Способ измерения индуктивных и актив-НыХ СОпРОТиВлЕНий элЕКТРичЕСКОй МАшиНы Советский патент 1981 года по МПК H02K15/00 

Изобретение относится к испытания и исследованиям электрических машин и может быть использовано для экспериментального определения индуктивных и активных сопротивлений экви валентных контуров ротора синхронной машины. Известны способы экспериментально го определения параметров синхронной машины путем снятия ее частотных характеристик при питании статора напряжением постоянной частоты и вращения ротора с разными скольжениями П. Недостатком этого способа является низкая точность из-за трудности разделения частотных характеристик по продольной и поперечной осям машины, особенно при искажении результ тов измерений остаточным намагничиванием. Известен способ определения параметров синхронной машины из опыта ; скольжения при непосредственном измерении токов статора в продольной и поперечной осях ( d и q ) при помощи специальных устройств. Обмотку статора подключают к сети переменного тока, ротор вращают другим двигателем или, при возможности, создают условия для его вращения приводным агрегатом. При различных значениях скольжения производят измерения (осциллографирование) в установившемся режиме, поддерживая Ькольжение постоянным. Б число измеряемых величин входят фазная мощность, на;пряжения статора, а также токи статора в осях d и q. Осциллографическую запись токов в осях d и q осуществляют при помощи углоизмерительных генераторов, фазорегуляторов и ваттметдовых вибраторов. По рейультатам измерений вычисляют частотные характеристики машины и находят необходимые параметры 2. Одним из недостатков данного способа являет :я сложность его экспери.ментальной части. На практике, особейно в промьшшенньк условиях, не всегда имеется возможность осуществ ления принудительного вращения ротора исследуемой-, машины с различными скольжениями. Необходимость измерения большого количества величин и использование при этом специальных, довольно сложных устройст усложняют способ и снижают его точность. В частност,и, погрешность мож быть внесена с искажением формы кри вой ЭДС углоизмерительного генерато ра., которая должна быть строго сину соидальной. . Следует отметить трудность подце живания постоянства скольжения, осо бенно при малых его значениях, из-з качаний первичного двигателя. В .то же время всякое изменение скольжения вызьшает переходный процесс. Так как по методу скольжения достоверная частотная характеристика может быть получена только из установившегося режима., непостоянст во скольжения может привести к су|Щественной погрешности, которая будет тем больше, .чем больше величина ускорения, развиваемого ротором машины. Указанная погрешность будет особенно велика в области ма лых скольжений, где величина тока статора зависит от скольжения в зна чительной степени. Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения индуктивных и активных сопротивлений электр ческой машины путем подключегшя статора к сети переменного тока, изменения тока и напряжения обмотки статора и ЭДС в обмотке, размещенной на .роторе, при вращающемся роторе, расчета по измеренным величинам искомых параметров 3j. Однако ЭДС по данному способу измеряют в специальной.измерительно обмотке, размещенной на роторе, что усложняет реализацию способа и делает его источником для явнополюсных синхронных машин, так как требу ет кроме всего прочего совмещения оси симметрии данной обмотки с продольной осью ротора. Цель изобретения - упрощение и повышение точности для явнополюсных синхронных машин. Поставленная цель достигается тем что фиксируют величину скольжения - ротора по крайней мере для двух мо- ментов времени, а ЭДС измеряют в отключенной от сети обмотке возбуждения.. Способ осуществляется следующим образом. На обмотку статора подают трехфазное напряжение. Ротор приводится во вращение электромагнцтньм моментом машины. Осциллографируют напряжения и токи статора, а также ЭДС обмотки возбуждения и скольжения. Из уравнений равновесия напряжений (эдс)обмотки статора, рассмотренных в моменты времени, соответствующие экстремумам и нулевым значениям ЭДС обмотки возбуждения, определяют значения угла поворота ротора относительно статора. Указанный угол определяют, например по аргументу обобщенного вектора потокосцепления или ЭДС основного магнитного потока. Далее, с учетом скольжения, вычисляют напряжения и токи статора в системе координат ротора (в осях d и q).B моменты времени, соответствующие различньм скольжениям, находят значения параметров машины из уравнений Парка-Горева, используя соотношения 1 9 -л di р V-Vd-K (3id соответственно потокосцепление и ток обмотки статора по продольной оси индуктивность рассеяния обмотки статора; ЭДС обмотки возбуждеt - время. Для измерения ЭДС обмотки возбуж-. ения цепь последней размыкают,Наодимое на зажимах цепи напряжение считают численно, равным ЭДС обмотки. ри этом полярность указанного напряения выбирают такой, чтобы при совадении продольной оси неподвижного отора с осью одной из фаз статора го фазовый сдвиг относительно напряения, данной фазы был максимальным. Задача определений параметров лектрической машины переменного тоа сводится, главным образом, к наождению зависимостей активных соjпротивлении и индуктивностей рассея ния эквивалентных роторных контуров от скольжения. Синхронные ивдук.тивности определяют по результатам перечисленных вьше измерений аналогично известнь1М методам. Активное сопротивление и индуктивность рассеяния обмотки статора должны быть известные , Угод поворота ротора относительн статора -f находят из уравнений равновесия напряжений обмотки статора. , Так, выражение для обобщенного вектора потокосцепления основного магнитного потока t m i tidt- L I, (г) где вектора напряжения, и тока статора; 1 - активное сопротивление; . Ь - индуктивность рассеяния обмотки статора. Вычислив в системе координат ста тора, при достижении ЭДС обмотки возбуждения экстремума Е или нулевого значения, вектор Чуу можно по его аргументу определить угол Т в этот момент времени. Рассмотрим, например момент врем ни, соответствующий достижению ЭДС обмотки возбуждения максимума. Вект ра при этом направлены соот ветственно по осям d и q.Ось абсцисс (действительная или полярная ось) системы координат статора совмещена с осью фаз А. Таким образом угол /между осью фазы А и продольной осью ротора в данный момент времени буде равен главному значению аргумента вектора Е. Главное значение аргумента вектора 4VT будет превьшать угол -f на 90°, При достижении ЭДС обмотки возбуждения минимума нектора Е и Vyfl ориентированы йо тем же осям, но противополржно направлены. Угол аг аналогично определяется при равенстве ЭДС обмотки возбуждения нулю. Вектора Е иЧпд ориентированы при этом соответственно по осям q и d. Контроль скольжения позволяет .определить угол f в любой момент времени . . г i 5(l-S)dt 1 (4)t где тГп - начальное значение угла (), вычисленное при достижении ЭДС обмотки возбуждения экстремума или нулевого значения; скольжение. Зная У можно по известным формулам вычислить значения токов и напряжений статора в системе координат ротора в любой момент вр.емени. Применение описанной методики упрощает из- . мерения и исключает погрешности,связанные с использованием устройств дая непосредственного измерения токов статора в осях d и q. Параметры находят .из уравнений Парка-Горева, Расчеты ведут в относительных единицах, Пусть в некоторый момент времени известны мгновенные значения ЭДС обмотки возбуждения, скольжения,напряжений и токов статора в системе координат ротора. Вычислим значения производных указанных токов и первообразной ЭДС обмотки возбуждения в этрт момент времени. Значения потоко-. сцеплеш1я об.мотки статора по оси d и q его .производной найдутся из соотношений (1) и (2) , полученных с учетом того, что потокосцепЛение, соответгдествующее основному магнитному потоку по оси d. итоге получаем .,- - -Hilf V-v «V ГЧ де1.( - ток эквивалентного контура fa ротора по оси d; iy - ток эквивалентного контура ротора по оси q; . активные conpoTtraneaHg экв вале1Ггных контуров ротора соответственно по осям d и q; bdl Лс синхронные индуктивности С ответственно по осям d и q , синхронные взаимоиндуктивн ти соответственно по осям d и я ; V,, - индуктивности эквивалентны Hjdcj 1 контуров ротора соответстkvt| L y(, по осям d и q; ;Lfvtf индуктивности рассеяния эквивалентных контуров ротора соответственно по осям d и я; Подставив, например в (ш),значе , получим неизвестными. уравнение с двумя Если теперь взять еще один момент времени, значение скольжения в кото ром близко к значению скольжения в рассматриваемый момент времени, и проделать описанные выше операции, систему двух уравнений с двумя неизвестными, решив кот рую найдем параметры , Поскольку моментов времени, удовлевторяющих указанному условию, можно взять сколь угодно много, то, для большей точности, таких уравнений . получают как можно больше и применя ют методы аппроксимации, например метод наименьших квадратов. Из урав нения (п) аналогично находят параметры Йу и с Следует отметить, что определенные таким образом параметры будут точны лишь в случае, если скольжение во всех рассматриваемых на данном этапе моментах времени, одинако во. Если же моментам времени соотве ствует некоторая область скольжений, параметры, получаются усредненн ми для этой области. Однако указанная погрешность будет тем меньше, чем меньше даниая область скольжений. Исходные данные для pacuefa, соответствующие одному значению скольжения, можно получить многократным повторением измерений при различных углах включения напряжени статора, однако этот путь требует большого количества опытов. Встреча Чщиеся при расчетах операции дифференцирования и интегрирования выполняют численными методами, причем реализация этих методов на ЦВМ позволяет вычислить значения производных и первообразных функций с заданной точностью. В некоторых случаях указанные значения целесообразно вычислять аналитически. Для этого величины, подлежащие дифференцированию или интегрированию аппроксимируют функциями времени. Для упрощения аппроксимирзтащих функций измерения производят после затухания электромагнитного переходного процесса, Вызванного подключением обмотки статора к источнику напряжения. Аппроксимацию производят для различных скольжений в интервале времени порядка, четверти-половины периода изменения ЭД С обмотки возбуждения. Закон изменения скольжения в таком малом интервале времени-является практически линейным S So - at, (12) где Sjj - скольжение вначале интервала аппроксимации; а - угловое ускорение вращения ротора на данном интервале. С учетом (4) угол -jF в интервале аппроксимации найдется как )ЭДС обмотки возбуждения тока,напряжения и потокосцепления по осям d и я могут быть аппроксимированы сравнительно простой функцией, например(t)c()snn() , (f4) где В - амплитуда вначале интервала аппроксимации (); К - коэффициент, учитьшающий изменение амплитуды; V - начальная фаза. Кроме аналитического определения производных и первообразных функций аппроксимация позволяет также анапитически находить моменты времени, при которых , . vni va, W°W°- - w Использование при расчетах уравнений Парка-Горева позволяет определить парс1метры машины из переходных режимов. Таким образом исключается погрешность, связанная с непостоян