RU1817048C

RU1817048C - Способ определени характеристик линейных асинхронных двигателей и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: RU1817048C
Authority: RU
Inventors: Леонид Григорьевич Безусый; Владимир Михайлович Иванов
Original assignee: Институт Электродинамики Ан Усср; Специальное конструкторско-технологическое бюро Института электродинамики АН УССР
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1993-05-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано при автоматизированных испытани х линейных асинхронных двигателей (ЛАД), в том числе ЛАД со вторичг- ным элементом ограниченной длины. Цель изобретени - повышение точности определени статической характеристики и расширение возможности определени динамических характеристик Испытуемый двигатель устанавливают вертикально и провод т серию опытов, измен подведенное к двигателю напр жение и присоединенную к подвижной части добавочную массу. После получени в каждомопыте зависимостей от времени усили , тока, коэффициента мощности , скольжени и ускорени устанавливают их взаимные зависимости и затем путем совместной обработки их из всей серии опытов определ ют статическую и динамические характеристики, 2 з.п.ф-лы. 4 ил. ел с

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано при автоматизированных испытани х линейных асинхронных двигателей (ЛАД), в том числе ЛАД со вторичным элементом Ограниченной длины/

Цель изобретени - повышение точности определени статической характеристики и расширение возможности определени динамических характеристик линейных асинхронных двигателей.

Поставленна цель достигаетс тем/что способ, включающий совместную обработку

зависимостей от времени, скорости и силы сопротивлени движению подвижной части двигател , полученных путем последовательного проведени опытов двух видов, в одном из которых измерени производ т в процессе свободного разгона ПЧ двигател после его подключени к питающей сети, а во втором - в процессе торможени ПЧ упругим элементом, дл чего перед включением двигател ее разгон ют другим, предварительно деформированным упругим элементом двигател , дл чего ПЧ устанавливают меж00

Jk

VI

g

00

ДУ упругими элементами и, периодически включа и отключа двигатель, возбуждают колебани , кроме того, провод т серию опытов , повтор первый при различных массах ПЧ, второй - при различных частотах включений и длительност х включенных состо ний двигател и оба - при различных отклонени х напр жени питающей сети от номинального, ив каждом опыте дополнительно измер ют тепловое отклонение сопротивлени обмотки статора и зависимости от времени координаты ПЧ, напр жени , тока и угла f фазового сдвига между ними, а обработку результатов измерений предварительно ведут по каждому опыту, где величины напр жени Ui и коэффициента мощности cos p в 1-й момент времени, измеренные при тепловом отклонении сопротивлени обмотки ARi привод т к единой дл всех опытов заданной температуре , после чего из полученных в каждом опыте зависимостей от времени величин усили F, тока, напр жени , cos p, скольжени и ускорени устанавливают их взаимные зависимости и затем путем совместной их обработки из всей серии опытов определ ют статическую и динамические характеристики двигател в виде приведенных к заданному номинальному напр жению зависимостей усили , тока и cos от скольжени и от ускорени . Кроме того, исключают вли ние обусловленной односторонним магнитным прит жением ПЧ силы электромагнитного трени , которую предварительно измер ют как силу сопротивлени перемещению ПЧ с посто нной скоростью, не превышающей 5% разности синхронной и критической скоростей двигател , при различных значени х посто нного тока fi, пропускаемого через две фазные обмотки, соединенные между собой своими концами, а затем при определении характеристик ее добавл ют к вычислительным значени м т гового усили , причем дл определени этой силы в каждой точке i характеристики используют ее зависимость от тока I//, а его величину в данной точке i оценивают с помощью определенного соотношени .

Дл достижени той же цели устройство, содержащее упругие элементы, измерительную систему с каналами измерени скорости и ускорени и регистратором, упругие элементы выполнены съемными с возможностью наложени упругой св зи ПЧ со статором на всем прот жении ее хода в одних опытах и полного исключени упругой св зи в других опытах: кроме того, устройство дополнительно снабжено регулируемым источником посто нного тока, приводом равномерного перемещени , выполненным с

возможностью присоединени к ПЧ двигател , измерителем активного сопротивлени , силовым блоком периодических включений двигател с регулируемыми частотой и длительностью включенных состо ний, а в измерительную систему дополнительно введены каналы измерени напр жени , тока и фазового сдвига между ними, причем в качестве регистратора использован цифровой запоминающий блок.

Фиг.1 и 2 иллюстрируют возможности предлагаемого способа. На фиг.1 представлены графики зависимостей от времени координаты перемещени х X(t), скорости V(t)

и ускорени a(t) подвижной части, а также скольжени S(t) двигател , относ щиес к одному из опытов, полученные в процессе обработки данных этого опыта и выведенные дл контрол на графопостроитель

ЭВМ; на фиг.2 - рабочие характеристики двигател , полученные в результате совместной обработки на ЭВМ данных серии опытов и выведенные на графопостроитель. На фиг.3 представлена схема устройстна , реализующего данный способ определени характеристик линейных асинхронных двигателей; на фиг.4 - функциональна схема силового блока дл периодических включений двигател . Устройство содержит статор

1 и подвижную часть 2 испытуемого линейного двигател , узел упругой св зи, состо щий из упругих элементов 3 и 4, измерительную систему 5, состо щую из датчика скорости 6, датчиков фазного тока 7, датчиков фазного

напр жени 8 и соответствующими масштабирующими преобразовател ми 9.1, 9.2 9.3 - по числу фаз и масштабирующими преобразовател ми 10.1, 10.2, 10.3, нуль-компаратор 11 и 12, соответственно, тока и напр жени ,

первого и второго выпр мителей 13 и 14, блока измерени временных интервалов (БИВИ)

15. блока измерени фазового сдвига (БИФС)

16. первого, второго и третьего аналого-циф- ровых преобразователей (АЦП) 17, 18 и 19,

запоминающего блока 20, Кроме того, устройство содержит датчик перемещени (ДП) 21, микроомметр 22, автоматический выключатель 23, регулируемый трехфазный источник напр жени 24, переключатель 25.

силовой выпр митель 26, двухполюсный переключатель 27, электролебедку со стабилизированной скоростью 28 и силовой блок 29. Силовой блок (СБ) (см.фиг.4) содержит тумблер пуска 30, триггер пуска 31, формирователи 32, 33, 34 и 35 узких импульсов, элемент ИЛИ 36 с инверсными входами и выходами, триггер управлени 37, элементы И 38 и 39, узлы задержки 40 и 41, тумблер 42, генератор импульсов 43, формирователь

44 импульсов управлени тиристорами, ти- ристорный блок 45.

Примером осуществлени данного способа вл етс следующа методика определени характеристик короткоходовых линейных асинхронных двигателей (с длиной хода от 0,1 до 1,5м).

Испытываемый двигатель устанавливают вертикально и провод т серию опытов первого вида, измен отопыта к опыту подведенное к двигателю напр жение и присоединенную к подвижной части (ПЧ) добавочную массу. В каждом опыте п двигатель включают на врем , достаточное дл совершени одного хода ПЧ, и при ее разгоне измер ют, с помощью запоминающего блока регистрируют в фиксированные моменты времени I (совпадающие с моментами прохождени ПЧ заданных дискрет пути) действующие значени напр жени Um. тока lin и угла

f n фазового сдвига между ними, а также мгновенные значени скорости Vin и интервалы времени тт прохождени ПЧ дискрет пути hjn. В массивы результатов опыта внос т также величину массы ПЧт (с учетом присоединенной ) и замеренную непосредственно после опыта величину омического сопротивлени обмотки двигател Rn. Затем между статером и ПЧ двигател устанавливают упругие элементы и провод т опыты второго вида, в которых двигатель периодически подключают на заданное врем к питающей сети и.этим возбуждают колебани ПЧ. Провод т серию таких опытов при различных частотах включений, длительност х включенных состо ний и величинах напр жени на входе двигател . При этом благодар колебательному движению ПЧ реализуют различные режимы двигател - режимы ускоренного двигател , начина со скорости не равной нулю; режимы движени с замедлением , то есть с отрицательным ускорением, и режим движени с посто нной скоростью во всем рабочем диапазоне ее значений, в том числе и с синхронной скоростью (при приближении к резонансной частоте колебаний ), которое имеют место в промежутках между первыми и вторыми режимами/Во врем включенных состо ний двигател измер ют и регистрируют те же величины, что и в опытах первого вида.

Дополнительно провод т J опытов по определению сил электромагнитного трени . Через две фазные обмотки двигател , соединенные между собой своими концами, пропускают различный дл каждого опыта j посто нный ток fij, а ПЧ двигател при этом перемещают с посто нной скоростью, не превышающей 5% разности синхронной

и критической скорости. В каждом опыте измер ют силу сопротивлени перемещению ПЧ и формируют массив данных F3j (ju i) ,2,..., J). Затем данные всех опытов совместно обрабатывают на ЭВМ.

Возможны другие варианты реализации данного способа. В одном из них, например, мгновенные значени усили сопротивлению перемещени ПЧ (Fin) в опытах первого

и второго видов измер ют непосредственно и обход тс без регистрации дискрет пути hi. Устройство (фиг.З), реализующее предложенный способ, работает следующим образом .

Перед проведением опытов первого вида упругие элементы 3 и 4 отсутствуют, подвижна часть 2 находитс в нижнем положении, блоки 15:20 измерительной системы подготовлены к работе, автоматический выключатель 23

включен, контакты переключател 25 наход тс в нижнем положении, а переключател 27 - в левом положении, как показано на фиг.З, тумблеры 30 и 42 СБ выключены (см.фиг.4), триггеры 31 и 37 сброшены, то есть их пр мые

выходы наход тс под потенциалом лог.О. Поэтому импульсы, частота следовани которых пор дка 50 кГц, не проход т с генератора 43 через элемент И 39 на формирователь импульсов 44, и тиристорный блок 45 находитс в отключенном состо нии. После включени тумблера 30 триггер пуска 31 устанавливаетс , формирователь 32 выдает узкий импульс напр жени лог.О, который, проход через элемент ИЛИ 36 на вход триггера управлени

37, устанавливает его. Потенциал лог.1, поступающий с пр мого выхода триггера 37 на вход элемента И 39, разрешает прохождение через него импульсов генератора, и с формировател 44 начинают поступать импульсы управлени на тиристорный блок 45, который включаетс и подает питающее напр жение на обмотку статора 1. Происходит ускоренное движение подвижной части 2, в процессе которого датчик скорости 6 выдает

импульсы, период следовани которых измер етс с помощью блока измерени временных интервалов 15, мгновенные значени фазных величин тока и напр жени , получаемые с помощью соответствующих датчиков

7,8 и масштабирующих преобразователей 9.1, 9.2, 9.3 и 10.1, 10.2, 10.3, преобразуютс с помощью выпр мителей 13 и 14 в сигналы, пропорциональные по уровню напр жени действующим значени м тока и напр жени ,

которые измер ютс с помощью первого АЦП 17 и второго АЦП 18. Нуль-компараторы 11 и 12 в моменты перехода через нуль мгновенных значений тока и напр жени формируют импульсы, интервалы времени между которыми измер ютс с помощью блока измерени фазового сдвига 16. Результаты всех измерений за врем перемещени ПЧ из нижнего положени в верхнее занос тс в запоминающий блок 20. а по окончании опыта пересылаютс в ЭВМ дл хранени и дальнейшей совместной обработки. После завершени хода ПЧ силовой блок отключает двигатель. Это происходит автоматически, с помощью узла задержки 40, который после поступлени пускового импульса на его вход (и одновременно - на S-вход триггера 37) через установленное врем инициирует у формировател 33 импульс лог.О, который, проход через элемент И 38, сбрасывает триггер 37. Сразу после выключени двигател переключатель 27 переводитс в. правое положение, благодар чему микроомметр 22 подключаетс к началам двух фазных обмоток статора 1 и производитс измерение их сопротивле- ни . При повторении опытов работа устройства происходит аналогично. Дл подачи вновь напр жени на двигатель тумблер 30 необходимо вернуть в исходное положение, т.е. произвести сброс триггера пуска 31, а затем включить.

Перед проведением опытов второго вида устанавливаютс упругие элементы 3, 4, а СБ переводитс на режим периодического включени с помощью тумблера 42, кон- такты которого во включенном положении замыкают цепь автоустановки триггера управлени 37.

Пуск СБ 29 производитс также, как и в опытах первого вида. После отработки пер- вого цикла включени -отключени двигател на инверсном выходе триггера управлени 37 по вл етс потенциал лог.1, а на выходе формировател 34 - узкий импульс. Через установленное врем после поступлени этого импульса в узел задержки 41, который определ ет врем отключени состо ни двигател , на выходе формировател 35 по вл етс импульс напр жени лог.О, который , проход через замкнутые контакты тумблера 42 и элемент ИЛИ 36, устанавливает триггер 37 и запускает узел задержки 40, определ ющий длительность включенного состо ни двигател . Таким образом происходит повторное включение, после че- го описанный цикл включени -отключени многократно повтор етс , то есть, СБ периодически подключает двигатель к питающему напр жению и отключает его с заранее установленными длительност ми включен- ных и отключенных состо ний, сумма которых равна периоду вынужденных колебаний ПЧ. В зависимости от соотношени частоты этих колебаний и собственной частоты упруго подвешенной ПЧ. а также от длительности включенных состо ний устанавливаютс колебани с той или иной амплитудой в пределах максимально возможного хода ПЧ. Сразу после установлени колебаний запускаетс измерительна система 5, с помощью которой, так же как и в опытах первого вида, производ тс измерени интервалов времени между импульсами датчика скорости 6, тока, напр жени и фазового сдвига между ними и запоминание результатов на прот жении нескольких циклов включени двигател . Дополнительно с помощью датчика 21 и третьего АЦП 19 измер ютс мгновенные значени координаты ПЧ. Затем тумблером 30 СБ выключаетс . Каждый опыт заканчиваетс измерением сопротивлени обмотки статора 1 таким же образом, как и в опытах первого вида.

Дл проведени дополнительных опытов по определению вли ни силы электромагнитного трени в зависимости от тока намагничивани выключаетс автоматический выключатель 23, выходы регулируемого источника напр жени 24 с помощью переключател 25 отключаютс от входов СБ и подключаютс к входам силового выпр мител 26, выходы которого с помощью переключател 27 подключаютс к началам двух фазных обмоток статора 1 (см.фиг.3), упругие элементы 3. 4 снимаютс , конец троса электролебедки 28, снабженной регулируемым приводом посто нной скорости (на чертеже не показан), соедин етс с верхним концом ПЧ.

Работа устройства при проведении этих опытов происходит следующим образом.

После включени автоматического выключател 23 пониженное, по сравнению с предыдущими опытами, напр жение подаетс на силовой выпр митель 26. По двум фазным обмоткам статора 1 протекает посто нный ток, создающий в рабочем зазоре двигател неподвижный магнитный поток, близкий по величине к потоку двигател в режиме холостого хода, наблюдаемом в опытах колебательного движени , когда скорость движени ПЧ приближаетс к синхронной (скорости движени магнитного пол двигател ), При этом с помощью электролебедки 28 ПЧ передвигаетс с посто нной скоростью , не превышающей 5% разности синхронной и критической скоростей, а ток и сила сопротивлени движению, равна при вертикальном расположении двигател сумме сил т жести и электромагнитного трени , измер ютс с помощью измерительной системы 5 и датчика усили (на чертеже не показан). Результаты измерений также пересылаютс из запоминающего блока 20 в ЭВМ дл дальнейшей совместной обработки их с данными всех опытов первого и второго вида, результатом которой вл етс семейство рабочих характеристик при различных заданных значени х ускорени ПЧ. в том числе при нулевом значении, то есть совокупность динамических, и статических характеристик , в виде таблиц и графиков.

Использование предлагаемого способа обеспечивает получение кратковременных статических режимов двигател в окрестности центра колебаний упруго подвешенной подвижной части, когда она движетс с посто нной скоростью, которую благодар регулированию частоты включений двигател и длительности включенных состо ний можно измен ть в пределах (0,1:1) Vs, и измерение с. помощью автоматической системы измерений величин т гового усили , скорости, напр жени , тока и фазового сдвига между ними в этих режимах, что повышает точность и расшир ет возможности определени статических характеристик линейных асинхронных двигателей.

Кроме того, исключаетс вли ние изменени во врем опыта напр жени источника и теплового отклонени активного сопротивлени обмотки двигател на точность определени характеристик благодар приведению данных всех опытов к номинальному напр жению и единой заданной температуре обмотки .

Использование предлагаемого устройства обеспечивает создание колебательного движени испытуемого двигател с регулируемыми частотой включений и длительностью включенных состо ний, необходимых дл получени кратковременных, но достаточных дл наблюдени статических режимов, а также позвол ет измер ть дополнительно быстро измен ющиес в каждом опыте напр жение , ток и угол фазового сдвига между ними, необходимые дл построени всех рабочих характеристик двигател . Кроме того , обеспечивает быстрое запоминание и хранение данных опытов дл совместной их обработки и определени семейства динамических характеристик и измеритс дополнительно усилие электромагнитного трени в зависимости от тока намагничивани .

Все это позвол ет определ ть рабочие характеристики с достаточно высокой точностью , необходимой дл оперативного изучени вли ни изменений конструкции при разработке и исследовании новых типов линейных машин, а также измерений их режимов и схем запуска. Имеющиес преимущества особенно важны при испытани х линейных асинхронных двигателей с ограниченной длиной хода, так как обеспечивают получение информации за характерные дл них, короткие промежутки времени разгона, равномерного движени и торможени . Применение недорогосто щей серийной отечественной аппаратуры даст

возможность полной автоматизации испытаний таких двигателей в любой исследовательской лаборатории или же на заводском испытательном стенде.

Claims

Формула изобретени

. 1. Способ определени характеристик линейных асинхронных двигателей, включающий измерение зависимостей от времени скорости и силы сопротивлени движению подвижной части двигател в режиме свободного разгона и режиме торможени и их совместную обработку, отличающийс тем, что, с целью повышени точности определени статической характеристики и расширени возможности определени

динамических характеристик, в режиме торможени дополнительно осуществл ют измерени при разгоне и равномерном движении, а также при различных частотах включений и длительност х включенного состо ни двигател . режим свободного разгона осуществл ют при различных массах подвижной части и оба режима - при различных отклонени х напр жени питающей сети от номинального значени , в каждом режиме дополнительно измер ют тепловое отклонение сопротивлени обмотки статора и зависимости от времени положени подвижной части двигател , напр жени , тока и угла фазового сдвига между ними, определ ют в каждом режиме приведенные значени напр жени и косинуса угла фазового сдвига между током и напр жением статора двигател в соответствии с выражени ми соответственно

0

5

где Ui - измеренна величина напр жени статора в i-й момент времени, В;

cos p - измеренна величина косинуса угла фазового сдвига между током и напр жением статора в i-й момент времени;

ARi - тепловое отклонение сопротивлени обмотки статора двигател , Ом;

li - измеренна величина тока в i-й момент времени,привод т к единой дл всех режимов заданной температуре, после чего из полученных зависимостей от времени т гового усили , тока и напр жени статора двигател , косинуса угла фазового сдвига между ними, скольжени и ускорени устанавливают их взаимные зависимости и затем определ ют статическую и динамическую характеристики двигател в виде приведенных к заданному номинальному напр жению зависимостей т гового усили тока и косинуса фазового сдвига от скольжени и ускорени , причем при определении т гового усили из величины т гового усили вычитают составл ющую силы т жести подвижной части, совпадающую с направлением ее движени .

2. Способ по п.1,отличающийс тем, что, с целью повышени точности за счет исключени вли ни силы электромагнитного трени , измер ют силу соп ротивлени перемещению подвижной части с посто нной скоростью, не превышающей 5% разности синхронной и критической скоростей двигател , при различных значени х посто нного тока,, воздействующего на две фазные обмотки , соединенные концами, а при опреде- лении характеристик величину измеренной силы сопротивлени прибавл ют к вычислительным значени м т гового усили , причем дл определени этой силы в каждой точке характеристики используют ее зави- симость от намагничивающего тока, величину которого juvt: в данной точке определ ют из выражени
I/WE X

+(

УГ. Rr UH

„ lw RP, -2--т-:- -cos pve. .

UH

где

+(

-COS po

Rp - расчетное активное сопротивление фазы обмотки. Ом:40

ve - действующее значение фазного тока при скольжении Sv и ускорении АЈ , А;

UH - номинальное напр жение статора, В;

cos PVF.. коэффициент мощности при скольжении Si и ускорении Af; ;

to - действующее значение фазного тока в точке характеристики, соответствующей движению подвижной части двигател

С СИНХРОННОЙ СКОРОСТЬЮ. A.gQ

5 10

15 0 5

0

.

5

0

Q

cos /ъ - коэффициент мощности при движении подвижной части двигател с синхронной скоростью.

4. Устройство дл определени характеристик линейных асинхронных двигателей, содержащее упругие элементы, измерительный блок с каналами измерени скорости и усили и регистратор, отличающеес тем, что. с целью повышени точности определени статической характеристики и расширени возможности определени динамических характеристик, в него дополнительно введены регулируемый источник посто нного тока, стабилизированный привод равномерного перемещени подвижной части линейного двигател , измеритель активного сопротивлени , силовой блок периодических включений, трех- и двухполюсный двухпозиционные переключатели, в измерительный блок введены каналы измерени напр жени , тока и угла фазового сдвига между ними, регистратор выполнен в виде цифрового запоминающего блока, соединенного с вычислительным блоком, а упругие элементы выполнены съемными с возможностью наложени упругой св зи подвижной части испытуемого линейного двигател с его статором на всем прот жении ее хода и полного исключени указанной упругой св зи, причем подвижные контакты трехполюсного переключател соединены с соответствующими фазами трехфазной сети , размыкающие контакты трехполюсного переключател соединены с входами силового блока периодических включений, а замыкающие - с входами регулируемого источника посто нного тока, выходы которого соединены с размыкающими контактами двухполюсного переключател , размыкающие контакты которого соединены с входами измерител активного сопротивлени , а подвижные контакты - с первым и вторым выходами силового блока периодических включений и с первой и второй клеммами дл подключени обмотки статора линейного двигател , а треть клемма дл подключени обмотки статора соединена с третьим выходом силового блока периодических включений.

Фи Г, 4