G01R27 / 02 - для вимірювання активного, реактивного і повного опору або інших похідних від них характеристик, двухполюсника, наприклад постійної часу (для вимірювання тільки фазового кута G01R 25/00)
Власники патенту RU 2420748:
Відкрите акціонерне товариство "Всеросійський науково-дослідний і проектно-конструкторський інститут електровозобудування" (ВАТ "ВЕлНІІ") (RU)
Винахід відноситься до області визначення взаємної індуктивності ланцюга намагнічування частотно-регульованого асинхронного двигуна. В обчислювальний пристрій вводять значення частот обертання ротора і магнітного поля статора, фазна напруга і фазний струм статора, фазовий кут між векторами струму і напруги однієї і тієї ж фази обмотки статора, активний опір фаз обмоток статора і ротора і криву намагнічування магнітного ланцюга, по якій в обчислювальному пристрої визначають значення взаємної індуктивності за поточним значенням струму намагнічування, модуль якого визначається в тому ж обчислювальному пристрої по математичній формулі де I1 - ток ста ора; R1 - опір обмотки статора; R2 - опір обмотки ротора; φ - кут між I1 і U1 однієї і тієї ж фази обмотки статора; ψ2 - кут між векторами ЕРС і струму обмотки ротора; | Z0 | - модуль повного опору фази обмотки статора. Технічний результат полягає в можливості безпомилкового управління частотно-регульованим асинхронним двигуном у всіх режимах його роботи при змінах насичення магнітного кола. 1 мул.
Винахід відноситься до області визначення взаємної індуктивності ланцюга намагнічування частотно-регульованого асинхронного двигуна, що працює під навантаженням, і може бути використано при випробуваннях і експлуатації частотно-регульованих асинхронних двигунів.
Для ефективного управління частотно-регульованим асинхронним двигуном потрібне оперативне визначення змінюється в процесі роботи взаємної індуктивності ланцюга намагнічування, необхідної для корекції кутовий частоти ковзання ротора і регулювання величини крутного моменту.
Пряме вимірювання взаємної індуктивності ланцюга намагнічування на працюючому в різних режимах асинхронному двигуні неможливо, а непрямі методи її визначення недостатньо ефективні.
До важливих недоліків зазначених відомих методів відноситься те, що в них виробляється непряме вимірювання взаємної індуктивності ланцюга намагнічування асинхронного двигуна, а непряме - через електромагнітну постійну часу ротора шляхом ідентифікації параметрів, що включає зовнішній контур регулювання напруги, і каналу регулювання частоти обертання, що включає зовнішній контур регулювання вектора потокозчеплення ротора, що неминуче призводить до помилок в управлінні асинхронним двигуном.
До недоліків описаного способу відноситься те, що у відомому способі реалізації управління асинхронним двигуном використовується адаптація до змінного електромагнітної постійної часу ротора, в яку входить взаємна індуктивність намагнічує ланцюга, а не її пряме визначення, що також не може забезпечити безпомилкове управління частотно-регульованим асинхронним двигуном через складність математичного апарату і труднощі забезпечення адекватності математичної моделі, що вимагає високої швидкодії засобів мо елірованія.
Завданням запропонованого способу є оперативне визначення взаємної індуктивності ланцюга намагнічування обертового асинхронного двигуна у всіх режимах його роботи при змінах насичення магнітного кола з метою отримання необхідних даних для корекції кутовий частоти ковзання ротора і завдання необхідної величини крутного моменту.
Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення взаємної індуктивності ланцюга намагнічування частотно-регульованого асинхронного двигуна, при якому в обчислювальний пристрій вводять частоти обертання ротора і магнітного поля статора, фазна напруга і фазний струм статора, фазовий кут між векторами струму і напруги однієї і тієї ж фази обмотки статора, активного опору фаз обмоток статора і ротора й індуктивності розсіювання фаз обмоток статора і ротора, введені відмінності, які полягають в тому, що в обчислюва лительного пристрій додатково вводять криву намагнічування магнітного ланцюга, обчислену розрахунковим або зняту дослідним шляхом в залежності від струму намагнічування, по якій визначають в обчислювальному пристрої взаємну індуктивність ланцюга намагнічування за поточними значеннями струму намагнічування Lm = f (Im), модуль поточного значення якого обчислюють за математичною формулою:
де I1 - фазний струм статора; R1 - активний опір фази обмотки статора; R2 - активний опір фази обмотки ротора; φ - фазовий кут між векторами струму і напруги однієї і тієї ж фази обмотки статора; ψ2 - кут між векторами ЕРС і струму обмотки ротора, що визначається за формулою:
де L2 - індуктивність розсіювання обмотки ротора; ωск - абсолютна частота ковзання ротора (частота струму ротора):
де ω1 - частота обертання магнітного поля статора; ω2 - частота обертання ротора; s - відносне ковзання ротора:
- модуль повного опору фази статора:
де U1 - напруга фази обмотки статора; кут γ визначається зі співвідношення:
де L1 і L2 - індуктивності розсіювання фаз обмоток відповідно статора і ротора; R0 і L0 - повне активний опір і повна індуктивність фази обмотки статора.
Представлена математична формула (1) для безпосереднього оперативного визначення взаємної індуктивності ланцюга намагнічування Lm частотно-регульованого асинхронного двигуна отримана в такий спосіб.
Уявімо рівняння Т-подібної схеми заміщення так, щоб в них не входила складова ланцюга намагнічування з нелінійним елементом Lm (далі - все величини з індексом 2 приведені до обмотці статора):
де I2 - струм обмотки ротора; Z1 - повний опір фази обмотки статора:
Z2 - повний опір фази обмотки ротора:
де R2 - активний опір фази обмотки ротора, що визначається за формулою:
Струм намагнічування Im визначаємо з виразів (7) та (8):
де Z0 - повний опір фази обмотки статора працюючого двигуна:
Уявімо рівняння (12) у вигляді:
Після підстановок в (14) значень Z1. Z2. Z0 отримаємо вектор намагнічує струму:
або модуль намагнічує струму
Таким чином, взаємну індуктивність ланцюга намагнічування частотно-регульованого асинхронного двигуна визначають в будь-якому режимі його роботи за поточними значеннями струму намагнічування Im. визначеним по частотах обертання магнітного поля статора ω1 і ротора ω2. фазній напрузі U1 і фазному току I1 статора, фазового кута φ між векторами струму і напруги однієї і тієї ж фази обмотки статора, величинам активного опору фаз обмоток статора R1 і ротора R2 і індуктивностей розсіювання фаз обмоток статора L1 і ротора L2.
Технічний результат полягає в тому, що визначення взаємної індуктивності виробляють оперативно.
Запропонована математична залежність для оперативного визначення взаємної індуктивності ланцюга намагнічування частотно-регульованого асинхронного двигуна дозволяє ефективно використовувати математичну модель для безпомилкового управління крутним моментом і тим самим забезпечити необхідні (задані) режими роботи машин, механізмів, устаткування, графіків і безпеки руху електрорухомого складу і т. п. без непередбачених збоїв і зупинок, а також підвищити безпеку для обслуговуючого персоналу.
Даний спосіб реалізується за допомогою блок-схеми, представленої на кресленні.
До обмотці статора 1 асинхронного двигуна підключені: інвертор 2, що подає харчування від силового трансформатора; датчики: фазного струму 3, фазного напруги 4, фазового кута між векторами струму і напруги однієї і тієї ж фази обмотки статора 5 через датчики 3 і 4, частоти обертання магнітного поля статора 6 і температури обмотки статора 7. До ротора приєднаний датчик частоти обертання 8 . до обчислювальному пристрою 9 підключені датчики: фазового кута між векторами струму і напруги 5, частоти обертання магнітного поля статора 6, температури обмотки статора 7 і частоти обертання ротора 8. Обчислювальний пристрій 9 конструктивно виконано заодно з блоком сі стеми управління 10, до якого приєднаний задатчик режимів роботи 11.
Спосіб оперативного визначення взаємної індуктивності ланцюга намагнічування частотно-регульованого асинхронного двигуна здійснюють наступним чином: в обчислювальний пристрій 9 вводять конструктивні параметри асинхронного двигуна: криву намагнічування в залежності від струму намагнічування; розрахункові величини активного опору фази обмотки статора R1. індуктивності розсіювання фаз обмоток статора L1 і ротора L2. потім в цей же обчислювальний пристрій подають інформацію: від датчика 3 про силу фазного струму L1; від датчика 4 про величину фазної напруги U1; від датчика 5 про величину фазового кута φ між векторами струму I1 і напруги U1; від датчика 6 про частоту обертання магнітного поля статора ω1; від датчика 7 про температуру обмотки статора і від датчика 8 про частоту обертання ротора ω2. Потім обчислювальний пристрій 9 визначає активний опір фази короткозамкненою обмотки ротора R2 по математичній формулі (11), взаємну індуктивність ланцюга намагнічування визначають по кривій намагнічування в залежності від струму намагнічування, модуль поточного значення якого обчислюють за математичною формулою (I):
де I1 - фазний струм статора; R1 - активний опір фази обмотки статора;
R2 - активний опір фази обмотки ротора; φ - фазовий кут між векторами струму I1 і напруги U1 однієї і тієї ж фази обмотки статора;
ψ2 - кут між векторами ЕРС ротора Е2 і струмом ротора I2. визначається за формулою:,
де L2 - індуктивність розсіювання фази обмотки ротора; ωск - абсолютна частота ковзання ротора (частота струму ротора):
де ω1 - частота обертання магнітного поля статора; ω2 - частота обертання ротора; s - відносне ковзання ротора:;
- модуль повного опору фази обмотки статора:
, де U1 - напруга фази обмотки статора; I1 - ток фази обмотки статора; кут γ визначається зі співвідношення:
де L1 і L2 - індуктивності розсіювання фаз обмоток відповідно статора і ротора; R0 і L0 - повне активний опір і повна індуктивність фази обмотки статора.
Позитивний ефект полягає в тому, що визначення взаємної індуктивності виробляють оперативно у всіх режимах його роботи при змінах насичення магнітного кола, значення якої необхідні для корекції кутовий частоти ковзання ротора і завдання необхідної величини крутного моменту, що дозволяє безпомилково керувати частотно-регульованим асинхронним двигуном.
Спосіб визначення взаємної індуктивності ланцюга намагнічування частотно-регульованого асинхронного двигуна, при якому в обчислювальний пристрій вводять частоти обертання ротора і магнітного поля статора, фазна напруга і фазний струм статора, фазовий кут між векторами струму і напруги однієї і тієї ж фази обмотки статора, активні опори фаз обмоток статора і ротора, що відрізняється тим, що в обчислювальний пристрій додатково вводять криву намагнічування магнітного ланцюга, по якій визначають в обчислювальному прист йстве взаємну індуктивність ланцюга намагнічування Lm = f (Im), модуль поточного значення струму намагнічування визначають по математичній формулі:
,
де I1 - фазний струм статора;
R1 - активний опір фази обмотки статора;
R2 - активний опір фази обмотки ротора;
φ - фазовий кут між векторами струму I1 і напруги U1 однієї і тієї ж фази обмотки статора;
ψ2 - кут між векторами ЕРС і струму обмотки ротора, що визначається за формулою:,
де L2 - індуктивність розсіювання фази обмотки ротора;
ωск - абсолютна частота ковзання ротора (частота струму ротора); ωск = ω1 -ω2,
де ω1 - частота обертання магнітного поля статора;
ω2 - частота обертання ротора;
s - відносне ковзання ротора:;
| Z0 | - модуль повного опору фази обмотки статора:,
де U1 - напруга фази обмотки статора;
I1 - ток фази обмотки статора;
кут γ визначається зі співвідношення:,
де L1 і L2 - індуктивності розсіювання фаз обмоток відповідно статора і ротора;
R0 і L0 - повне активний опір і повна індуктивність фази обмотки статора.