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 АДанализ и разработка математического описания выбранных схем с целью получения расчетных формул или математической процедуры для обработки результатов экспериментовподбор 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.

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

.