FI115860B - Menetelmä epätahtikoneen roottorin ohmisen resistanssin automaattista mittausta varten - Google Patents

Description

115860

Menetelmä epätahtikoneen roottorin ohmisen resistanssin automaattista mittausta varten - Förfarande för automatisk mätning av den ohmska resistansen hos rotorn i en asynkronmaskin

Keksintö koskee menetelmää epätahtikoneen roottorin ohmisen resistanssin automaattista mittausta varten, kun konetta ohjataan vaihtosuuntaajan kautta samalla kun siihen vaikutetaan pyörimättömällä kentällä.

Epätahtikoneessa, jonka nopeutta ja vääntömomenttia säädetään, erityisesti kenttään 5 kohdistuneen säätömenetelmän mukaan, on tunnettava kaikki resistanssit, eli ohmiset ja induktiiviset resistanssit, jotta säätö voitaisiin tehdä mahdollisimman tarkasti. Resistanssit voidaan arvioida ja/tai mitata.

Mittaukset tehdään joko pyörivällä, kuormittamattomalla roottorilla, tai lukitulla (jarrutetulla) roottorilla. Kun testivirta resistanssin mittausta varten johdetaan staat-10 torin läpi roottorin ollessa kuormittamaton, suurempi osa virrasta kulkee pääreak-tanssin läpi, jonka pääinduktanssi määrää (vastainduktanssi), jolloin pääinduktanssi voidaan mitata, mutta roottorin ohmista resistanssia ei voi mitata. Kun mittaus tehdään lukitulla roottorilla, testivirta kuitenkin kulkee myös roottorin kautta, niin että myös sen ohminen resistanssi voidaan mitata. Molemmilla menetelmillä on kuiten-15 kin puutteita. Mittaus pyörivällä, kuormittamattomalla roottorilla ei useinkaan ole mahdollinen, jos esimerkiksi moottori sisältyy kiinteästi valmiiseen tuotteeseen, ja : sen akseli on kiinteästi kuormitettu. Moottorin lukitseminen aiheuttaa toisaalta suu- , ria vaatimuksia mekaaniselle jarrulaitteelle, erityisesti kun siihen kohdistuu täysi vääntömomentti, niin että tämä menetelmä on oleellisesti kalliimpi. Toisena vaike-’ . 20 utena lukitun roottorin mittausten yhteydessä on siirrosvirta roottorin tangoissa, jota ... esiintyy suurilla taajuuksilla alueella 30 - 60 Hz, joka aiheuttaa liian suuren mittaus- ‘’ arvon roottorin ohmiselle resistanssille.

«

Lisäksi ohmista resistanssia mitattaessa ei useinkaan oteta huomioon sen käyttöläm- .*··. potilasta riippuvia vaihteluja. Käyttölämpötilasta riippuen se voi kasvaa tai pienen- , · · ·. 25 tyä 20 % - 30 %. Tämä merkitsee sitä, että epätahtikoneen vastinpiiri, joka muodos- • * "* taa mittauksen perustan, ei päde normaalissa käytössä.

Patenttijulkaisussa US 5,689,169 esitetään menetelmä, jossa staattorin ja roottorin vuotoinduktanssit ja roottorin ohminen resistanssi mitataan roottorin seisoessa sää-:· tämällä q- ja d-komponentteja “kenttään kohdistuvassa” säätöprosessissa. Näin ollen * · ‘ · 30 yksi staattorin vaihekäämeistä vastaanottaa testisignaalin, jonka taajuus on likimain 2 115860 yhtä suuri kuin käyttötaajuus, ja esimerkiksi noin 30 Hz. Virtakomponentti Iq asetetaan nollaksi, jotta vältettäisiin pyörivän vääntömomentin syntyminen, ja samalla mitataan säätölaitteeseen takaisin syötetyt vallitsevat jännitteet Vq ja Vd. Kun tunnetaan testisignaalin taajuus ja aiemmin mitattu staattorin ohminen resistanssi, niin 5 roottorin resistanssin likimääräinen arvo voidaan laskea. Syynä tähän likiarvon muodostamiseen on se, että testisignaalin taajuus valitaan suhteellisen suureksi, niin että laskennassa voidaan käyttää suhteellisen yksinkertaisia matemaattisia yhtälöitä, jotka vaativat vain vähän laskentatehoa säätölaitteessa käytetyltä mikroprosessorilta. Testisignaalin suhteellisen suuri taajuus, noin 30 Hz, tuo kuitenkin haittana sen, että 10 roottorin tangoissa syntyy siirrosvirta, joka johtaa roottorin ohmisen resistanssin liian suurin mitattuihin arvoihin. Ääritapauksissa mitatut arvot voivat olla 100 % - 150 % liian suuret. Verrattuna vaihtosuuntaajaan, jossa on vain virta-anturit, tällä menetelmällä on lisäksi se puute, että siinä on myös käytettävä jänniteantureita.

Alussa mainittua lajia oleva menetelmä tunnetaan Danfoss Drives A/S, Tanska, 15 EPE’97:ssä esittämästä artikkelista, sivut 3.370 - 3.374. Tässä menetelmässä tehdään seuraavat mittaukset ja laskelmat, jolloin seuraavassa viitataan oheisissa piirustuksissa kuvissa 1 ja 2 esitettyihin epätahtikoneen yhden vaiheen tavanomaisiin vastinpiireihin. Kuva 1 esittää yksityiskohtaisesti jatkuvan tilan vastinpiirin, ja kuva 2 esittää yksinkertaistetun vastinpiirin, joka on laskettu (johdettu) staattorin puolelle 20 kierrosten tehollisen lukumäärän avulla: 1. Staattoriin, tarkemmin sanoen staattorin yhteen vaihekäämiin johdetaan en-. .·. naita määrätyn tasajännitteen muodossa oleva testijännite Usa, ja tuloksena oleva /,·, staattorivirta Isa mitataan. Koska staattoripuolen vuotoinduktanssin Los ja pääinduk- tanssin Lm (vastainduktanssin) induktiiviset reaktanssit (induktanssit) myös edusta- • . 25 vat tasavirran oikosulkua, niin staattorin ohminen resistanssi Rs voidaan laskea ar- ]..* voista Usa ja Isa.

• · · • Ύ: 2. Staattoripuolelle muunnettujen vuotoinduktanssien Los ja Lar summa, “transientti-induktanssi” L’s, lasketaan seuraavalla tavalla kuvan 2 mukaan: ,···. Staattoriin johdetaan lyhyt sakarapulssi, joka käsittää suurtaajuisia kom- • * 30 ponentteja, ja jonka kestoaika on muutamia millisekunteja ja amplitudi Usa, niin että kuvan 2 mukaan pääinduktanssin L’m induktanssi näillä suurilla taajuuksilla on niin suuri, että induktanssin L’m läpi kulkeva virta voidaan jättää huomiotta. Sen jälkeen : otetaan näyt tämän pulssin tuottaman virran Isa käyrän takareunasta. Näytearvojen perusteella lasketaan aikavakio L’S/(RS + R’r) ja differentiaaliosamäärä dlsa/dt yhtä- ’!* 35 lön Usa = RsIsa + L’s(dlsa/dt) avulla.

• · * 3 115860 3. Sen jälkeen staattoriin johdetaan jännite, jolla on niin matala taajuus, että roottorin läpi kulkeva virta Isy on häviävän pieni, ja staattorin virta Isa on käytännössä yhtä suuri kuin pääinduktanssin läpi kulkeva magnetointivirta Im. Kun tunnetaan staattorin resistanssi Rs ja virta Isa, voidaan määrittää staattorin induktanssi Ls = Lm 5 + Los. Lisäksi voidaan määrittää staattorin puolelle johdettu dynaaminen pääinduk- tanssi L’Dm (jota myös sanotaan differentiaaliseksi pääinduktanssiksi), ja laskea sen arvo LDm. Dynaaminen pääinduktanssi määritetään siten, että tasajännitteen ja sen päälle superponoidun vaihtojännitteen muodostama testijännite johdetaan staattoril-le, ja tuloksena oleva vaihtovirta mitataan (määritetään tasavirtana työpisteessä). 10 Tämä mittaus tehdään erilaisilla esimagnetointi-tasavirroilla (työpisteillä).

4. Näin ollen kuvien 1 ja 2 mukaisissa vastinpiireissä tunnetaan kaikki arvot roottorin ohmista resistanssi Rr lukuunottamatta, ja roottorin ohminen resistanssi Rr voidaan periaatteessa laskea. Tapaa, jolla tämä tehdään, ei kuitenkaan ole yksityiskohtaisesti selitetty mainitussa artikkelissa.

15 Keksinnön tehtävänä on määrittää epätahtikoneen roottorin resistanssi aikaisempaa nopeammin, ja samalla estää siirrosvirran aiheuttamat mittausvirheet.

Keksinnön mukaan tämän tehtävän ratkaisu käsittää menetelmän epätahtikoneen roottorin ohmisen resistanssin automaattista mittausta varten, kun konetta ohjataan vaihtosuuntaajan kautta samalla kun siihen vaikutetaan ei-pyörivällä kentällä, jolloin 10 menetelmä käsittää vaiheet, joissa 1. mitataan epätahtikoneen staattorin ohminen resistanssi, vuotoinduktanssit ja pääinduktanssi, 2. johdetaan epätahtikoneen yhteen vaihekäämiin testisignaali, joka on muodos- : tettu ennalta määrätystä tasajännitesignaalista, johon on superponoitu vaihtojännite- 25 signaali, jolloin vaihtojännitesignaalin taajuus vastaa likimain epätahtikoneen ni-mellistä jättämätaajuutta, . ’ · ’: 3. mitataan testisignaalin aiheuttaman vaihesignaalin amplitudi ja vaihe, ja 4. lasketaan roottorin ohminen resistanssi vaiheissa a) ja c) mitattujen arvojen pe-• · ·. rusteella.

•,.30 Tämän ratkaisun avulla riittää yksi testisignaalista riippuvan vaihesignaalin mittaus.

Vastaavasti mittausaika lyhenee. Koska vaihtojännitesignaalin taajuus vastaa liki-. · · ·. main epätahtikoneen hyvin pientä nimellistä jättämätaajuutta, jolla epätahtikone käy ’ ί ’ toiminnan aikana, ja joka johtuu pyörivän kentän tunnetusta taajuudesta ja epätahti- :.: : koneen nimellisestä nopeudesta, ja on suhteellisen pieni, myös siirrosvirran aiheut- •. ’ · · 35 tavat mittauksen epätarkkuudet häviävät.

4 115860

Edullisesti määritetään ensin staattorin puolelle johdettu roottorin ohminen resistanssi, ja roottorin varsinainen ohminen resistanssi lasketaan vaiheiden a) ja c) mittausarvojen avulla.

Vaihtojännitesignaalin taajuus on edullisesti välillä 1-8 Hz.

5 Tasajännitesignaali on edullisesti tasajännite, joka valitaan siten, että tuloksena oleva tasavirta on pienempi kuin epätahtikoneen nimellisestä magnetointivirrasta.

Tasavirran ampeeriluku valitaan edullisesti niin, että dynaaminen pääinduktanssi on likimain yhtä suuri kuin epätahtikoneen staattinen pääinduktanssi.

Voidaan järjestää niin, että testisignaali on vaihejännite, jonka referenssiarvo aseteli) taan ennalta mitatun, muistiin tallennetun ominaiskäyrän perusteella, joka osoittaa vaihevirran riippuvuuden referenssiarvosta.

Seuraavassa selitetään keksintöä ja sen suoritusmuotoja oheisissa piirustuksissa olevien esimerkkien perusteella, jolloin: kuva 1 esittää epätahtikoneen perinteisen, yksityiskohtaisemman vastinpiirin, 15 kuva 2 esittää epätahtikoneen pelkistetyn vastinpiirin koneen seistessä, jolloin arvot on johdettu staattoripuolelle, kuva 3 esittää diagrammin, jossa käyrä esittää staattisen pääinduktanssin Lm ja dy- .. naamisen pääinduktanssin LDm riippuvuuden epätahtikoneen magnetoivasta tasavir- • · · ’ ‘rasta, * · · : 20 kuva 4 esittää testisignaalina käytetyn vaihejännitteen käyrämuodon, joka käsittää ·;*·: tasajännitteen ja siihen superponoidun sahajännitteen, ;', kuva 5 esittää muuntimen lohkokaavion, joka ohjaa epätahtikonetta, jonka resistans- ‘* sit mitataan automaattisesti ohjauslaitteella, . ’ “; kuva 6 esittää kuvan 5 mukaisen muuntimen ohjauslaitteen yksityiskohtaisen lohko- . *· *, 25 kaavion.

i · · ·;*·: Koska staattorin ohmisen resistanssin Rs, vuotoinduktanssien Los ja LCTr ja pääin- duktanssin Lm määrittäminen normaalisti voidaan tehdä alussa selitettyjen prosessi-, vaiheiden 1), 2) ja 3) avulla, samoinkuin parametrien muuntaminen voidaan tehdä *;· ; staattorin puoleisiksi, kuvan 2 mukaan heittomerkein varustetuiksi parametreiksi, 30 kun edellytetään tehollinen kierrosten lukumäärä vaihetta kohti roottorin puolella, 5 115860 niin seuraavassa esitetään epätahtikoneen roottorin ohmisen resistanssin Rr määrittämiseksi tarvittavan neljännen vaiheen yksityiskohtainen selitys.

Kuvan 2 mukaiseen pelkistettyyn vastinpiiriin viitaten pätee seuraava yhtälö U' (1) 5 jossa R’r on roottorin ohminen resistanssi muunnettuna staattorin puolelle, U’m on jännitehäviö pääinduktanssin L’m määräämän pääinduktanssin yli, ja I’sy on roottorin läpi kulkeva virta. Kulloisenkin suureen yllä oleva vaakaviiva tarkoittaa sitä, että käsitellään kompleksiarvoja.

Lisäksi staattorin puolelle muunnetulle roottorin ohmiselle resistanssille pätee: ϋ r 10 = (2)

Lr S

Tässä yhtälössä Lr on sama kuin Lm + Los, ja s vastaa epätahtikoneen jättämää. Koska epätahtikoneen seisoessa jättämä s on 1, ja mittauksen tehdään käyttäen dynaamisia pääinduktansseja, voidaan osoittaa, että K = «',· (3) L Dm . 15 Dynaamiset induktanssit LDm ja L’Dm tunnetaan alussa selitetystä vaiheesta 3). Tun- • · · . tematon on R’r. Oletetaan, että LOT on likimain sama kuin puolet transientti- induktanssista L’s. Tässä neljännessä prosessin vaiheessa staattorin vaihekäämiin ’ . johdetaan vaihejännitteen Usa muodossa oleva testisignaali, joka kuvan 4 mukaan muodostuu tasajännitesignaalista ja siihen superponoidusta sahajännitesignaalista, ja '** * 20 tuloksena oleva staattorijännite Isa mitataan. Pääinduktanssin yli vaikuttava jännite- •’ häviö U’m voidaan ilmaista muodossa: V'm=Usa-RsIsu-jG>-L',lsa (4) ’. ·.' Tällöin staattorin puolelle muunnettuna roottorin virran osalta pätee Γν=τ„ cose (5) : * ·. 25 Tässä yhtälössä Θ on jännitteen U’m ja virran lsa välinen vaihe-ero. Yhtälön (4) ima- : ginaarisen osan ja reaaliosan välisen suhteen arctan-funktio antaa jännitteiden 6 115860 ϋsa ja U'n välisen vaihe-eron a. Kun jännitteen Usa ja virran Tm välinen vaihe-ero merkitään φ, niin θ = α + φ. Kulma φ voidaan määrittää diskreetin Fourier-muunnoksen avulla, tätä varten virrasta Isa otetut näytearvot kerrotaan kompleksilla e-funktiolla, jonka eksponenttina on virran Tsa taajuus ω, ja joka värähtelee samassa 5 vaiheessa testijännitteen kanssa. Näytearvot integroidaan numeerisesti kompleksiluvuksi, ja kulma φ saadaan muodostamalla tämän luvun reaaliosan ja imaginaarisen osan välisen suhteen arctan-funktio.

Kun summataan a ja φ, saadaan Θ ja siten yhtälön (5) mukaan virta I’sy. Koska kuvan 2 mukaisessa pelkistetyssä vastinpiirissä TJ'm ja 7ϊν ovat samassa vaiheessa, 10 saadaan R’ r suhteesta U’m/Fsy.

Siirrosvirran estämiseksi käytetään pientä kulmataajuutta ω. Liian pieni kulmataa-juus saattaa kuitenkin virran kulkemaan pääinduktanssin läpi, eikä roottorin ohmisen resistanssin läpi. On osoittautunut, että molemmat vaatimukset täytetään taajuudella, joka on nimellisen jättämätaajuuden fs alueella, tavallisesti alueella 1-8 Hz.

15 Lisäksi testisignaalin jännite on pidettävä pienenä tällä taajuudella, koska epätahti-koneen seisoessa sen impedanssi on pieni. Vaihtosuuntajan kytkinelementtien epälineaarisuudet ja kuolleet ajat tarkoittavat kuitenkin sitä, että sen lähtövirta ja siten myös epätahtikoneen staattorivirta eivät ole verrannollisia vaihtosuuntaajan ohjaus-jännitteeseen, eivätkä ohjausjännitteen referenssijännitteeseen, kun ohjausjännitettä 20 säädetään säätölaitteella ennalta asetetun arvon mukaisesti. Näin ollen vaihejänni-tettä ei voi johtaa pelkästään niittämällä virtaa Isa, mittaamatta vaihtosuuntaajan lähtöjännitettä tai vastaavasti vaihejännitettä lisänä olevan jänniteanturin avulla, ja mittaamatta samalla staattorin virtaa tai vastaavasti vaihevirtaa Isa. Ennen epätahti-: koneen ohmisten resistanssien ja induktanssien mittaamisen aloittamista määritetään .;··· 25 näin ollen vaihtosuuntaajan lähtöjännitteen eli epätahtikoneen tulojännitteen omi- . · : *. naiskäyrän riippuvuus ohjausjännitteen referenssiarvosta, ja jokaisen staattorivirran

Isa osalta tallennetaan poikkeama (virhe) ideaalitapausta edustavasta suorasta omi-naiskäyrästä. Tätä poikkeamaa käytetään testisignaalin määräävän ohjausjännitteen referenssiarvon automaattista korjausta varten.

: ” : 30 Testisignaalin Usa määräämän staattorin virrassa olevan tasavirran amplitudi johde- ' . taan vertailemalla dynaamisen pääinduktanssin LDm ominaiskäyrän riippuvuutta ... magnetointivirrasta Im staattisen pääinduktanssin Lm vastaavaan ominaiskäyrään.

’ ·;·* Nämä ominaiskäyrät on esitetty kuvassa 3, jolloin pistekatkoviiva edustaa staattista :, · | pääinduktanssia LDm magnetointivirran Im funktiona. Staattinen induktanssi Lm on 35 määritelty origosta magnetointikäyrän toimintapisteeseen vedetyn suoran kaltevuus- 7 115860 kulmana, eli suhteen Om/Im avulla, jossa Orn[Vs] on magneettivuo. Dynaaminen induktanssi, jota myös sanotaan differentiaali-induktanssiksi, vastaa magnetointikäy-rän kaltevuutta ennalta määrätyssä pisteessä. Dynaaminen induktanssi sinänsä voidaan ilmaista muodossa: 5 + (6) m

Jo mainitun mittausprosessin vaiheessa 3) mitattiin transienttinen dynaaminen induktanssi L’Dm, jota käytettiin arvon LDm laskemiseen. Näiden arvojen perusteella on myös kaikki muut arvot ilmaistava dynaamisina arvoina. Kun otetaan huomioon yhtälö (3), syntyy kuitenkin ongelma, että R’r on määritettävä suhteesta U’m/Tsy. 10 Yhtälön (4) mukaan U’m riippuu mm. suureesta L’s. L’s on kuitenkin staattinen induktanssi, ja koska ei tiedetä miten tämä staattinen induktanssi jakaantuu vuotoin-duktanssien Lös ja LOT kesken, niin ei myöskään pystytä laskemaan transienttista dynaamista induktanssia L’Ds. Roottorin ohmisen resistanssi täydellisen tarkkaa laskemista varten tulisi kuitenkin käyttää transienttista dynaamista induktanssia L’Ds 15 staattisen induktanssin L’s sijasta. Tämän ongelman ratkaisemiseksi mittaus tehdään tasavirralla, jolla staattinen pääinduktanssi Lm on yhtä suuri kuin dynaaminen pääin-duktanssi LDm. Staattinen transientti-induktanssi L’s voidaan sinänsä ilmaista muodossa: L\=K + U,- TTT- (?) (Tr /*". 20 ja dynaaminen transientti-induktanssi L’Ds sinänsä muodossa: L'os=LDm + Las- (8) ! Kun LDm ja Lm ovat yhtä suuret, L’s on yhtä suuri kuin L’Ds. Tämä tarkoittaa sitä, että kun kuvan 3 mukainen magnetointivirta valitaan sopivasti, niin induktanssin L’s määritettyä arvoa voidaan käyttää dynaamisen induktanssin L’Ds arvona.

; ‘' ‘; 25 Kuvassa 3 pistekatkoviiva-käyrä esittää dynaamisen pääinduktanssin LDm ja eheällä * . viivalla piirretty käyrä esittää staattisen pääinduktanssin Lm eri virran amplitudeilla epätahtikoneessa, jonka nimellinen ulostuloteho on 7,5 kW, käyttöjännite 380 V, ja ' * toimintataajuus 50 Hz. Käyrät risteävät pisteessä, joka on likimain 40 % nimellisestä : magnetointivirrasta Imn, joka on 14,64 A. Tässä pisteessä dynaaminen induktanssi ja 30 staattinen pääinduktanssi ovat yhtä suuret. Tämä tarkoittaa sitä, että roottorin ohmi- 8 115860 sen resistanssin mittausta varten virran Isa tasavirta tulisi asettaa likimain arvoon 40 % nimellisestä magnetointivirrasta Imn.

Seuraavassa viitataan kuviin 5 ja 6. Kuvan 5 mukainen vaihtosuuntaaja säätää kolmivaiheisen epätahtikoneen 1 pyörimisnopeutta. Tätä varten se käsittää tasasuun-5 taajasillan 3, jota syötetään kolmivaiheisesta verkkovirrasta 2, ja tasajännitevälipii-rin 4, joka käsittää kuristinkäämin 5 ja tasoituskondensaattorin 6. Tasoituskonden-saattorin 6 rinnalle on järjestetty ohminen jännitteenjakaja 7, jonka väliotosta otetaan pienempi jännite kolmivaiheiseen vaihtosuuntaajasiltaan syötetyn tasajännitteen mittausarvona, jolloin vaihtosuuntaajassa on transistorit, joilla kulloinkin on rinnan-10 kytketyt vastakkaissuuntaiset diodit, jolloin mainittu pienempi jännite syötetään säätäjän 11 komparaattorille analogia/digitaali-muuntimen 9 ja säätöyksikön 10 kautta, jolloin komponentit 9, 10 ja 11 muodostavat yhdessä vaihtosuuntaajan 8 säätölaitteen. Virta-anturi 12 on kytketty epätahtikoneen 1 jokaiseen kaapeliin. Jokainen virta-anturi 12 johtaa analogia/digitaali-muuntimelle 9 mittausarvon vaihe-15 virroista Ia, Ib ja Ic, jotka kulkevat epätahtikoneen 1 vaihekäämien a, b ja c läpi. Yhdessä säätöyksikön 10 ja virta-antureiden 12 kanssa analogia/digitaali-muunnin 9 muodostaa virranmittauslaitteen 13, joka on esitetty kuvassa 6. Epätahtikoneen seistessä, kun käämien a, b ja c ohmiset resistanssit ja induktiivisuudet ja vastaavasti induktanssit mitataan, vaihevirroilla Ib ja Ic on sama vaihe kuin virralla Ia, mutta nii-20 den amplitudi on vain puolet vaihevirran Ia amplitudista. Kolmen vaihevirran Ia - Ic perusteella virranmittauslaite 13 laskee staattorin virran 7(u, joka vastaavasti vastaa vaihevirtaa Ia, verrannollisuuskerrointa lukuunottamatta. Staattorivirta Tsa syötetään • t funktioyksikölle 14, joka staattorivirran 7sa perusteella laskee sen amplitudinpa li- "‘, säksi myös sen vaihe-eron φ vaiheekäämiin testisignaalina johdettuun jännitteeseen 25 Vsanähden. Tätä varten funktioyksiössä 14 otetaan näytteitä staattorivirrasta 7.fl.

v . Näytearvot kerrotaan kompleksisella e-funktiolla, jonka eksponentti sisältää virran " * lsa taajuuden ω = 2π fs, ja jonka värähtely on samassa vaiheessa virran 7 kanssa,

Iti ' jolloin Uref määrää tämän värähtelyn ja fs on epätahtikoneen 1 testi- eli jättämätaa- • a · ' juus. Näytearvot integroidaan numeerisesti kopleksiluvuksi. Vaihe-ero φ lasketaan 30 muodostamalla reaaliosan ja imaginaarisen osan välinen osamäärä ja muodostamalla : ': tämän osamäärän arctan-funktio. Roottorin ohminen resistanssi Rr lasketaan sen jäl- keen funktioyksikössä staattorivirran 7sa amplitudin, vaihe-eron φ, jättämätaajuuden ' . fs ja aiemmin määritettyjen parametrien Rs ja L’ s perusteella.

Jotta ennalta varmistettaisiin, että haluttu virtaa Ia vastaava staattorivirta Isa määri-; ’·. 35 tetään oikealla testisignaalin muodostavalla vaihejännitteellä, riippumatta vaihto- suuntaajan 8 epälineaarisuuksista ja kuolleista ajoista, kun jännite jälleen määrite- • 9 115860 tään vastaavan referenssijännitteen Uret avulla, joka syötetään säätäjään 11, niin vaihtosuuntaajan 8 virta-jännite -ominaiskäyrän muodostamisen yhteydessä määritetyt poikkeama- tai korjausarvot tallennetaan taulukkomuotoon virankorjausfunk-tioyksikköön 16 staattorivirrasta Isa riippuvina. Tasajännitesignaalikomponentti 5 (noin 40 % nimellisestä magnetoi nti virrasta) asetetaan funktioyksikössä 17 nimellisen magnetointivirran Imn perusteella ja ennalta määrätystä staattorin ohmisesta resistanssista riippuen, ja testisignaaligeneraattorissa 18 tasajännitesignaaliin superpo-noidaan sahajännite, kuten kuvassa 4 on esitetty, jonka taajuus on sama kuin jättä-mätaajuus fs, ja sen jälkeen sitä korjataan virankorjausfunktioyksikössä 16 mitatun 10 staattorivirran Isa perusteella, niin että tuloksena on vaihtosuuntaajan 8 ohjausjän-nitteen oikea referenssiarvo Uref, sekä näin ollen myös staattorivirtaa Isa vastaava vaihejännite Usa.

Kun oikea referenssiarvo Uref ja näin ollen myös vaihejännite Usa on määritetty, ohjausyksikkö 10 tai ohjausyksikköön 10 sisältyvä funktioyksikkö 15 laskee jännite-15 häviön U'm yhtälön (4) mukaan, ja kun kulma Θ on määritetty kulman φ avulla, funktioyksikössä 15 lasketaan roottori virta 7'vv yhtälön (5) mukaan, ja roottorin ohminen resistanssi R’r lasketaan yhtälön (1) perusteella yhtälöiden (4) ja (5) avulla, ja roottorin ohminen resistanssi Rr lasketaan edeltä käsin määritettyjen induktanssien perusteella yhtälön (3) mukaan.

20 Kuvassa 4 esitetty testisignaali on esitetty sahajännitesignaalina, mutta se voi myös olla sakarapulssin tai siniaallon muotoinen, ja sitä voidaan syöttää, kunnes tuloksena , oleva staattorivirta on stabiloitunut, eli kunnes vaihe-ero φ ja staattorin virran amp- • 1 1 ’ · ·; 1 litudi Isa on stabiloitunut. Jakso, jonka aikana testisignaalia syötetään, on noin 5 se- • f · m·1 kuntia, mutta se riippuu kuitenkin epätahtikoneen koosta.

25 Suoritettaessa keksinnön mukaista mittausprosessia epätahtikoneella, jonka teho on 7,5 kW, käyttöjännite 380 V ja toimintataajuus 50 Hz, antoi seuraavat arvot kolmen • I » alussa kuvatun vaiheen aikana: Rs = 0,65 Ω, L’s = 8,3 mH, ja L’Dm = 88,7 mH. Tä- tl· män perusteella laskettiin dynaamiseksi induktanssiksi LDm = 92,7 mH. Roottorin muunnetun ohmisen resistanssin määrittämiseksi testisignaalin Usa taajuudeksi ase-’ ·’ 30 tettiin nimellinen jättämätaajuus fs = 2 Hz. Yirheenkorjaus-funktioyksikössä 16 teh- :dyn korjauksen jälkeen testisignaalin Usa suuruus oli 21 V. Laskennan jälkeen vai-:··· he-ero φ = -0,226 rad, ja staattorivirran amplitudi Isa = 20,4 A. Resistanssin R’r . · · 1. osalta tämä johti arvoon 0,39 Ω, ja yhtälön (3) mukaan saatiin arvo Rr = 0,44 Ω.

• Roottorin ohmisen resistanssin oikeaan arvoon 0,45 Ω verrattuna virhe oli noin 2,3 :>’· ί 35 %, joka on tyypillinen arvo tällä menetelmällä, ja joka on riittävän tarkka vaihto- :. ·: suuntaajalle kenttäsuuntautuneella ohjauksella, kuten käsillä olevassa tapauksessa.

10 1 1 5 8 6 0

Roottorin ohminen resistanssi RTi, joka on määritetty ennalta määrätyssä lämpötilassa Ti voidaan laskea uudestaan ohmiseksi resistanssiksi RT2 toisessa lämpötilassa T2 yhtälön (9) avulla.

+ KT

Rt1 = Rtx'1\^Tt (9) 5 Tässä yhtälössä KT on materiaalivakio (esimerkiksi kuparilla KT = 235, kun toimin-talämpötilat T! ja T2 mitataan °C:ina).

Yhtälössä (9) oletetaan kuitenkin, että tunnetaan toinen lämpötila T2, mutta näin ei kuitenkaan aina ole. Keksinnön mukaisella menetelmällä voidaan kuitenkin määrittää roottorin ohminen resistanssi epätahtikoneen lyhyen seisokin aikana lämpötilaa 10 tuntematta. 1 * · » 115860 11

Fysikaalisten yksiköiden luettelo

Usa Testisignaali, vaihejännite, staattorijännite

Isa Vaihevirta, staattorivirta, vaihesignaali

Ia, Ib, Ic Staattorin vaihevirrat

Um Jännite pääinduktanssin yli

Im Magnetointivirta

Imn Nimellinen magnetointivirta

Isy Roottorin virta

Rs Staattorin ohminen resistanssi

Rr Roottorin ohminen resistanssi

Uref Referenssijännite

Lm Staattinen pääinduktanssi

Lom Dynaaminen pääinduktanssi

Ls Staattorin induktanssi (Lm + L0S) Lös Staattorin vuotoinduktanssi L’m Muunnettu pääinduktanssi L’Dm Muunnettu dynaaminen pääinduktanssi L’Ds Muunnettu dynaaminen transientti-induktanssi L’s Muunnettu transientti-induktanssi (Las + Lor) U’m Jännitehäviö muunnetun pääinduktanssin yli I’m Virta muunnetun pääinduktanssin läpi I’sy Muunnettu roottorin virta , R’r Muunnettu roottorin resistanssi 0 Suureiden U'm ja Tm välinen vaihe-ero :* (X Suureiden Um ja U'm välinen vaihe-ero • : φ Suureiden Usa ja Isii välinen vaihe-ero ': ‘ · ω Kulmanopeus 2π fs ; . fs Testitaajuus tai nimellinen jättämätaajuus, vastaavasti ; f: s Jättämä

Om Päävuo , ·. T i, T2 Epätahtikoneen käyttölämpötilat I * RT1, RT2 Ohmiset resistanssi eri käyttölämpötiloissa Κχ Roottorin johdinmateriaalin materiaalivakio t · i > »

Claims (6)

115860

1. Menetelmä epätahtikoneen (1) roottorin ohmisen resistanssin (Rr) automaattista mittausta varten, kun konetta ohjataan vaihtosuuntaajan (8) kautta samalla kun siihen vaikutetaan ei-pyörivällä kentällä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää 5 vaiheet, joissa a) mitataan epätahtikoneen staattorin ohminen resistanssi (Rs), vuotoinduktanssit (Las, LctF) ja pääinduktanssi (Lm), b) johdetaan ennalta määrätyn tasajännitteen ja siihen superponoidun vaihtojänni-tesignaalin muodostama testisignaali (Usa) epätahtikoneen vaihekäämiin (a), jolloin 10 vaihtojännitesignaalin taajuus vastaa likimain epätahtikoneen (1) nimellistä jättämä-taajuutta (fs), c) mitataan testisignaalin aiheuttaman vaihesignaalin (7sa) amplitudi ja vaihe (φ), ja d) lasketaan roottorin ohminen resistanssi (Rr) vaiheiden a) ja c) mukaan mitatuis-15 ta arvoista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensin määritetään staattorin puolelle muunnettu roottorin ohminen resistanssi (R’r), ja roottorin varsinainen ohminen resistanssi (Rr) lasketaan vaiheiden a) ja c) mukaan mitattujen arvojen avulla.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihto jännitesignaalin taajuus (fs) on alueella 1 - 8 Hz. » 1 1

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu i » siitä, että tasajännitesignaali on tasajännite, joka valitaan niin, että sen aikaansaama * tasavirta on pienempi kuin puolet epätahtikoneen (1) nimellisestä magnetointivirras- ,y"' 25 ta (Imn). » » , 1,

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tasavirran ampeerimäärä valitaan niin, että dynaaminen pääinduktanssi (LDm) on likimain yhtä suuri kuin epätahtikoneen (1) staattinen pääinduktanssi (Lm). : _

/ 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu : ‘; 30 siitä, että testisignaali on vaihejännite (Usa), jonka referenssi (Uref) asetetaan aikai- > » ..., semmin mitatun, muistiin tallennetun ominaiskäyrän perusteella, jolloin ominaiskäy- rä kuvaa vaihevirran (Isa) ja referenssin välistä suhdetta. I t » » } I 115860