Автоматическое управление automatic control и идентификация and identification
|
Скачать 362.99 Kb.
|
АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ AUTOMATIC CONTROLИ ИДЕНТИФИКАЦИЯ AND IDENTIFICATIONУДК 681.5.015; 621.313.33 Критический экспертный анализ методов идентификации параметров асинхронных двигателей*Е.В. боловин 1 1634034, РФ, г. Томск, пр. Ленина, 30, Национальны исследовательский Томский политехнический университет, аспирант., e-mail: djon-raptor@mail.ru Построение систем управления электроприводами с асинхронными двигателями в настоящее время является одним из распространенных направлений в области электротехники и электротехнологий. Эффективная система управления базируется на получении корректных данных, поступаемых с датчиков и известных значениях электромагнитных и электромеханических параметров двигателя. Однако значения параметров асинхронных электродвигателей зависят от теплового состояния и режима работы. Следовательно, есть необходимость в определении текущих значений параметров электродвигателей непосредственно в процессе работы электропривода, что возможно путем проведения динамической идентификации переменных состояния и параметров электродвигателя. Целью данной работы является выбор наилучшего метода идентификации параметров асинхронных двигателей различных мощностей и типоразмеров на основании критического экспертного анализа. Приведен сравнительный анализ существующих на данный момент методов идентификации параметров асинхронных двигателей, представленных в российских и зарубежных литературных источниках. Подробно рассмотрен каждый представленный метод, выявлены сильные и слабые стороны каждого метода. Однако проведение сравнительного анализа на основании описания каждого метода, в связи с неполнотой и субъективностью представления методов, невозможно. В связи с этим приводится методика критического экспертного анализа методов идентификации параметров асинхронных двигателей, и применение данной методики для выявления наилучшего метода идентификации. В заключении представлены результаты критического экспертного анализа в виде таблицы. На основании таблицы выявлен наилучший метод. Рассмотрены и представлены основные проблемы при реализации данного метода, как части процедуры идентификации, решение которых приведет к улучшению метода в частности и процедуры идентификации в целом. Ключевые слова: Асинхронный электропривод, идентификация параметров, анализ частотных характеристик, каталожные данные асинхронного электродвигателя, измерение активных и реактивных мощностей, нейронные сети, генетические алгоритмы, алгоритмы фаззи-логики, алгебраические методы идентификации, критический экспертный анализ. Введение Построение систем управления электроприводами с асинхронными двигателями в настоящее время является одним из распространенных направлений в области электротехники и электротехнологий. Эффективная система управления базируется на получении корректных данных, поступаемых с датчиков и известных значениях электромагнитных и электромеханических параметров двигателя. Однако значения параметров асинхронных электродвигателей зависят от теплового состояния и режима работы. Например, в режиме прямого пуска индуктивность может измениться на 30-40%, а активное сопротивление ротора – более чем в полтора раза. В свою очередь активное сопротивление статорной обмотки, зависящее от теплового состояния, может изменяться на 20-30% в процессе работы двигателя. Данное явление особенно характерно для повторно-кратковременного режима [1-3]. Следовательно, есть необходимость в определении текущих значений параметров электродвигателей непосредственно в процессе работы электропривода, что возможно путем проведения динамической идентификации переменных состояния и параметров электродвигателя. В настоящее время разработано множество методов, посвященных идентификации электромагнитных и электромеханических параметров асинхронного двигателя, основанных на разных принципах их проведения и работы в целом. Однако не существует универсального метода идентификации и каждый из них имеет свои недостатки и преимущества. Целью данной работы является выбор наилучшего метода идентификации параметров асинхронных двигателей различных мощностей и типоразмеров на основании сравнительного анализа существующих на данный момент методов, представленных в российских и зарубежных литературных источниках, выявление сильных и слабых сторон каждого метода, и проведения независимого критического экспертного анализ методов идентификации параметров асинхронных двигателей. МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК Одним из способов идентификации электромагнитных параметров асинхронных двигателей является анализ частотных характеристик. Работу [4] можно считать одной из первых работ относящихся к данной группе методов определения параметров асинхронного электродвигателя. Метод позволяет определить значение индуктивного сопротивления ротора асинхронной машины. Данные для вычисления параметров берутся из опытов холостого хода, варьируя скорость ротора, при этом ротор раскручивают посторонним двигателем. Оценки индуктивных сопротивлений ротора получаются устойчивыми и с погрешностью не более 7%. Основными недостатками метода являются получение только одного электромагнитного параметра и необходимость вывода из работы двигателя для проведения процедуры идентификации. Определение всех электромагнитных параметров статора, представлены в [5]. Метод основан на анализе частотных характеристик, полученных из опытов затухания постоянного тока в обмотке статора. Однако для проведения таких опытов необходимо наличие регулируемого источника переменного напряжения, вывод из эксплуатации и частичный разбор двигателя. Развитие [5] привело к созданию метода, представленного в работе [6]. Суть метода аналогична предыдущему. Единственным отличием является возможность дополнительного определения действующего значения ЭДС двигателя, что привело к усложнению метода. Интересной работой является [7]. Автор предлагает находить сопротивления статора и ротора асинхронного электродвигателя не в явном виде, а через проводимости. Необходимые данные снимаются при подачи переменного напряжения в статорный контур при неподвижном роторе и регистрации мгновенных значений тока до затухания переходного процесса. К сожалению, погрешность оценок активных сопротивлений составляет более 10%. Другая методика определения параметров асинхронного двигателя с помощью анализа частотных характеристик базируется на анализе гармоник мгновенной мощности при питании АД от источника полигармонического напряжения [8], при этом, составляющие мощности определяются для каждого элемента отдельно. Погрешность оценок параметров составляет не более 7%. Однако для реализации данного метода необходимо использовать источник низкочастотного напряжения. Развитие [8] привело к созданию подобных методов с единственным отличием: для питания асинхронного электродвигателя используют синусоидальный источник, а необходимый спектр частот получают от фиктивного источника, который вводится искусственно, в виде математической поправки в балансе мощностей [9,10]. Данная методика уменьшает погрешность оценок до 6%. Работы [4-14], относящиеся к группе методов определения параметров асинхронных двигателей на основе анализа частотных характеристик, имеют общие недостатки:
МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПО КАТАЛОЖНЫМ ДАННЫМ Следующим способом идентификации электромагнитных параметров асинхронных электродвигателей является определение параметров схемы замещения асинхронных электродвигателей по каталожным данным. Данная методика распространена в инженерской практике. Основой развития данного способа можно считать работы [15-20]. В данных работах определение электромагнитных параметров асинхронного двигателя проводится по приближенным формулам, полученным из уравнений равновесия, описывающих схему замещения электродвигателя. Основными недостатками метода являются: низкая точность идентификации и определение параметров только серийных двигателей. Усовершенствование [15-20] привело к созданию работы [21], которая является хорошим примеров определения параметров асинхронных машин по каталожным данным. С помощью данного метода можно определить активное и индуктивное сопротивление статора, приведенные к статору активное и индуктивное сопротивление ротора и индуктивное сопротивление цепи намагничивания асинхронных электродвигателей серии 5А в диапазоне мощностей от 1,5 до 250 кВт. Особенностью работы [21] является получение заведомо завышенной оценки активного сопротивления статора и заниженного значения приведенного к статору активного сопротивления ротора. В связи с этим, автор проводит скрупулезный анализ данных погрешностей для двигателей различной мощности и дает советы по снижению риска получения недостоверной информации. Достоинством работы [21] является определение параметров с учетом явления вытеснения тока в стержнях обмотки ротора, зависящее от глубины паза. Однако автор признается, что малое значение глубины паза приводит к неустойчивости решения. К основными недостатками работы относятся: получение погрешностей оценок при пуске двигателя любой мощности до 20%; неприемлемость использования данного метода для маломощных двигателей до 5 кВт, так как погрешность может достигать 30%. Другая методика определения параметров асинхронных двигателей описана в [22]. В отличии от [21], в работе [22] определяются все параметры схемы замещения, включая активное сопротивление цепи намагничивания. Также получение оценок активных сопротивлений статора и ротора построено с учетом их изменения в зависимости от температуры. К сожалению, методика сведена только к определению данных параметров при нерабочем двигателе и при номинальном режиме работы с усредненной температурой обмоток. Еще одни минус – возможность применения данного метода только к маломощных двигателям. Методы, предложенные в работах [21] и [22] являются слишком сложными и громоздкими. Их развитием можно считать [23], благодаря простоте расчета и точности получаемых оценок. Данная методика не нуждается в априорных расчетах коэффициента приведения и дальнейшего анализа полученных оценок параметров и их перерасчетов, кроме приведенного к статору активного сопротивления ротора. Однако из-за облегчения метода появляется необходимость измерения реактивной потребляемой мощности для получения оценки индуктивного сопротивления цепи намагничивания. Еще одним недостатком является применение рассмотренной методики для асинхронных электродвигателей с мощностью выше 30 кВт. Определение всех параметров схемы замещения АД любой мощности серий 4А, А4 и АТД представлено в [24]. Ярким моментом в работе можно считать учет зависимости активного и индуктивного сопротивлений ротора от скольжения. К еще одному положительным моменту можно отнести то, что по данной методике возможно определить параметры на основании экспериментальных данных, к сожалению, снимать которые необходимо в трех отдельных режимах. Оценки параметров схемы замещения имеют погрешность не более 15%, что допустимо для инженерской практики, однако полностью не подходит для построения систем диагностики и управления. Усовершенствование [24] привело к созданию метода, представленного в [25]. В работе [25] средняя погрешность оцениваемых параметров снизилась до 5% за счет усложнения расчета, что приводит к громоздкости системы. Данный метод как и представленный в [25] подходит для двигателей серий 4А, А4 и АТД, что не гарантирует правильности определения параметров двигателей более новых серий 5А и 6А. Работы [16-25], относящиеся к группе методов определения параметров схемы замещения асинхронных электродвигателей по каталожным данным, имеют общие недостатки:
МЕТОДЫ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ИЗМЕРЕНИЯ АКТИВНОЙ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТЕЙ Другой способ идентификации параметров асинхронных электродвигателей основывается на сборе информации с датчиков тока, напряжения, активной и реактивной мощностей и скорости. Одни из первых работ данной группы [26-29] использовали данные, полученные из опытов холостого хода и короткого замыкания. Однако определить значения параметров можно было только для асинхронных машин нормального исполнения, в связи с принимаемым условием, что индуктивность намагничивающего контура намного превосходит индуктивность, обусловленную полем рассеяния статора. Еще одним недостатком является необходимость предварительного измерения сопротивления статорной обмотки при подаче на нее постоянного тока. Метод определения всех электромагнитных параметров асинхронного двигателя представлен в работе [30]. Данный метод является довольно простым в реализации и основывается на записи необходимых данных с датчиков активной и реактивной мощностей, токов и напряжений статора и дальнейшей работе с ними. Однако автор признается, что значение активного сопротивления статора получатся завышенным и связывает это с тем, что в снимаемую электрическую мощность входит мощность потерь в магнитопроводе, не учитываемая в схеме замещения. К основному недостатку метода относится получение больших погрешностей оценок активного сопротивления ротора и индуктивности рассеяния. Для уменьшения погрешности предлагается пересчитывать оценки данных параметров на каждом этапе при получении их значений на предыдущем, что значительно снижает быстродействие метода. В работе [31] предложена методика определения параметров асинхронного электродвигателя, учитывающая насыщение ветви намагничивания и ее влияние на индуктивные сопротивления. Особенностью метода является разложение и перенос ветви намагничивания в схемах замещения двигателя, снятие сигналов датчиков тока, напряжения и мощности с учетом полученных схем и дальнейшая идентификация параметров на каждом этапе. К сожалению, данная методика подходит только для двигателей серийного производства средней и большой мощности, а погрешность в среднем составляет 10%. В отличии от работ [26-31], метод представленный в [32] базируется на получении информации с датчиков в следующих двух режимах: холостой ход и работа двигателя с заторможенным ротором. Последний режим реализуется при питании статора асинхронного электродвигателя пониженным напряжением. К недостаткам метода относятся: необходимость предварительного измерения активного сопротивления статора двигателя и невозможность определения индуктивности, обусловленной магнитным потоком в воздушном зазоре электродвигателя. Одним из методов идентификации с получением малой погрешности оценивания можно считать работу [33]. Суть метода аналогичен. представленному в [30], отличием является получении информации в других режимах работы двигателя: пуск и дальнейшая работа на холостом ходу. К сожалению, при высокой точности, метод применим только к серийным асинхронным машинам мощностью 1 МВт и выше. Работа [34] совершенно отличается от предыдущих работ данной группы методов, так как основной целью является определение вращающего момента асинхронного двигателя. Метод основан на получении информации с датчиков токов, напряжения, скорости и мощности. К достоинствам работы относятся: предложена методика определения электромагнитного момента асинхронного двигателя с учетом влияния вихревых токов и поверхностного эффекта в стержнях ротора; погрешность оценки электромагнитного момента двигателя во время работы на холостом ходу составляет не более 5%. Однако в течении пуска двигателя данная погрешность достигает 20%. Недостатки данной группы, основывающейся на сборе информации с датчиков:
|
||||||||
Похожие:
 |
Организации, не являющейся юридическим лицом / Business name/disregarded... Идентификация номера и сертификации налогоплательщика / Request for Taxpayer Identification Number and Certification |
 |
Том 2 «Техническая часть» Дисплей, автоматическое удаление накипи, автоматическое приготовление капучино, встроенная кофемолка |
|
Инструкция по эксплуатации установки обработки воды гидразином Автоматическое управление, защиты, КиП, технологические блокировки и сигнализация установки 12 |
|
Инструкция по эксплуатации установки обработки воды фосфатами Автоматическое управление, защиты, КиП, технологические блокировки и сигнализация установки 15 |
|
Kerio Control Software Appliance 0 build 1988 (4/22/2014) Linux Присоединившись к любому свитчу, поддерживающему vlan tagging в протоколе 802. 1Q, Kerio Control 4 может использовать виртуальные... |
|
С. В. Колосов Программирование в среде Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов специальностей «Автоматизированные... |
|
Лекция Автоматическое и автоматизированное управление. 5 Лекция Основные требования к scada-системам и их возможности. Аппаратные и программные средства scada-систем 17 |
|
Микроволновая вакуумная установка «муссон 2» модульная С. Высокое качество сушеного продукта, энерго-и ресурсосбережение, интерфейс с компьютером, автоматическое ворошение продукта в процессе... |
|
Детали Детский электромобиль Joy Automatic je128r retromobil инструкция по эксплуатации |
|
Бортовой компьютер Ния скорости, напоминает о сроках технического обслуживания автомобиля, определяет коды неисправностей контроллера, остаток топлива... |
|
Бортовой компьютер Ния скорости, напоминает о сроках технического обслуживания автомобиля, определяет коды неисправностей контроллера, остаток топлива... |
|
2016 Атомные станции Системы контроля и управления, важные для безопасности... Российской комиссией экспертов мэк/тк 45, и Федеральным государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский... |
|
Первая спецификация на atf (Automatic Transmission Fluid жидкость... Первая спецификация на atf (Automatic Transmission Fluid жидкость для автоматических коробок передач) типа "Dexron" была выпущена... |
|
Chevron atf+3® Automatic Transmission Fluid Правильная вязкость и фракционные характеристики- для гарантированного плавного переключение в коробках Chrysler |
|
Request for Taxpayer Identification Number and Certification Коммерческое обозначение/наименование организации, не являющейся юридическим лицом, если отличается от указанного выше |
|
Volume 3/5 Instrumentation and Control Work Specification |