Разработка способов экспериментального определения параметров и механических характеристик асинхронных двигателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Ташлицкий, Максим Михайлович

• Ташлицкий, Максим Михайлович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ташлицкий, Максим Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБОСНОВАНИЕ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ экспериментальных способов определения параметров АД.

1.2. Анализ экспериментальных способов измерения механических характеристик АД.

1.3. Постановка задач для исследований.

2. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ, БЛИЗКИХ К СТАТИЧЕСКИМ.

2.1. Измерение статических характеристик.

2.2. Способ измерения динамической характеристики, близкой к статической.

2.3. Измерение момента испытуемого двигателя по моменту нагрузочной машины.

2.4. Определение момента испытуемого двигателя по его измеренным переменным.

2.4.1. Выбор формул для измерения электромагнитного момента АД.

2.4.2. Измерение момента испытуемого двигателя по переменным статора АД.

2.4.3. Измерение момента испытуемого двигателя по переменным ротора ИД.

2.4.4. Программные средства управления устройством ЦАП-АЦП.

2.5. Выводы по главе.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ АД ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НЕПОДВИЖНОМ

РОТОРЕ.

3.1. Математическое описание испытуемых схем включения

3.1.1. Вывод расчетных формул для схемы спадающего тока.

3.1.2. Вывод расчетных формул для схемы возрастающего тока.

3.2. Определение обобщенных параметров АД при использовании регрессионного анализа.

3.2.1. Метод градиентного спуска.

3.2.2. Метод Левенберга-Марквардта.

3.3. Экспериментальная проверка.

3.3.1. Метод интегрально-дифференциальных критериев

3.3.1.1. Определение параметров АД по схеме спадающего тока.

3.3.1.2. Определение параметров АД по схеме возрастающего тока.

3.3.2. Регрессионный анализ.

3.3.2.1. Определение параметров АД по схеме спадающего тока.

3.3.2.2. Определение параметров АД по схеме возрастающего тока.

3.3.3. Анализ результатов.

3.4. Выводы по главе.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБОБЩЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО ИЗМЕРЕННЫМ ПЕРЕМЕННЫМ ДВУХ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ.

4.1. Вывод расчетных формул.

4.2. Экспериментальная проверка расчетных формул.

4.3. Выводы по главе.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ РАСШИРЕННОГО ФИЛЬТРА КАЛМАНА.

5.1. Применение фильтра Калмана в задачах измерения состояния и параметров динамических систем.

5.2. Определение состояния и параметров асинхронного двигателя.

5.2.1. Определение обобщенного параметра a's.

5.2.2. Определение параметров кх, кг и потокоспепления ротора.

5.2.3. Определение обобщенных параметров а'г, <У.

5.3. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка способов экспериментального определения параметров и механических характеристик асинхронных двигателей»

Асинхронные двигатели являются простыми, надежными и наиболее распространенными электрическими машинами. К их недостаткам относится сложность управления моментом и скоростью вследствие нелинейности математического описания. Современные системы управления устраняют этот недостаток, что позволило асинхронному регулируемому электроприводу стать альтернативой электропривода постоянного тока. Для создания эффективной системы управления необходим алгоритм определения параметров. Знание параметров также важно для конструкторов и математического моделирования электропривода.

Анализ публикаций по способам экспериментального определения параметров АД показывает, что необходимость обеспечения высокого качества работы электроприводов с полупроводниковыми преобразователями, и прежде всего с ПЧ, обусловливает повышенные требования к точности математического описания. Поэтому важное место в современном электроприводе занимает разработка эффективных способов экспериментального определения параметров двигателей. Многие современные преобразователи частоты, использующие математическую модель объекта управления, имеют встроенную функцию определения параметров. При этом способы определения параметров в информационных материалах фирм-изготовителей как правило не описываются.

Из проведенного обзора установлено также, что вопросам определения параметров асинхронного двигателя посвящено много работ и разработаны разные подходы к данной проблеме. Несмотря на то, что имеются многочисленные публикации, посвященные проблеме определения параметров АД (особенно в зарубежных журналах), в них рассматриваются только отдельные вопросы. Особенно мало исследований посвящено вопросам разработки алгоритмов и полного математического описания, связанного с конкретной обработкой результатов экспериментов.

Создание экспериментальных устройств для измерения параметров АД связана с решением следующих проблем: разработка или выбор схем включения обмоток двигателя для измерения переменных (токов и напряжений), в которых содержится информация о параметрах АД; анализ и разработка математического описания выбранных схем с целью получения расчетных формул или математической процедуры для обработки результатов экспериментов; подбор или разработка численных методов для математической обработки результатов экспериментов с целью получения конечных оценок параметров АД.

Каждая из указанных проблем имеет весьма сложное и неоднозначное решение. Установлено, что в технической литературе обычно отсутствует описание одновременного решения всех указанных проблем.

В данной диссертации поставлена задача детально разработать способы экспериментального определения параметров АД.

Помимо необходимости экспериментального определения параметров двигателя, важной проблемой является разработка автоматизированного способа измерения механических характеристик, что требуется для проведения многих исследовательских работ, а также представляет интерес для организаций, занимающихся производством, ремонтом асинхронных двигателей и исследованием асинхронных электроприводов.

Существующие экспериментальные способы измерения механических характеристик делятся на статические и динамические. Статические методы основаны на том, что в процессе испытаний механические характеристики снимают по точкам, что обеспечивает высокую точность измерений. Однако такие испытания являются длительными, при этом из-за возможных тепловых перегрузок в процессе испытаний может изменяться температура обмоток двигателей, что приводит к снижению точности измерения переменных.

Для более быстрого измерения механических характеристик применяют динамические методы исследований. При их использовании измеряют не статические, а динамические характеристики. Чаще всего измерение динамических механических характеристик связано со многими трудностями (усложнение конструкции испытательного стенда при использовании дополнительной маховой массы на валу двигателя, отсутствие готовых датчиков для измерения динамических моментов, сложность и большая стоимость таких датчиков и т.п.).

Поэтому в настоящей диссертационной работе поставлена задача разработать сравнительно простой и вместе с тем достаточно точный способ измерения динамических механических характеристик, близких к статическим.

В связи со сказанным целью работы является исследование и разработка способов, алгоритмов и программного обеспечения для экспериментального автоматизированного определения механических характеристик и параметров асинхронных двигателей.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Ташлицкий, Максим Михайлович

Основные результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Разработан метод измерения динамических механических характеристик АД, близким к статическим, рекомендуемый к использованию в научных исследованиях, при проведении учебных лабораторных занятий и при приемо-сдаточных испытаниях в ремонтно-производственных организациях.

2. Разработаны методы и алгоритмы для определения активных сопротивлений и индуктивностей статора и ротора АД при неподвижном роторе.

3. Проанализирован шум измерительной системы, подтверждающий допустимость применения статистических методов устранения помех в измеряемом сигнале.

4. Произведено сравнение различных методов статистической обработки зашумленных сигналов системы измерения с целью минимизации ошибки измерения.

5. Получены расчетные формулы для определения обобщенных параметры статора и ротора as , аг и коэффициента рассеяния асинхронного двигателя а по результатам измерения его переменных (момента, скольжения и действующего значения тока статора) при установившемся режиме работы в двух точках.

6. На основе измерения напряжения, тока статора и скорости вращения возможно определение всех параметров асинхронного двигателя в режиме реального времени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ташлицкий, Максим Михайлович, 2005 год

1. Амосов А.А., Дубннский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров: Учеб. пособие.— М.: Высш. шк. 1994. — 544 е.: ил.

2. Асинхронные двигатели серии 4 А: Справочник// А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская.— М.: Энергоатомиздат, 1982.504 е.: ил.

3. Барац Е.И. Разработка и исследование усовершенствованных структур электроприводов на основе систем ПЧ-АД при различных способах управления: Диссертация канд. техн. наук: 05.09.03. — Екатеринбург, 2000. —250 с.

4. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов: Пер. с англ.— М.: Мир, 1974. — 464 с.

5. Бронштейн И.Н. Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов: Справочник. — 15-е изд. — М.: Наука. Физматлит, 1998. — 608 с.

6. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями.—3-е перераб. изд.— М.: Энергоиздат, 1982.—216 е., ил.

7. Бюттнер Ю., Гусяцкий Ю.М., Кудрявцев А.В. и др. Электропривод переменного тока с частотным управлением. — М., МЭИ, 1989. — 76 с.

8. Васильев В.П. Цифровые фильтры в радиоприемных устройствах (методы расчета) — М.: МЭИ, 1990. — 84 с.

9. Васильев В.П. Цифровые фильтры в радиоприемных устройствах (основы цифровой фильтрации) — М.: МЭИ, 1987. — 76 с.

10. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. — М.: Энергия, 1966. — 344 с.:ил.

11. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов втузов.3.е изд., перераб. — Л.: Энергия, 1978, — 832 с.:ил.

12. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. — М. 1998. — 864 с.:ил.

13. Голубь Н.Г. Искусство программирования на Ассемблере. Лекции и упражнения. — СПб.: ООО "Диасофт", 2002. — 656 с.:ил.

14. Гольденберг Л.М. и др. Цифровые фильтры. — М.: Связь, 1974. — 60 с.:ил.

15. Гольдфарб Л.С. Конспект лекций по курсу "Теория автоматического регулирования". — М., 1965,256 с.:ил.

16. Гутер Р.С., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа иматематической обработки результатов опыта. — М., 1970.— 432 е.: ил.

17. Гучаншев Х.М. Идентификация параметров моделей асинхронных двигателей для систем электроснабжения. Диссертация канд. техн. наук: 05.09.03. — Краснодар, 1998. — 163 с.

18. Двигатели асинхронные трехфазного тока крановые и таллургические серий MTF, MTKF, МТН, МТКН. Электротехника, 01.30.01-82, Информэлектро, 1982.

19. Димитров Д.А., Михов М.П Построение механических характеристик АД при номинальном напряжении.// Изв. ВМЕИ Ленин, 1976, — №2 — с. 13-20

20. Зевеке Г.В. Ионкин П.А. и др. Основы теории цепей: Учебник для вузов. — 5-е изд., перераб.— М.:Энергоатомиздат, 1989. — 528 е.: ил.

21. Иванов-Смоленский А.В. Универсальные механические характеристики асинхронных машин с учетом скорости изменения скольжения: Электричество. — 1963, — №1, с. 48-52.

22. Иванов-Смоленский А.В. Влияние скорости изменения скольжения на момент асинхроной машины: Электричество. — 1950, —№ 6, с. 54-60.

23. Карташев В.Г. Николаев A.M. Дискретные и цифровые сигналы и фильтры. Общая теория устойчивости равновесия. — МЭИ, 1981.

24. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Определение в реальном времени активного сопротивления и потокосцепления ротора асинхронного двигателя при его работе в установившемся режиме// Вестн. КузГТУ.— 2003, — №1, — С.21 -24.

25. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Определение индуктивности ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором// Вестн. КузГТУ. — 2003. — №1, — с.20-21.

26. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Оценка параметров и состояния асинхронного двигателя при динамической нагрузке. — М.: 2002, — 11 с. Деп. В ВИНИТИ 26 дек. 2002, №2265-В2002

27. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Оценка параметров и состояния асинхронного двигателя при установившемся режиме работы. — М., — 2002. — 11 с. — Деп. В ВИНИТИ 26 дек. 2002, №2266-В2002

28. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Соколов Д.В. Идентификация параметров асинхронного электродвигателя с помощью метода наименьших квадратов// Вестн. КузГТУ.—2002.-№2.— С.17-19.

29. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Соколов Д.В. Идентификация параметров асинхронного электродвигателя с помощью расширенного фильтра Калмана// Вестн. КузГТУ.—2002,—№2,— С. 18-20.

30. Каширских В.Г., Завьялов В.М. Соколов Д.В. Определение кривой намагничивания асинхронного двигателя по результатам испытания на холостом ходе// Вестн. КузГТУ. — 2002, — №2, — С. 14-16.

31. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. — 3-е изд. перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1998. — 704 е.: ил.

32. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. — М.: Высшая школа, 1994. — 318 с.:ил.

33. Кравченко Ю.И., Вакуленко К.Н. Устройство для оценки качества механической характеристики общепромышленных асинхронных двигателей// Вестн. Киевского политехнического института.— 1976. №13 —с. 44-47.

34. Краличкин Л.К. Погрешности косвенных методов измерения полезного момента асинхронного двигателя// Тр. Горькое. Ин-та инж. Вод. Трансп. — 1975 — № 78 — с. 92-98.

35. Краличкин Л.К Измерение вращающего момента при переменной скорости вращения асинхронного двигателя// Тр. Горьков. Ин-та инж. Вод. Трансп. — 1980 — №182 — с. 77-82.

36. Крановое электрооборудование: Справочник/Алексеев Ю.В.,

37. Богословский А.П., Певзнер Е.М. и др. ; под ред. А.А, Рабиновича. — М.: Энергия, 1979. — 240 с.:ил.

38. Кривоцюк Ан. А. Фильтр Калмана в задачах измерения параметров нелинейных динамических систем//Измерительная техника. — 1986, — №7. —с. 8-10.

39. Лапа В.Г. Математические основы кибернетики. — Киев: Вища Школа. 1974.-452 с.

40. Масандилов Л.Б., Ташлицкий М.М. Способ быстрого измерения механических характеристик асинхронных двигателей// Труды МЭИ. Электропривод и системы управления — 2002. — Вып. 678. — С. 26-32.41.