Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы

Изложены основные положения метода экспериментального определения частотных характеристик проводимости со стороны обмотки статора асинхронной машины и соответствующих им электромагнитных параметров. Метод основан на опытных данных, регистрируемых при включении неподвижной электрической машины в сеть...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2005
Hauptverfasser:	Ларин, А.М., Наумов, О.Е.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2005
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні машини та апарати
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142494
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы / А.М. Ларин, О.Е. Наумов // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 1. — С. 51-54. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142494
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1424942018-10-11T01:23:03Z Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы Ларин, А.М. Наумов, О.Е. Електричні машини та апарати Изложены основные положения метода экспериментального определения частотных характеристик проводимости со стороны обмотки статора асинхронной машины и соответствующих им электромагнитных параметров. Метод основан на опытных данных, регистрируемых при включении неподвижной электрической машины в сеть на две фазы. Приводятся результаты исследований для асинхронного двигателя типа 4А904LУ3. Викладені основні положення методу експериментального визначення частотних характеристик провідності з боку обмотки статора асинхронної машини і відповідних ним електромагнітних параметрів. Метод засновано на дослідних даних, які реєструються при ввімкненні нерухомої електричної машини до мережі на дві фази. Наведені результати досліджень для асинхронного двигуна типу 4А904LУ3 The basic procedures of an experimental technique for determining frequency response of stator winding conductivity in an asynchronous motor and corresponding electromagnetic parameters are described. The method is based on experimental data registered at two-phase connection of a stationary electric motor to the mains. Results of the research on asynchronous motor 4А904LУ3 are given. 2005 Article Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы / А.М. Ларин, О.Е. Наумов // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 1. — С. 51-54. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142494 621.313.32.001 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Ларин, А.М. Наумов, О.Е. Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы Електротехніка і електромеханіка
description	Изложены основные положения метода экспериментального определения частотных характеристик проводимости со стороны обмотки статора асинхронной машины и соответствующих им электромагнитных параметров. Метод основан на опытных данных, регистрируемых при включении неподвижной электрической машины в сеть на две фазы. Приводятся результаты исследований для асинхронного двигателя типа 4А904LУ3.
format	Article
author	Ларин, А.М. Наумов, О.Е.
author_facet	Ларин, А.М. Наумов, О.Е.
author_sort	Ларин, А.М.
title	Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы
title_short	Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы
title_full	Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы
title_fullStr	Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы
title_full_unstemmed	Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы
title_sort	определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2005
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142494
citation_txt	Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы / А.М. Ларин, О.Е. Наумов // Електротехніка і електромеханіка. — 2005. — № 1. — С. 51-54. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT larinam opredeleniečastotnyhharakteristikasinhronnyhmašinizopytovvklûčeniâihvsetʹnadvefazy AT naumovoe opredeleniečastotnyhharakteristikasinhronnyhmašinizopytovvklûčeniâihvsetʹnadvefazy
first_indexed	2025-07-10T15:08:02Z
last_indexed	2025-07-10T15:08:02Z
_version_	1837273014598631424
fulltext	ISBN 966-593-254-3 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №1 51 УДК 621.313.32.001 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ МАШИН ИЗ ОПЫТОВ ВКЛЮЧЕНИЯ ИХ В СЕТЬ НА ДВЕ ФАЗЫ Ларин А.М., к.т.н., доц., Наумов О.Е. Донецкий национальный технический университет Украина, 83000, Донецк, ул. Артема, 58, ДонНТУ, кафедра “Электрические системы” Тел. (0622) 91-03-07, E-mail: lam@elf.dgtu.donetsk.ua Викладені основні положення методу експериментального визначення частотних характеристик провідності з боку обмотки статора асинхронної машини і відповідних ним електромагнітних параметрів. Метод засновано на дослід- них даних, які реєструються при ввімкненні нерухомої електричної машини до мережі на дві фази. Наведені резуль- тати досліджень для асинхронного двигуна типу 4А904LУ3 Изложены основные положения метода экспериментального определения частотных характеристик проводимости со стороны обмотки статора асинхронной машины и соответствующих им электромагнитных параметров. Метод основан на опытных данных, регистрируемых при включении неподвижной электрической машины в сеть на две фа- зы. Приводятся результаты исследований для асинхронного двигателя типа 4А904LУ3. ВВЕДЕНИЕ Вопросам определения электромагнитных пара- метров (ЭМП) машин переменного тока специалиста- ми уделяется большое внимание [1-4]. Разрабатыва- ются методы, позволяющие определять эквивалент- ные электромагнитные параметры, адекватно учиты- вающие сложные явления вытеснения тока и насыще- ния [5-8]. Такой учет возможен только при отражении электромагнитных свойств ротора совокупностью параметров в виде частотных характеристик (ЧХ) или многоконтурных схем замещения. В последние годы определение ЭМП направлено на использование исходной информации рабочих и нормальных переходных процессов, протекающих в условиях питания машины от сети рабочего напряже- ния. В [9] предложен метод определения ЧХ прово- димости со стороны обмотки статора электрической машины (ЭМ) с симметричной конструкцией ротора, основанный на данных измерений токов и напряже- ний при включении в сеть заторможенной машины. Недостатки указанного способа связаны со сложностью реализации опытов, требующих приме- нения специального устройства для затормаживания ротора, проверки и регулировки коммутационного устройства с целью обеспечения одновременной по- дачи напряжений на три обмотки статора. В настоящей работе предлагается метод опреде- ления ЧХ асинхронных машин (АМ), соответствую- щих заданному уровню насыщения магнитной цепи, по данным переходного процесса при подаче испыта- тельного напряжения на две фазы обмотки статора. Этим самым исключается необходимость в вы- полнении подготовительных работ по затормажива- нию ротора двигателя и регулировки коммутирующе- го устройства. ОБОСНОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ Метод основан на установленных в [4] и уточнен- ных в [10] связях между составляющими переходного тока статора при включении ЭМ в сеть и их частотны- ми характеристиками или токовыми диаграммами. В соответствии с [4] при подаче напряжения на две фазы обмотки статора неподвижной ЭМ требует- ся рассмотреть по методу наложения процесс вклю- чения машины на системы напряжений прямой и об- ратной последовательности. Величины напряжений при этом должны быть одинаковыми и равными по- ловине напряжения, подводимого к обмотке статора. На рис. 1 приведена векторная диаграмма в на- чальный момент подключения неподвижного АД к источнику трехфазного напряжения прямой последо- вательности. Рис. 1. Векторная диаграмма составляющих прямой последовательности в начальный момент подключения к сети неподвижного АД на две фазы 10s i − 11s i − − − 1U 121s i − 122s i − 12s i − +j S=0 S=1 аrg11 аrg12 Закон изменения изображающего вектора пере- ходного тока статора прямой последовательности во времени в неподвижных осях описывается следую- щим уравнением [10]: ∑ = − − −ωω =− ω =−− + ++= N k Tr t rks T t tj ts tj tss k aa ei eeieiti 1 12 )0(11)0(101 )( . (1) где )0(10 =− ts i - вектор установившегося тока статора; )0(11 =− ts i - вектор апериодической составляющей пе- реходного тока в начальный момент времени; aT , aω - постоянная времени затухания и собственная частота вращения вектора апериодического тока статора; rksi 12− , rkT - начальные значения и постоянные вре- мени затухания составляющих периодического тока с 52 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №1 ISBN 966-593-254-4 учетом влияния активного сопротивления обмотки статора; N - количество контуров на роторе. При подаче на АД системы напряжений обрат- ной последовательности возникают составляющие токов, векторы которых являются комплекно- сопряженными соответствующим векторам прямой последовательности (рис.1). При этом направления вращения векторов апериодического и установивше- гося токов статора должны быть изменены на проти- воположные. С учетом этого изменение модуля изоб- ражающего вектора тока статора обратной последова- тельности будет описываться следующим соотноше- нием: ∑ = − −ωω− =− ω− =−− + ++= N k Tr t rks T t tj ts tj tss k aa ei eeieiti 1 12 * _ )0(11 * )0(10 * 2 )( . (2) В соответствии с принципом наложения изобра- жающий вектор полного тока статора представляет собой сумму отдельных составляющих: ( ) ( ) ( )tititi sss 21 −−− += . (3) Полученные математические соотношения (1) – (3) представляют собой модель изображающего век- тора тока обмотки статора при включении неподвиж- ного АД в сеть на две фазы. В соответствии с нею может быть предложена методика определения ЧХ проводимости со стороны обмотки статора по данным опыта подачи напряжения на две фазы неподвижной машины. АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АМ Предполагаются известными следующие пара- метры АМ: индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора σx ; активное сопротивление обмот- ки статора sr и индуктивное сопротивление ветви намагничивания µx . В опыте регистрируются мгно- венные значения одного фазного тока и подведенного напряжения. Будем предполагать, что напряжение подается на фазы В и С. По данным измерения мгновенных величин тока определяются значения модуля обобщенного вектора переходного тока статора для различных моментов времени: ))()(( 3 2)( 22 lclblîïs tititI += , nl ,...,2,1= , (4) где n - количество измерений переходных токов. По данным измерения тока и напряжения в уста- новившемся режиме после подключения машины к источнику напряжения определяется модуль )( 0srI и аргумент )( 0rα векторов токов 10sri− и 20sri− , которые отражают влияние активного сопро- тивления обмотки статора sr . Рассчитываются начальные значения векторов апериодических составляющих прямой ( )011 =− tsri и обратной ( )021 =− tsri последовательностей, постоянная времени их затухания aT и собственная частота вра- щения aω : j rxx Ui stsr ++ = µσ =− 5,0 )0(11 , )0(11 * _)0(21_ == = tsrtsr ii , ( ) ω⋅ = =− stsr a ri T ]Re[ 1 01 , ( ) stsra ri ⋅=ω =− ]Im[ 01 . (5) где U – напряжение, подводимое к обмотке статора в опыте. В соответствии с методикой, описанной в [10], определяется модуль 20srI и аргумент 2rα векторов полных токов ( )012 =− tsri и ( )022 =− tsri в начальный мо- мент времени: ( ) 220012 rj srtsr eIi α =− = , ( ) 220022 rj srtsr eIi α− =− = . (6) Представим составляющие векторов rksi 12− и rksi 22− через значения модулей и аргументов. С уче- том того, что векторы составляющих обратной после- довательности являются комплексно-сопряженными соответствующим векторам прямой последовательно- сти, имеем: kj rksrks eIi arg 212 =− ; kj rksrks eIi arg 222 − − = , (7) где rksI 2 , karg - модуль и аргумент вектора k-ой со- ставляющей переходного периодического тока стато- ра (рис. 1). Тогда, в уравнениях (2) и (3) неизвестными бу- дут начальные значения модулей rksI 2 и аргументы karg , а также постоянные времени rkT затухания составляющих периодических токов 12si− и 22si− . В общем случае, при наличии на роторе N числа конту- ров, их нахождение требует решения оптимизацион- ной задачи. Оптимизации подлежит функция, которая определяет значения модулей изображающего тока статора для различных моментов времени: ] [),arg,,( 1 arg 2 1 arg 21 10 02 1 10 0 ∑ ∑ = −− = −−−− −−− + +++ +++ += N k Tr t i rks N k Tr t i rks T t tjj sr T t tjj sr jtj sr itj srrkkrkss kk kkaar aarr r eeI eeIeeeI eeeIeeI eeIModTItI ωα ωααω αω (8) Для отыскания неизвестных в работе использо- валась функция универсального математического па- кета MathCad 7.0 “Civen……Minerr”. С помощью этой функции определяются значения rksI 2 , karg и rkT , входящие в правую часть уравнения (8), при которых модуль рассчитываемой правой части минимально отличается от модуля экспериментально полученной в соответствии с (4) левой части ( )(tI опs ) для всех заданных значений времени, т.е. )(),arg,,( 2 lопsrkkrksls tITItI = ; k = 1, 2…N ; l = 1, 2, 3….n. (9) Таким образом, в результате оптимизации функ- ISBN 966-593-254-3 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №1 53 ции (9) находим векторы составляющих переходного периодического тока статора с учетом влияния актив- ного сопротивления: kj rks rks eIi arg 2 2 = − . Дальнейший расчет ЧХ и эквивалентных пара- метров схем замещения производится в соответствии с методикой, изложенной в [10]. Проведение серии опытов при различных значе- ниях напряжения позволит, как и в случае подачи трехфазного напряжения, получить семейство ЧХ, соответствующих различным уровням насыщения путей магнитных потоков. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АД Достоверность предложенных в работе теорети- ческих положений метода оценивалась путем прове- дения математического эксперимента (МЭ). В МЭ эталонным сигналом являлись кривые изменения фа- зных токов, вычисленные методом симметричных составляющих по заданным значениям параметров общепринятой (Т-образной) схемы замещения АД типа АО-51-4 путем численного интегрирования ди- фференциальных уравнений Парка-Горева. Расчетная схема замещения для определения сота- вляющих прямой последовательности приведена на рис.2. По данной схеме замещения рассчитывались сос- тавляющие прямой последовательности фазных токов и через них - полные фазные токи при включении АД на две фазы. Полученые зависимости использовались в качестве эталонного сигнала для проверки достовернос- ти предложенного алгоритма определения ЧХ асинх- ронных машин. Исследования показали, что с учетом и без учета влияния активного сопротивления обмотки статора рассчитанные и исходные ЧХ оказались близ- кими между собой. Максимальная погрешность во всем диапазоне скольжений не превышает 11,3%. При этом во временной области несовпадение модулей изобра- жающих векторов не превысило 6,5%. Экспериментальным путем определялось семей- ство ЧХ асинхронного двигателя типа 4А90L4У3 ( 2,2=номP кВт; 380=номU В; 9,4=номI А; 83,0=ϕCos ; 1420=номn об/мин), соответствующих различным уровням насыщения. В качестве исходных данных принимались следующие паспортные данные (о.е.): 083.0=σx ; 057.0=sr ; 708.2=µx . Было про- изведено десять опытов подачи напряжения на две фазы неподвижного АД. Значения напряжений изме- нялись в пределах от 0.115 о.е. до 0.525 о.е. с шагом примерно равным 0.065 о.е. Значения установивших- ся токов в обмоках статора изменялось в пределах от 0,512 до 2,67 номинального. В опытах с помощью цирового регистратора фирмы "РЕКОН" измерялись ток и фазное напряжение. В качестве примера на рис.3 приведены зависи- мости изменения модулей изображающего тока ста- тора, полученных для случая подачи напряжения, равного 0,326 Uном. Как следует из рис.3, отличие эксперименталь- ной зависимости (кривая 2) от рассчитанной по (1) - (3) после операции оптимизации (8) (кривая 1) не превышает 7,5% на всем интервале регистрации пере- ходного процесса. Полученные по предложенной методике ЧХ про- водимости со стороны обмотки статора для некото- рых значений напряжений (0,115 - кривая 1; 0,326 - кривая 2; 0,511 - кривая 3) приведены на рис.4. Во всех исследуемых случаях АД удалось представить одним демпферным контуром. Анализ полученных ЧХ позволил установить, что имеет место тенденция к увеличению относитель- ных амплитудных значений тока статора с увеличени- ем подаваемого на АД напряжения. Величина макси- мального отличия модулей комплексной проводимо- сти для исследуемого диапазона напряжений состав- ляет 5,3 раза при скольжении 0,018 о.е. Увеличение амплитудных значений пусковых токов ( ])([ 1=sjsyMod ) происходит значительно в меньшей степени и составляет всего 1,1 раза. 0 1 2 3 4 5 60 1 2 3 0,05 1,01,0 1,0 0,5 0,5 0,2 0,2 0,2 0,10,1 0,1 0,05 0,05 0,01 0,01 Im [Y (js )] , o .e Re[Y(js)], o.e Рис.4. ЧХ АД типа 4А90L4У3 2 1 3 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0 5 10 Время, с M od [I s(t )] , о .е . Рис. 3. Изменение модуля изображающего вектора тока статора при включении АД на две фазы 1 2 X2(s) Xµ X΄r1 X΄rN Xσ R΄rN js R΄r1 js Rs j Y(js) Y΄(js) Рис. 2. Схема замещения для расчета токов прямой последовательности 54 Електротехніка і Електромеханіка. 2005. №1 ISBN 966-593-254-4 Аргумент комплексной проводимости более су- щественно зависит от величины насыщения. При этом характер изменения оказывается различным в различ- ных областях скольжений. Так, в диапазоне скольже- ний от 0,001 до 0,018 о.е. фаза увеличивается при уве- личении степени насыщения. В области значений скольжений от 0,018 до 1 о.е имеет место обратное влияние насыщения. При изменении напряжения в опытах от 0,115 о.е. до 0,525 о.е. фаза при скольжении s=1 уменьшилась в 7,3 раза, при s=0.001 – примерно во столько же раз увеличилась. Это свидетельствует о существенном изменении шкалы скольжений частот- ных характеристик (круговых диаграмм). Зависимость изменения сверхпереходного со- противления "x исследуемого АД в функции пуско- вого тока статора практически совпала с аналогичной зависимостью, полученной в [10] по данным опытов включения неподвижного АД на три фазы. На рис. 5 представлены экспериментальные за- висимости индуктивных и активных сопротивлений Г-образной (кривые 1 и 3 соответственно) и Т- образной (кривые 2 и 4 соответственно) схем замеще- ния АД от величины установившегося тока статора. Указанные зависимости получены в предположении, что сопротивление рассеяния статора не зависит от тока. Проведенный анализ показал, что зависимости индуктивных сопротивлений от тока статора можно аппроксимировать следующими линейными зависи- мостями: IIX g ⋅−= 009.0225.0)( ; (10) IIX t ⋅−= 008.013.0)( . (11) Зависимости активных сопротивления Г-образной и Т-образной схем замещения практически совпали ме- жду собою: IIR ⋅−= 014.0044.0)( . (12) ЗАКЛЮЧЕНИЕ Предложенный метод позволяет по данным из- мерений токов и напряжений при включении в сеть неподвижных асинхронных машин на две фазы опре- делять их частотные характеристики с учетом много- контурности ротора и насыщения путей магнитных потоков. ЛИТЕРАТУРА [1] Рогозин Г.Г. Определение электромагнитных парамет- ров машин переменного тока. Новые эксперименталь- ные методы. – К.: Техніка, 1992. – 168 с. [2] Артишевская С.В. Экспериментально-аналитический метод определения параметров асинхронных машин // Электричество. – 1999. - №11. – С. 21-23. [3] Попов В.И., Макаров Л.Н. К экспериментальному опре- делению параметров схемы замещения асинхронной машины // Электричество. – 1993. - № 1. - С. 49-52. [4] Казовский Е.Я., Рубисов Г.В. Переходные процессы в синхронных машинах при анормальных режимах в эне- ргосистеме. – СПб.: Наука, 1994. – 172 с. [5] Рогозин Г.Г., Пятлина Н.Г. Способ идентификации аси- нхронной машины по экспериментальным данным ее динамического режима // Электричество. – 1981. - № 4. – С. 47-49. [6] Рогозин Г.Г., Ларин А.М., Ларина И.И. Определение зависимости параметров эквивалентного демпферного контура турбогенератора от начального значения тока короткого замыкания // Электротехника. – 1999. - №12. – С. 14-17. [7] Donesku V., Charette A., Yao Z., Rajagopalan V. Modeling and simulation of saturated induction motors in phase quantities // IEEE Trans. Energy Convers. – 1999. – 14, 3. – P. 386-393. [8] Verbeeck Jef, Pintelon Rik, Lataire Philippe. Influence of saturation on synchronous machine parameters in standstill frequency response test // IEEE Trans. Energy Convers. – 2000. – 15, 3. – P. 277-283. [9] Ларин А.М., Абдессалем Ламари. Экспериментальное определение частотных характеристик асинхронных двигателей по данным опытов включения их в сеть // Ві- сник Східноукраїнського нац. ун.-ту. - 2001. - №3 (37). - С. 175-183. [10] Ларин А.М., Абдессалем Ламари, Ларина И.И. Экспе- риментальное определение частотных характеристик асинхронных машин при различных уровнях насыщения // Електротехніка і Електромеханіка.– 2003.- №4. – С.52- 58. Поступила 08.09.2004 3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 30 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 1 2 3 4 С оп ро ти вл ен ия , о .е . Рис.5 Зависимости сопротивлений схем замещения от установившегося тока статора Ток статора, о.е.

Определение частотных характеристик асинхронных машин из опытов включения их в сеть на две фазы

Institution

Ähnliche Einträge