Prezentace o elektrotechnickém zařízení a principu činnosti třífázového asynchronního elektromotoru | Prezentace k lekci na téma: | Vzdělávací sociální síť

Abstrakt vědeckého článku o elektrotechnice, elektronickém inženýrství, informačních technologiích, autori vědecké práce – Anatolij Jurjevič Afanasjev, Valerij Gannadijevič Makarov, Jurij Alexejevič Jakovlev, Veronika Nikolajevna Channanovová

Článek analyzuje metody identifikace parametrů automatických systémů a elektromotorů. Je ukázáno, že pro identifikaci parametrů třífázového asynchronního motoru je vhodné použít metodu spojitého gradientu hledání minima funkce . Je uveden matematický model systému identifikace parametrů asynchronního motoru. Je vyvinut funkční schéma identifikačního zařízení. Je ukázáno, že identifikační zařízení lze realizovat pomocí jednoduchých prvků násobiček, sčítaček a integrátorů.

Podobná témata vědecké práce v oblasti elektrotechniky, elektronického inženýrství, informačních technologií, autorem vědecké práce je Anatolij Jurijevič Afanasjev, Valerij Gannadijevič Makarov, Jurij Alexejevič Jakovlev, Veronika Nikolajevna Channanovová

Odhad parametrů třífázového asynchronního motoru
Zařízení pro identifikaci parametrů třífázového asynchronního motoru
Identifikace parametrů třífázového asynchronního motoru
Analýza stavu a perspektiv rozvoje prací na identifikaci parametrů elektrických strojů

Počítačové modelování řídicího algoritmu autonomního napěťového střídače při identifikaci parametrů a proudů zkratovaného rotoru třífázového asynchronního motoru

i Nemůžete najít, co potřebujete? Vyzkoušejte službu výběru literatury.

Zařízení pro identifikaci parametrů třífázového asynchronního motoru

Je provedena analýza metod pro identifikaci parametrů automatických systémů a elektromotorů. Je ukázáno, že pro identifikaci parametrů třífázového asynchronního motoru je vhodné použít metodu spojitého gradientu pro nalezení minima funkce. Je uveden matematický model systému identifikace parametrů asynchronního motoru. Je vyvinut funkční diagram identifikace zařízení. Je ukázáno, že identifikaci zařízení lze realizovat pomocí jednoduchých komponent, jako jsou násobičky, sčítačky a integrátory.

Text vědecké práce na téma „Zařízení pro identifikaci parametrů třífázového asynchronního motoru“

ZAŘÍZENÍ PRO IDENTIFIKACI PARAMETRŮ TŘÍFÁZOVÉHO ASYNCHRONNÍHO MOTORU

A.Yu Afanasiev, V.G. MAKAROV, Yu.A. JAKOVLEV, V.N. HANNANOVÁ

Kazaňská národní výzkumná technologická univerzita

Článek analyzuje metody identifikace parametrů automatických systémů a elektromotorů. Je ukázáno, že pro identifikaci parametrů třífázového asynchronního motoru je vhodné použít metodu spojitého gradientu hledání minima funkce. Je uveden matematický model systému identifikace parametrů asynchronního motoru. Je vyvinut funkční schéma identifikačního zařízení. Je ukázáno, že identifikační zařízení lze realizovat pomocí jednoduchých prvků – násobiček, sčítaček a integrátorů.

Klíčová slova: identifikace parametrů, gradientní metoda pro nalezení minima funkce, třífázový asynchronní motor, zobecněný elektrický stroj.

Pro efektivní řízení asynchronního motoru (IM) pracujícího jako součást elektrického pohonu s proměnnou frekvencí je nutné mít informace o aktuálních hodnotách ekvivalentního obvodu fází a parametrech zatížení. Parametry ekvivalentního obvodu fáze IM ve tvaru T jsou: aktivní odpory a indukčnosti fází vinutí statoru a rotoru, jakož i vzájemná indukčnost. Parametry zatížení zahrnují celkový moment setrvačnosti pohyblivých částí a statický moment. Uvedené parametry se mohou během provozu elektrického pohonu měnit z mnoha důvodů, jako je ohřev a chlazení vinutí, změny stavu magnetického obvodu atd. V tomto ohledu dochází k odchylkám parametrů, které vedou k odchylkám hlavních veličin od zadaných hodnot. Proto je pro implementaci přesnějších řídicích algoritmů, které zajišťují efektivní úsporu energie a zdrojů, nutné uvedené parametry vyhodnotit (identifikovat).

Metody používané k identifikaci parametrů automatických systémů jsou rozebrány v pracích [1-3]. Mezi nimi lze rozlišit následující skupiny identifikačních metod, které našly široké uplatnění v technice:

1) metoda identifikace s využitím sinusových krokových a pulzních signálů;

2) metoda korelačních funkcí;

3) identifikace pomocí regresních metod;

4) metody sekvenční regrese;

5) identifikace metodami stochastické aproximace a sekvenčního učení;

6) identifikace metodou kvazilinearizace;

7) identifikace metodou invariantní imerze;

8) metody identifikace gradientů;

9) heuristické metody identifikace atd.

© A.Yu. Afanasyev, V.G. Makarov, Yu.A. Jakovlev, V.N. Khannanova energetické problémy, 2015, č. 5-6

Žádná z výše uvedených metod není vhodná pro identifikaci všech typů systémů. Každá z nich má svou vlastní oblast nebo oblasti použití. Například metodu identifikace pomocí sinusových, krokových nebo pulzních signálů nelze vždy použít v běžném provozu. Identifikaci pomocí pulzního působení nelze použít pro linearizované systémy.

Metoda korelačních funkcí je použitelná pouze pro lineární systémy s pomalu se měnícími charakteristikami.

Kvazilinearizace je nepřímá výpočetní metoda identifikace. Jedná se o iterační algoritmus, jehož konvergence často vyžaduje velmi dobrou počáteční aproximaci. Nevýhodou této metody je silné zúžení oblasti konvergence a také výpočetní obtíže spojené s řešením velkého počtu diferenciálních rovnic.

Identifikace metodou invariantní imerze vyžaduje značné množství apriorních informací o tvaru nelineární funkce, jejíž parametry mají být identifikovány. Tato metoda je také omezena výpočetní obtížností.

Pojďme analyzovat metody pro identifikaci parametrů elektrických strojů.

Ve většině případů se parametry náhradního obvodu fáze AM určují na základě výsledků zkoušek naprázdno a nakrátko [4-8], což není vždy možné (například v normálním provozním režimu elektrického pohonu) a není to příliš efektivní (nízká přesnost odhadu). V tomto ohledu je problém identifikace parametrů AM relevantní. Níže je uveden přehled prací věnovaných řešení tohoto problému.

V [9] je navržen algoritmus pro identifikaci parametrů asynchronního motoru, získaný na základě analýzy matematického modelu stroje při ustálené frekvenci otáčení. Relativní chyba navržené metody při hodnocení aktivního odporu statoru nebyla větší než 5 % a aktivní odpor rotoru nebyl větší než 36 %.

V [10] jsou navrženy algoritmy pro simultánní identifikaci rotační frekvence a složek vektoru rotorové tokové vazby IM s rotorem veverkové klece na základě měření proudů a napětí jeho statorových vinutí. Článek zkoumá existující analogovou implementaci identifikátoru rotační frekvence a složek rotorové tokové vazby. Nevýhodami obvodu jsou složitost řídicího systému, nízká spolehlivost a obtížnost nastavení. Zde jsou navrženy přístupy k syntéze digitálních (mikroprocesorových) identifikátorů rotační frekvence a složek rotorové tokové vazby IM.

V [11] jsou vlastnosti soustavy diferenciálních rovnic IM s rotorem veverkové klece uvažovány z hlediska souladu hodnot koeficientů rovnic s parametry ekvivalentního obvodu fáze IM. Je ukázáno, že stejné hodnoty napětí, proudů, momentů a rotačních frekvencí neodpovídají jednomu IM, ale mnoha strojům se stejnými hodnotami odporu a indukčnosti statorového vinutí, ale lišící se hodnotami rozptylové indukčnosti, vzájemné indukčnosti a odporu rotoru. A v důsledku toho není možné určit všech pět parametrů ekvivalentního obvodu ve tvaru T fáze IM s rotorem veverkové klece na základě měření napětí a proudů statorových vinutí, rotační frekvence rotoru a elektromagnetického momentu. Na základě těchto měření je však možné plně identifikovat koeficienty diferenciálních rovnic popisujících IM a určit čtyři charakteristické parametry (konkrétní hodnoty koeficientů rovnic odpovídají jedné a pouze jedné hodnotě parametrů motoru). Tyto

Mezi parametry mohou patřit hodnoty aktivního odporu a indukčnosti statoru, disipační činitel a časová konstanta rotoru.

V práci [12] je uvažován adaptivní systém vektorového řízení bezsnímačového asynchronního elektrického pohonu řady EPV, který umožňuje posouzení vazby magnetického toku rotoru, otáček rotoru a elektromagnetického momentu. Článek ukazuje, že aktivní odpory statoru, rotoru a vzájemná indukčnost podléhají během provozu AM největším změnám. Proto jsou v navrhovaném řídicím systému primárně posuzovány tyto parametry. Na základě posouzení aktivních odporů statoru, rotoru a vzájemné indukčnosti je posuzována vazba magnetického toku rotoru, otáček rotoru a elektromagnetický moment. Je navržen algoritmus pro adaptaci řídicího systému na změny aktivních odporů statoru, rotoru a vzájemné indukčnosti.

Článek [13] se zabývá algoritmem pro identifikaci otáček bezsnímačového asynchronního elektrického pohonu, adaptivním ke změnám aktivního odporu statoru.

V práci [14] je navrženo provádět identifikaci parametrů krevního tlaku následujícími způsoby: na základě vyhodnocovacích metod, vyhledávacích algoritmů a umělých neuronových sítí.

V [15] je uvažována metoda pro identifikaci parametrů AD, podle které je problém identifikace řešen ve dvou fázích:

1) počáteční nastavení řídicího systému na parametry výkonového kanálu;

2) přizpůsobení řídicího systému změnám parametrů pohonu během jeho provozu.

Pro automatické počáteční nastavení systému jsou nejúspěšnější režim „pevného“ vektoru, stejně jako reálný režim volnoběhu motoru. Výsledkem počátečního nastavení jsou následující parametry: aktivní odpor statoru, indukčnost magnetizačního obvodu a součin rozptylového činitele indukčností statoru. Druhá fáze „adaptace systému“ se obvykle provádí podle následujících parametrů: časová konstanta rotoru a parametry mechanické části pohonu. Na základě výše uvedených metod a algoritmů je navržen příklad konstrukce pozorovatele stavu asynchronního elektrického pohonu s adaptivním vektorovým řízením bez snímače otáček [15].

Pomocí metody spojitého gradientu hledání minima funkce byly vyvinuty algoritmy a obvody pro zařízení pro identifikaci parametrů stejnosměrného motoru [16], synchronních [17] a asynchronních [18-20] motorů. Výhodami metody spojitého gradientu identifikace jsou jednoduchost implementace a dobrá konvergence v blízkosti extrému. Článek [18] uvádí algoritmus a výsledky počítačového modelování procesů identifikace parametrů třífázového AM, ale nezabývá se otázkami konstrukce identifikačního zařízení na jejich základě, které je implementováno v patentu [20]. Jednou z hlavních otázek uvažovaných v článku je vývoj zařízení pro identifikaci parametrů třífázového AM, jehož provoz je založen na metodě spojitého gradientu hledání minima funkce. Zařízení je určeno pro provoz jako součást frekvenčně řízeného asynchronního elektrického pohonu.

Uvažujme zařízení pro identifikaci parametrů třífázového IM s rotorem veverkové klece [20].

V třífázovém indukčním měniči s rotorem veverkové klece jsou přímo pozorovány a měřeny následující řízené procesy: proudy (?), (?), 1C (?) a napětí щд (?), (?), иус (?) fází statorového vinutí, frekvence otáčení

ш(?) a úhlové zrychlení ш(?). Při konstrukci algoritmů pro řízení frekvence,

U nastavitelných elektrických pohonů s AM se široce používá matematický popis zobecněného elektrického stroje (GEM). V tomto ohledu je nedílnou součástí řídicích systémů takových elektrických pohonů převodník souřadnic, který umožňuje převod hodnot třífázového AM na hodnoty GEM a naopak. Proto je při identifikaci parametrů vhodné použít matematický popis GEM. Pozorované a řízené procesy jsou tedy proudy (?), (?) a napětí (?) a ^ (?) fází vinutí.

stator originálního dílu (OEM), frekvence otáčení ш(?) a úhlové zrychlení ш(?). V tomto případě se posuzují následující parametry originálního dílu: aktivní odpory fází vinutí statoru a rotoru ^2, indukčnosti fází vinutí statoru Ь a rotoru Ь2, vzájemná indukčnost Мт, celkový moment setrvačnosti pohyblivých částí a statický moment Мс.

Obr. 1 znázorňuje zobecněné strukturální schéma asynchronního elektrického pohonu. Objekt řízení je mechanicky spojen s asynchronním motorem a s jednotkou.

senzory otáček ш(?), úhlového zrychlení ш(?), fázových napětí Щл (I), и1в ((), и1с (?) a statorových proudů ѡ1д ((), ѡ1в ((), ѡ1С ((). Senzorová jednotka může obsahovat Hallovy senzory instalované v ortogonálních osách statorového vinutí asynchronního motoru. Převodník souřadnic převádí fázové hodnoty třífázového AM na hodnoty OEM a také vypočítává derivace proudů OEM. Na základě informací přijatých ze senzorové jednotky a převodníku souřadnic identifikační zařízení generuje signály pro odhady parametrů (?), Ь1 (?), ^2 ), ¿2 (?), Мт (?), ), Мс (?). Asynchronní motor je napájen z frekvenčního měniče, do kterého z řídicího zařízení přichází signál pro nastavení požadovaného elektromagnetického momentu М° (?). Frekvenční měnič také přijímá signály pro odhady parametrů. Vstupní akce přicházejí na vstupy řídicího zařízení a0 (?), ш0 (?), signály odhadu parametrů (?), ¿1 (?), ^2 ), ¿2 (?), Мт (?), ), Мс (?), a také zpětnovazební signály a(?), ш(?) z odpovídajících senzorů. Na základě vstupních informací řídicí zařízení vytváří algoritmus pro frekvenční regulaci točivého momentu a otáček asynchronního motoru.

i^d, i1v, Shchs ‚1L, 11B,¡1S

Obr. 1. Zobecněné strukturální schéma asynchronního elektrického pohonu

Pozorované procesy a neznámé parametry splňují algebraické a diferenciální rovnice. Uvažujme identifikaci parametrů AD pomocí metody spojitých gradientů pomocí minima funkce.

Matematický model třífázového indukčního měniče s rotorem veverkovitého typu z hlediska teorie elektromagnetického pole je uveden v pracích [5, 18, 21]. V matematickém modelu indukčního měniče jsou hodnoty a parametry rotoru redukovány na stator a v rovnicích pohybu a elektromagnetického momentu jsou použity elektromagnetické, statické a momentové vlastnosti reálného indukčního měniče.

Metoda identifikace spojitým gradientem zahrnuje výběr jedné nebo více pozitivně definitních funkcí z reziduí rovnic elektrického pohonu a změnu odhadů parametrů rychlostí úměrnou parciálním derivacím těchto funkcí vzhledem k parametrům, které mají být odhadnuty [16–20].

Soustava rovnic OEM, zapsaná za podmínky, že všechny parametry jsou pravdivé, bude mít tvar:

cha = k1o 1m+ko¿1 a + mto¿2a – Ш1 (ko¿1d + Ut12r)0Ystvo

ch1d = Ya1o ¿1d + k1o ¿1 d + Mto ¿2 d + Sh1 (k1o ¿1d + Mto|20^1VL SNIA < 0 = K2o12y + k2og2y + MtoChy -Sh2((2d + Mto1d); (1)

0 = K2o¿2d + k2o¿2d + Mto¿1 d + Ř2 (k2o¿2y + Mto¿1y ); -1Eo = Pn (PnMto (¿2 Ad – ¿2d1y ) – Mso ), kde ®1 je rotační frekvence souřadnicového systému d, d; γ2 je skluzová frekvence

(„2 = Ю1 -ш); ш — otáčky rotoru, el. rad/s; ш — derivace otáček rotoru (úhlové zrychlení); ¿2й, ¿2д — proudy fází vinutí rotoru OEM;

рп — počet pólových párů; indexy o označují skutečné hodnoty parametrů.

Proudy zkratovaného rotoru nelze měřit přímo, proto je nutné hodnoty rotorových proudů ¿2É, ¿2д rekonstruovat na základě

signály vazeb magnetického toku a CR přicházející z instalovaných Hallových senzorů

v ortogonálních osách statorového otvoru. Směr osy a je zvolen tak, aby se shodoval s osou L statoru. Rovnice pro transformaci magnetických vazbů Ta a k osám d, q pak lze zapsat jako:

Тd = Ta cos aj + Тр sin aj; Тq = -Ta sin aj + Тр cos aj, 2)

kde aj je úhel mezi osou statoru Aj (osa a) a osou d.

Výrazy pro vazby magnetického toku podél os d a q mají tvar:

Td = Mm(iid + ‚2d); Tq = Mm( + ?2q). 3)

Pro obnovení proudů Í2d, ¿2q použijeme výrazy:

Dohodneme se, že odhady parametrů budeme označovat takto: Щ, Ьц, Щ , , Мш, ^ a Мс . V ideálním případě by se odhady a skutečné hodnoty parametrů měly shodovat, ale odhady v daném okamžiku se liší od skutečných hodnot parametrů. V této souvislosti se objevují odchylky nazývané rezidua:

Lila = Ma + bya + Mshba-®i (kHd + Mshbd) – u1a;

Li1d = Ш1г1? + Md + Mshg2d + Yu1 (Ma + Mshba) – u1d;

Li2d = Sh2g2d + b2g2d + Msh*1d + ®2 (b2g2a + Mshg1a)

LM = + Рпмс — р^мш ((1д — ^2дЧа )• Představme si reziduální funkce:

Rezidua v procesu identifikace by se měla blížit nule a reziduální funkce by měly být minimalizovány.

Sestrojme soustavu diferenciálních rovnic vzhledem k odhadům parametrů podle metody spojitých gradientů pro nalezení minima funkce, nebo jinými slovy, určejme rychlosti změny odhadů parametrů:

«МRl [Auldiid + Auiqiiq] ;

Obecné informace o elektrických strojích Konstrukce třífázového asynchronního elektromotoru Princip činnosti asynchronního elektromotoru Parametry asynchronního elektromotoru Provozní režimy asynchronního motoru

1) Jev výskytu proudu v uzavřeném obvodu pod vlivem střídavého magnetického pole se nazývá . 2) Síla působící z magnetického pole na vodivý prvek umístěný v tomto magnetickém poli se nazývá . 3) Rovná se . 4) Vířivé proudy jsou proudy vznikající v . a vedoucí k nim . 5) Pro eliminaci těchto proudů jsou jádra strojů vyrobena z .

6) Statické zařízení pro přeměnu střídavého proudu jednoho napětí na střídavý proud jiného napětí se nazývá . 7) Jednofázový transformátor se skládá z uzavřeného . na kterém . 8) Transformátory podle svého určení se dělí na: a) . b) . c) . G) . 9) Konstrukčně se transformátory dělí na . a . 10) Princip činnosti transformátoru je založen na.

11) Transformační poměr jednofázového transformátoru lze vypočítat pomocí vzorců. 12) Při zapojení. jsou konce tří vinutí generátoru spojeny do jednoho bodu, který se nazývá nulový bod. 13) Při připojení. jsou lineární a fázové napětí stejné a lineární proud je √3krát větší než fázový proud. 14) Třífázový transformátor se skládá z . tyčí, na kterých jsou umístěny . vinutí. 15) Účinnost moderních transformátorů je přibližně .

Elektrické stroje jsou elektromechanické měniče, které přeměňují elektrickou energii na mechanickou nebo mechanickou na elektrickou energii. Elektromotor je elektrický stroj, který přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii. Generátor je elektrický stroj, který přeměňuje mechanickou energii na elektrickou energii.

Asynchronní stroj je stroj, ve kterém se rotor otáčí frekvencí odlišnou od frekvence otáčení magnetického pole statoru. (elektromotory) Synchronní stroj je stroj, ve kterém se rotor otáčí frekvencí, která odpovídá frekvenci otáčení magnetického pole statoru. (generátory)

Třífázové asynchronní motory vynalezl vynikající ruský elektrotechnik M. O. Dolivo-Dobrovolsky v roce 1889.

Elektrický pohon obráběcích strojů Zvedací a dopravní stroje Domácí elektrospotřebiče Dopravníky Čerpadla Ventilátory Automatizační zařízení Elektromobily

Stator – stacionární část elektromotoru Rotor – pohyblivá část elektromotoru Stator se skládá z: 1 – ocelolitinového rámu 2 – jádra statoru z elektrotechnických ocelových plechů 3 – třífázového vinutí statoru z mědi

Vinutí statoru může být zapojeno do hvězdy nebo trojúhelníku Υ/∆ : 660/380 380/220

Existují dva typy rotoru: klecový a fázový. Rotor s kotvou nakrátko se skládá z: 1 – hřídele 2 – jádra rotoru 3 – vinutí rotoru (hliníkové nebo měděné tyče) 4 – koncových kroužků

1 2 3 4 Fázový rotor se skládá z: 1 – jádra 2 – třífázového vinutí 3 – sběracích kroužků 4 – hřídele

1 – rám 2 – jádro statoru 3 – vinutí statoru 4 – jádro rotoru s vinutím nakrátko 5 – hřídel Asynchronní elektromotor s rotorem nakrátko

Asynchronní elektromotor s rotorem nakrátko

1 – rám 2 – vinutí statoru 3 – rotor 4 – sběrací kroužky 5 – kartáče Elektromotor s vinutým rotorem

Asynchronní motor s rotorem nakrátko Asynchronní motor s vinutým rotorem Symboly asynchronních motorů na elektrických schématech

Princip činnosti asynchronního elektromotoru je založen na jevu elektromagnetické indukce a Ampérově zákonu.

Na vinutí statoru je přivedeno střídavé napětí, pod jehož vlivem těmito vinutími protéká proud a vytváří točivé magnetické pole. Magnetické pole působí na vinutí rotoru a podle zákona elektromagnetické indukce v nich indukuje EMF. Vlivem indukovaného emf vzniká ve vinutí rotoru proud. Proud ve vinutí rotoru vytváří vlastní magnetické pole, které interaguje s rotujícím magnetickým polem statoru. V důsledku toho na rotor působí síla, která vytváří točivý moment.

— skluz v % — frekvence otáčení magnetického pole statoru v ot./min. — frekvence proudu v tyčích rotoru v Hz — rychlost otáčení rotoru v ot./min.

— točivý moment v Nm — účinnost asynchronního motoru v %