Способ определения индуктивного сопротивления электродвигателей переменного тока
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении синхронными или асинхронными электродвигателями или в процессе лабораторного определения их параметров. Технический результат изобретения, позволяющий снизить время определения индуктивного сопротивления, достигается путем того, что в способе определения индуктивного сопротивления электродвигателя переменного тока, в соответствии с которым на электродвигатель подают скачкообразное ступенчатое напряжение, которое формируют с помощью инвертора с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения, дополнительно определяют первую производную фазного тока электродвигателя в конечной и начальной точках сопрягаемых коммутационных интервалов инвертора, а индуктивное сопротивление определяют при работающем электродвигателе по напряжению питания инвертора и по дополнительно определенным первым производным фазного тока электродвигателя. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при управлении синхронными или асинхронными электродвигателями или в процессе лабораторного определения их параметров.
Известен "классический" способ определения индуктивного сопротивления нагрузки на основе предварительных измерений напряжения, тока нагрузки и угла сдвига между ними с последующим вычислением реактивной мощности и соответствующего реактивного сопротивления [Г.И. Атабеков. Основы теории цепей. Учебник для вузов. М., "Энергия", 1969, с. 36-46]. Недостатком данного способа является наличие большого количества датчиков, сложность вычисления мощностей при несинусоидальных токах и напряжениях, низкое быстродействие. Известен способ определения синхронного реактивного сопротивления синхронного двигателя из полученных опытным путем характеристик холостого хода и короткого замыкания [К.П. Ковач, И. Рац. Переходные процессы в машинах переменного тока. Госэнергоиздат, М.-Л., 1963, с. 110, 111]. Недостатком данного способа является невозможность его оперативного применения в электроприводе. Наиболее близким к предложенному способу является способ определения индуктивного сопротивления электродвигателей переменного тока, питающихся от сети постоянного тока через коммутирующие ключи, в соответствии с которым с помощью коммутирующего ключа на заторможенный электродвигатель подают скачкообразное ступенчатое напряжение, анализируют кривую переходного процесса тока, строят графики частотных характеристик и по ним определяют эквивалентное индуктивное сопротивление [Е.В. Кононенко, Г.А. Сипайлов, К.А. Хорьков. Электрические машины (спец. курс). Учебное пособие для вузов. М., "Высшая школа", 1975, с. 141-147]. Недостатком данного способа являются его ограниченные функциональные возможности из-за длительной реализации, и как следствие невозможность его оперативного применения в электроприводе. Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей путем существенного снижения времени реализации за счет использования информативных свойств инвертора напряжения, и таким образом создание возможностей непосредственного использования в работающем электроприводе переменного тока. Поставленная задача находит свое решение в том, что в способе определения индуктивного сопротивления электродвигателей переменного тока на электродвигатель подают скачкообразное ступенчатое напряжение. Новым является то, что скачкообразное ступенчатое напряжение формируют с помощью инвертора с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения, дополнительно определяют первую производную фазного тока электродвигателя в конечной и начальной точках сопрягаемых коммутационных интервалов инвертора, а индуктивное сопротивление определяют в соответствии с выражениями:![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521496.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521497.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521498.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521499.gif)
где Хэкв - эквивалентное индуктивное сопротивление электродвигателя;
Ud - постоянное напряжение питания инвертора;
mн1 = tg
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
mн2 = tg
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
mн3 = tg
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
За счет указанной совокупности отличительных признаков предлагаемый способ позволяет расширить функциональные возможности за счет существенного снижения времени реализации благодаря информативным свойствам инвертора, и на этой основе создать возможность непосредственного использования способа в работающем электроприводе переменного тока. На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения индуктивного сопротивления электродвигателей переменного тока. Фиг.2 иллюстрирует определение первых производных в начальных и конечных точках коммутационных интервалов инвертора. Устройство (фиг. 1) содержит электродвигатель 1 переменного тока, соединенный цепями статора через датчик 2 фазных токов с выходом инвертора 3 напряжения, силовой вход которого соединен с источником 4 постоянного тока. Инвертор 3 напряжения своим управляющим многофазным входом подключен к первому многофазному выходу схемы 5 управления, второй выход которой соединен с первым входом коммутатора 6. Выход коммутатора 6 соединен со входом дифференциатора 7, выход которого подключен к первому входу вычислителя 8. Второй вход вычислителя 8 соединен с выходом источника постоянного тока 4. В качестве датчика 2 могут быть использованы стандартные датчики, основанные на эффекте Холла. Инвертор 3 выполняется по мостовой схеме с мостом обратных диодов. Коммутатор 6 представляет собой набор логически коммутируемых ключей. Дифференциатор 7 выполняется на аналоговых операционных усилителях с резистивно-емкостными цепями, либо в цифровом виде. Совокупности устройств 5-8, производящих функции формирования сигналов управления инвертором и вычисления, может быть реализована на программируемом микроконтроллере. Способ определения индуктивного сопротивления электродвигателей переменного тока заключается в следующем. При питании электродвигателя переменного тока от трехфазного инвертора с прямоугольно-ступенчатой формой выходного напряжения фазный ток на коммутационных интервалах 0-
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521500.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521501.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521502.gif)
где Rэкв, Хэкв - соответственно эквивалентные активное и реактивное сопротивления фазы двигателя;
k=Rэкв/Хэкв;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521503.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
Ud - постоянное напряжение на входе инвертора;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/920.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521504.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521505.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521506.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521507.gif)
где
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521508.gif)
Аналогично получаются выражения для определения Хэкв в точках сопряжения зон А и С (фиг.2):
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521509.gif)
и
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521510.gif)
При необходимости фазное напряжение в выражениях (7) - (10) можно заменить на амплитуду фазного напряжения электродвигателя, т.е. Ud=3/2U1. Обращает на себя внимание тот факт, что в выражениях (8) - (10) отсутствуют активные сопротивления. Это объясняется тем, что во-первых, в вопросе преобразования электромагнитной энергии главную роль играет индуктивное сопротивление как атрибут накопления и преобразования, а во-вторых, при скачкообразном ступенчатом изменении напряжения питания наклон тока непосредственно после скачка относительно существовавшего наклона определяется только индуктивным сопротивлением. Устройство, представленном на фиг. 1, работает следующим образом. При подаче напряжения питания схема 5 управления формирует трехфазную систему напряжений с относительным сдвигом фаз в 120o(эл.), необходимых для работы инвертора 3, в результате которой на его выходе формируется трехфазное прямоугольно-ступенчатое напряжение для питания электродвигателя 1 (фиг.2, пунктир). Дифференциатор 7 на одном из коммутационных интервалов вычисляет текущее значение первой производной фазного тока инвертора по углу
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/981.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/969.gif)
Формула изобретения
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521511.gif)
- для точки сопряжения интервалов
(
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521512.gif)
- для точки сопряжения интервалов
(0-
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521513.gif)
- для точки сопряжения интервалов
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/52/521514.gif)
где Хэкв - эквивалентное индуктивное сопротивление электродвигателя;
ud - постоянное напряжение питания инвертора;
mн1 = tg
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
mн1 = tg
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
mн3 = tg
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/960.gif)
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2