абрассова Е. В. Роль эхографии в дифференциальной диагностике злокачественных и доброкачественных лимфаденопатий [Текст] / Е. В.... |
| Темі matlab досліджені процеси в системах частотного І фазового автопідстроювання (у системах фап) за наявності внутрішніх шумів... | | ... |
| Установлення на законодавчому рівні адміністративної відповідальності за неефективне використання енергетичних ресурсів | | Розвиток конкурентного середовища І підвищення ефективності та прозорості ринків; 11 |