Визначення електромеханічних параметрів асинхронного двигуна за даними динамічних режимів роботи

Abstract

Дана робота присвячена вирішенню актуальної задачі підвищення ефективності експлуатації асинхронних електродвигунів (АД) з короткозамкненим ротором, які широко застосовуються у гірничій промисловості. Особливості роботи гірничих машин із електроприводами вимагають точного знання параметрів електродвигунів, що безпосередньо впливають на їхню енергоефективність, стабільність та надійність роботи. Зокрема, параметри такі як ККД, пусковий момент, пусковий струм та інші, є критичними для синхронної роботи двигунів у складі скребкових конвеєрів, прохідницьких та очисних комбайнів. Незважаючи на важливість контролю технічного стану АД, на практиці оцінка їхніх електромагнітних параметрів при виробництві, ремонті чи експлуатації практично не здійснюється. Це обумовлено відсутністю прямих методів вимірювання параметрів, високою собівартістю традиційних випробувань, тривалістю процедур та впливом людського чинника. У зв’язку з цим у роботі досліджується підхід до визначення електромагнітних параметрів асинхронного двигуна за даними його динамічних режимів роботи. Такий підхід дозволяє оцінювати якість і технічний стан АД без необхідності проведення тривалих і дорогих експериментів. Розробка ефективних методів і алгоритмів обробки даних динаміки двигуна відкриває можливості для автоматизованої діагностики та оптимізації режимів експлуатації, що є вкрай важливим для підвищення продуктивності гірничих підприємств. Об’єкт дослідження – електромагнітні характеристики асинхронного електродвигуна в динамічних режимах роботи. Мета роботи – розробка високопродуктивного комплексу визначення електромагнітних параметрів асинхронних електродвигунів із короткозамкненим ротором за даними динамічних режимів роботи. Практичне значення полягає у розробці високопродуктивної системи визначення електромагнітних параметрів асинхронного двигуна за даними динамічних режимів роботи, що дозволяє підвищити продуктивність приймально-здавальних випробувань АТ, скоротити собівартість проведення випробувань, підвищити достовірність інформації, що отримується. У вступі обґрунтовано актуальність дослідження, пов’язану з необхідністю підвищення ефективності роботи асинхронних електродвигунів у гірничій промисловості. Розглядаються технічні вимоги до параметрів двигунів, їхній вплив на надійність та енергоефективність гірничих машин. Зазначено проблеми існуючих методів випробувань, зокрема їх високу тривалість, вартість і обмежену інформативність, що підкреслює доцільність розробки нових підходів до визначення електромагнітних параметрів двигуна за динамічними режимами роботи. У першому розділі здійснено формалізацію процесу визначення електромагнітних параметрів асинхронного двигуна на основі динамічних режимів його роботи. Побудовано математичну модель у координатній системі (α, β), визначено необхідні вхідні дані (струми, напруги), розроблено дискретні форми рівнянь для чисельного обчислення параметрів. Визначено алгоритм покрокового обчислення потокозчеплень, струмів ротора та індуктивностей, що забезпечує можливість ідентифікації характеристик двигуна без зупинки технологічного процесу. У другому розділі проведено верифікацію запропонованого алгоритму на прикладі пускового режиму асинхронного двигуна типу АІМ160М6. Реалізовано обчислювальний експеримент, в якому визначено зміну параметрів у часі. Проаналізовано точність розрахунків, співставлено отримані результати з еталонними залежностями. Показано, що алгоритм дозволяє ефективно відслідковувати зміну параметрів ротора у режимі пуску. У третьому розділі розглядаються джерела похибок, що виникають під час реалізації алгоритму: апроксимація похідних, вплив малих струмів у початкові моменти часу, чутливість до точності вхідних даних. Показано, що найбільші похибки виникають при обчисленні похідних струмів ротора та намагнічування. Для їх зменшення запропоновано перехід до похідних струмів статора та використання координатних перетворень у систему (u, v), що обертається разом із полем. У четвертому розділі порівнюються два алгоритми: традиційний у системі (α, β) та вдосконалений у координатах (u, v). Проведено аналіз точності, чутливості до шумів і стійкості обчислень. Показано, що алгоритм на основі системи, що обертається з частотою мережі, забезпечує менші похибки та більш надійні результати в усьому діапазоні швидкостей ротора. Обґрунтовано доцільність використання саме цього підходу для практичного визначення параметрів АД у складних умовах експлуатації.