RU2214613C2 - Method to measure characteristics of heterogeneous electric machines - Google Patents

Method to measure characteristics of heterogeneous electric machines Download PDF

Info

Publication number
RU2214613C2
RU2214613C2 RU2001135457/09A RU2001135457A RU2214613C2 RU 2214613 C2 RU2214613 C2 RU 2214613C2 RU 2001135457/09 A RU2001135457/09 A RU 2001135457/09A RU 2001135457 A RU2001135457 A RU 2001135457A RU 2214613 C2 RU2214613 C2 RU 2214613C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electric
motor
idle
electric motor
rotational speed
Prior art date
Application number
RU2001135457/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001135457A (en
Inventor
Г.Г. Рекус
Н.Г. Рекус
И.Г. Рекус
Original Assignee
Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева filed Critical Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева
Priority to RU2001135457/09A priority Critical patent/RU2214613C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2214613C2 publication Critical patent/RU2214613C2/en
Publication of RU2001135457A publication Critical patent/RU2001135457A/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Multiple Motors (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering, electronics. SUBSTANCE: method to measure characteristics of heterogeneous electric machines employs standard multipurpose laboratory stand measuring characteristics of electric machines which includes two electric machine sets. One set has three-phase asynchronous electric motor and D C generator which shafts are interjoined with the help of asynchronous slip clutch operating under mode of electromagnetic brake, another electric machine set includes D C electric motor and synchronous machine which shafts are intercoupled by means of similar clutch. Method consists in measurement of characteristics by readings of instruments, value of power consumed from network under load and in idle run and rated data of electric machines. Rotational speed of D C electric motor is found by formula
Figure 00000004
rotational speed of A C electric motor is established by formula
Figure 00000005
and load moment on shafts of all types of electric motors is determined by formula
Figure 00000006
where Mnom is nominal load moment on shaft; P1 is present value of consumed power; P1nom is power consumed under nominal load; P10 is power consumed in idle run; n2nom is nominal rotational speed of asynchronous electric motor; n20 is rotational speed of idle run of asynchronous electric motor;

Description

Изобретение относится к области электротехники и электроники. The invention relates to the field of electrical engineering and electronics.

Известен стенд для снятия динамических характеристик электрических машин, который может быть использован для поочередного испытания асинхронного электродвигателя, синхронной машины и машины постоянного тока по методу взаимной нагрузки (А.П. Орлихин, Г.Г. Рекус. Стенд для снятия динамических характеристик электрических машин. Авторское свидетельство СССР 1780064, Бюл.изоб. 45, 1992). A well-known stand for measuring the dynamic characteristics of electric machines, which can be used for alternating testing of an induction motor, synchronous machine and a direct current machine using the mutual load method (A.P. Orlihin, G.G. Rekus. A stand for measuring the dynamic characteristics of electric machines. USSR author's certificate 1780064, Bull.isob. 45, 1992).

Недостатком этого стенда является сложность устройства и процесса испытаний разнородных электрических машин. The disadvantage of this stand is the complexity of the device and the testing process of dissimilar electrical machines.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению относится стандартный универсальный лабораторный стенд (фиг.1) для снятия характеристик электрических машин (Г.Г. Рекус, В.Н. Чесноков. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. М.: Высшая школа, 1989, - 249 с.). The closest in technical essence to the present invention relates to a standard universal laboratory stand (figure 1) for characterizing electrical machines (G. G. Rekus, V. N. Chesnokov. Laboratory work on electrical engineering and the basics of electronics. M .: Higher school, 1989, 249 p.).

Стенд включает в себя электромашинный агрегат, состоящий из асинхронного трехфазного электродвигателя и генератора постоянного тока, валы которых соединены с помощью асинхронной муфты скольжения, работающей в режиме электромагнитного тормоза, и электромашинный агрегат, состоящий из электродвигателя постоянного тока и синхронной машины, валы которых соединены с помощью другой аналогичной муфты. Оба агрегата оснащены измерительными приборами для измерения напряжения, тока и мощности, а также блоками для измерения частоты вращения и блоками для измерения момента нагрузки на валу электрических машин с использованием бесконтактных датчиков. The stand includes an electric machine unit consisting of a three-phase asynchronous electric motor and a direct current generator, the shafts of which are connected using an asynchronous sliding clutch operating in the electromagnetic brake mode, and an electric machine unit consisting of a direct current electric motor and a synchronous machine, the shafts of which are connected by another similar clutch. Both units are equipped with measuring instruments for measuring voltage, current and power, as well as units for measuring the speed of rotation and units for measuring the moment of load on the shaft of electrical machines using proximity sensors.

Стандартный универсальный лабораторный стенд обеспечивает свое функциональное предназначение, однако, имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что установленные на нем блоки измерения частоты вращения и блоки измерения момента нагрузки на валу электрических машин, выполненные с использованием бесконтактных датчиков, характеризуются невысокой точностью, ненадежны в процессе работы, часто разрегулируются и выходят из строя, вследствие чего либо вообще становится невозможным снятие характеристик электрических машин, либо имеет место невысокая их точность. The standard universal laboratory bench provides its functional purpose, however, it has a significant drawback, namely, that the speed measuring units and the load moment measuring units on the shaft of electric machines installed on it, made using contactless sensors, are characterized by low accuracy and are unreliable in the process works are often deregulated and fail, as a result of which either the characterization of electric machines becomes impossible at all, or s an place low accuracy.

Задачей предложенного изобретения является разработка способа, позволяющего с помощью стандартного универсального лабораторного стенда снимать характеристики разнородных электрических машин без использования блоков измерения частоты вращения и блоков измерения момента нагрузки на валу по показаниям измерительных приборов, мощности, потребляемой из сети, при нагрузке и при холостом ходе, и номинальным данным электрических машин с помощью предложенных расчетных формул, отличающегося надежностью, простотой и повышенной точностью. The objective of the proposed invention is to develop a method that allows using a standard universal laboratory bench to take characteristics of dissimilar electrical machines without using speed measuring units and measuring units of the load moment on the shaft according to the readings of measuring instruments, power consumed from the network, at load and at idle, and nominal data of electric machines using the proposed calculation formulas, characterized by reliability, simplicity and increased accuracy.

Поставленная задача решается тем, что снятие характеристик производится по показанию измерительных приборов, величине мощности, потребляемой из сети при нагрузке и при холостом ходе, и номинальным данным электрических машин, при этом частоту вращения электродвигателя постоянного тока определяют по формуле:

Figure 00000008
,
частоту вращения асинхронного электродвигателя по формуле:
Figure 00000009

момент нагрузки на валу для всех типов электродвигателей по формуле:
Figure 00000010

где Мном- номинальный момент нагрузки на валу; P1 - текущее значение потребляемой мощности; Р1ном - потребляемая мощность при номинальной нагрузке; Р10 - мощность, потребляемая при холостом ходе; n2ном - номинальная частота вращения асинхронного двигателя; n20 - частота вращения при холостом ходе асинхронного двигателя; n'0 - частота вращения при холостом ходе двигателя постоянного тока.The problem is solved in that the characterization is carried out according to the readings of measuring instruments, the amount of power consumed from the network at load and at idle, and the rated data of electrical machines, while the speed of the DC motor is determined by the formula:
Figure 00000008
,
frequency of rotation of an induction motor according to the formula:
Figure 00000009

shaft load moment for all types of electric motors according to the formula:
Figure 00000010

where M nom - rated load moment on the shaft; P 1 - the current value of power consumption; P 1nom - power consumption at rated load; P 10 - power consumed at idle; n 2nom is the rated speed of the induction motor; n 20 - rotation speed at idle of an induction motor; n ' 0 is the idle speed of the DC motor.

Пример 1. Вывод расчетных формул и методика построения рабочих и механических характеристик всех типов электрических машин на основе предложенного изобретения изложены на примере асинхронного электродвигателя. Example 1. The conclusion of the calculation formulas and the method of constructing the working and mechanical characteristics of all types of electric machines based on the proposed invention are set forth as an example of an induction motor.

Для этого на фиг. 2 представлена зависимость момента нагрузки на валу асинхронного электродвигателя в функции потребляемой мощности M(P1) и зависимость частоты вращения вала двигателя в функции потребляемой мощности n2(P1), которые в пределах рабочего участка характеристики, как известно, имеют линейный характер. Здесь частота вращающегося магнитного поля

Figure 00000011

где f1 - частота питающей сети; р - число пар полюсов двигателя; n2ном - номинальная частота вращения; Мном - номинальный момент нагрузки на валу; М - текущее значение момента нагрузки на валу; М0 - момент трения на валу при холостом ходе; Р1ном - номинальное значение мощности, потребляемой из сети; Р10 - мощность, потребляемая при холостом ходе.For this, in FIG. Figure 2 shows the dependence of the load moment on the shaft of the induction motor as a function of the power consumption M (P 1 ) and the dependence of the rotational speed of the motor shaft as a function of the power consumption n 2 (P 1 ), which, as is known, are linear in characterization. Here the frequency of the rotating magnetic field
Figure 00000011

where f 1 is the frequency of the supply network; p is the number of pairs of motor poles; n 2nom - rated speed; M nom - rated load torque on the shaft; M is the current value of the load moment on the shaft; M 0 - the moment of friction on the shaft at idle; P 1nom is the nominal value of the power consumed from the network; P 10 - power consumed at idle.

Из приведенных на фиг.2 прямолинейных зависимостей M(P1) и n2(P1) видно, что прямоугольный треугольник с координатами (Р1ном, Мном, Р10) подобен прямоугольному треугольнику с координатами (Р1, М, Р10), откуда следует, что текущее значение момента М, соответствующее текущему значению потребляемой двигателем мощности P1, связаны между собой соотношением:

Figure 00000012

Вместе с тем, из фиг.2 следует, что прямоугольный треугольник с координатами (n2, n20, n2) подобен прямоугольному треугольнику с координатами (n2ном, n20, n2ном), откуда следует, что текущее значение частоты вращения, соответствующее текущим значениям P1 и М, может быть найдено исходя из выражения:
Figure 00000013

В выражениях (1) и (2) показания текущей частоты вращения n2 и текущего значения момента на валу М находятся в зависимости от мощности Р1, потребляемой из сети при нагрузке, номинальных (паспортных) значений Р1ном, Мном, n2ном, и данным опыта холостого хода (n20 и Р10), выступающих здесь в качестве констант.From the linear dependencies in Figure 2 M (P 1) and n 2 (P 1) that the right-angled triangle with coordinates (P 1nom, M nom, P 10) similar to the right triangle with coordinates (P 1, M, P 10 ), whence it follows that the current value of the moment M, corresponding to the current value of the power P 1 consumed by the engine, is interconnected by the ratio:
Figure 00000012

However, from figure 2 it follows that a right-angled triangle with coordinates (n 2 , n 20 , n 2 ) is similar to a right-angled triangle with coordinates (n 2nom , n 20 , n 2nom ), which implies that the current value of the rotation speed, corresponding to the current values of P 1 and M, can be found based on the expression:
Figure 00000013

In the expressions (1) and (2) reading the current rotational speed n 2 and the current value of the torque on the shaft M are dependent on the power P 1 consumed from the network by a load nominal (passport) values of P 1nom, M nom, n 2nom, and the data of the idling experience (n 20 and P 10 ), acting here as constants.

Из зависимостей, представленных на рис. 2, графическим способом можно определить и момент холостого хода М0, обусловленный механическими потерями Р10 холостого хода электродвигателя.From the dependencies presented in fig. 2, a graphical method can also determine the idle time M 0 due to mechanical losses P 10 of the idle speed of the electric motor.

Таким образом, зная n20 и Р10, по соответствующим номинальным (паспортным) данным представляется возможным по формулам (1) и (2) определять текущие значения n2 и М асинхронного двигателя и при отсутствии блоков измерения частоты вращения и измерения момента нагрузки на валу двигателя.Thus, knowing n 20 and P 10 , according to the corresponding nominal (passport) data, it is possible to determine the current values of n 2 and M of an induction motor using formulas (1) and (2) and in the absence of units for measuring the rotational speed and measuring the load on the shaft engine.

Значения n20 и Р10 предварительно определяют в процессе проведения опыта холостого хода электродвигателя, затем они заносятся в его расчетный формуляр на ряду с номинальными данными.The values of n 20 and P 10 are preliminarily determined during the experiment of idling the electric motor, then they are entered in its design form along with the nominal data.

Пример 2. Снятие характеристик асинхронного электродвигателя с использованием предложенного изобретения осуществляется в следующей последовательности. С помощью электромагнитного тормоза задается некоторый момент нагрузки на валу и снимаются показания приборов (потребляемого тока I1, питающего напряжения U1, потребляемой мощности P1), которые заносятся в таблицу. Затем определяются текущие значения:
- момента нагрузки на валу:

Figure 00000014

где
Figure 00000015

и
Figure 00000016

здесь Р2ном, n2ном, ηном - соответствующие номинальные (паспортные) значения полезной мощности на валу, частоты вращения и КПД асинхронного электродвигателя;
- частоты вращения:
Figure 00000017

- коэффициента мощности:
Figure 00000018

- полезной мощности на валу:
Figure 00000019

- коэффициента полезного действия:
Figure 00000020

Полученные таким образом данные соответствуют первым точкам характеристик асинхронного двигателя. Путем изменения момента нагрузки М на валу с помощью электромагнитного тормоза аналогично определяются последующие точки характеристик. Затем строится рабочая характеристика: I1, Р2, М, n2, cosφ1,η(P2) и механическая характеристика n2(M) асинхронного электродвигателя.Example 2. Characterization of an induction motor using the proposed invention is carried out in the following sequence. Using an electromagnetic brake, a certain moment of load on the shaft is set and the readings of the instruments (current consumption I 1 , supply voltage U 1 , power consumption P 1 ) are taken, which are entered in the table. Then the current values are determined:
- the moment of load on the shaft:
Figure 00000014

Where
Figure 00000015

and
Figure 00000016

here P 2nom , n 2nom , η nom - the corresponding nominal (passport) values of the useful power on the shaft, speed and efficiency of the induction motor;
- rotational speeds:
Figure 00000017

- power factor:
Figure 00000018

- net power on the shaft:
Figure 00000019

- coefficient of performance:
Figure 00000020

The data thus obtained correspond to the first points of the characteristics of the induction motor. By varying the load moment M on the shaft using an electromagnetic brake, the following characteristic points are similarly determined. Then, the working characteristic is built: I 1, P 2, M, n 2, cosφ 1 , η (P 2 ) and the mechanical characteristic n 2 (M) of the induction motor.

Аналогичным образом получают расчетные формулы и снимают характеристики электрической машины постоянного тока и синхронной машины. Similarly, the calculation formulas are obtained and the characteristics of the electric DC machine and synchronous machine are taken.

При этом для двигателя постоянного тока текущее значение частоты вращения определяют по формуле:

Figure 00000021

где nном - номинальная частота вращения; n'0 - частота вращения при холостом ходе.Moreover, for a DC motor, the current value of the rotational speed is determined by the formula:
Figure 00000021

where n nom is the nominal speed; n ' 0 is the idle speed.

Момент нагрузки на валу для всех типов электродвигателей определяют по формуле:

Figure 00000022

Таким образом, снятие характеристик разнородных электрических машин предложенным способом с использованием полученных расчетных формул отличаются простотой, так как в этих формулах все величины, кроме потребляемой мощности Р1, являются постоянными. При этом обеспечивается повышенная точность, определяемая классом точности измерительных приборов, поскольку расчетные формулы учитывают потери мощности при холостом ходе машин, в то время как определить частоту вращения и момент нагрузки на валу машин с достаточно высокой точностью при использовании соответствующих измерительных блоков, выполненных с использованием бесконтактных датчиков, установленных на универсальных стендах, не представляется возможным.The moment of load on the shaft for all types of electric motors is determined by the formula:
Figure 00000022

Thus, the characterization of dissimilar electric machines by the proposed method using the obtained calculation formulas is simple, since in these formulas all quantities, except for the power consumption P 1 , are constant. This provides increased accuracy, determined by the accuracy class of the measuring instruments, since the calculation formulas take into account power losses during idling of the machines, while determining the rotation frequency and the load moment on the shaft of the machines with sufficiently high accuracy when using the corresponding measuring units made using contactless sensors installed on universal stands is not possible.

Claims (1)

Способ снятия характеристик разнородных электрических машин с помощью стандартного универсального лабораторного стенда для снятия характеристик электрических машин, состоящего из двух электромашинных агрегатов, один из которых включает в себя трехфазный асинхронный электродвигатель и генератор постоянного тока, валы которых соединены между собой с помощью асинхронной муфты скольжения, работающей в режиме электромагнитного тормоза, другой электромашинный агрегат состоит из электродвигателя постоянного тока и синхронной машины, валы которых соединены между собой с помощью аналогичной муфты, отличающийся тем, что снятие характеристик производится по показанию измерительных приборов, величине мощности, потребляемой из сети при нагрузке и при холостом ходе, и номинальным данным электрических машин, при этом частоту вращения электродвигателя постоянного тока определяют по формуле
Figure 00000023

частоту вращения асинхронного электродвигателя по формуле
Figure 00000024

момент нагрузки на валу для всех типов электродвигателей по формуле
Figure 00000025

где Мном - номинальный момент нагрузки на валу;
P1 - текущее значение потребляемой мощности;
P1ном - потребляемая мощность при номинальной нагрузке;
Р10 - мощность, потребляемая при холостом ходе;
n2ном - номинальная частота вращения асинхронного двигателя,
n20 - частота вращения при холостом ходе асинхронного двигателя,
n'0 - частота вращения при холостом ходе двигателя постоянного тока.A method of characterizing dissimilar electric machines using a standard universal laboratory bench for characterizing electric machines, consisting of two electric machine units, one of which includes a three-phase asynchronous electric motor and a DC generator, the shafts of which are interconnected using an asynchronous sliding clutch operating in electromagnetic brake mode, another electric machine unit consists of a DC motor and a synchronous machine, l of which are interconnected by means of a similar coupling, characterized in that the characteristics are taken according to the readings of measuring instruments, the amount of power consumed from the network at load and at idle, and the rated data of electrical machines, while the speed of the DC motor is determined by the formula
Figure 00000023

frequency of rotation of an induction motor according to the formula
Figure 00000024

shaft load moment for all types of electric motors according to the formula
Figure 00000025

where M nom - rated load moment on the shaft;
P 1 - the current value of power consumption;
P 1nom - power consumption at rated load;
P 10 - power consumed at idle;
n 2nom - rated speed of the induction motor,
n 20 - speed at idle of an induction motor,
n ' 0 is the idle speed of the DC motor.
RU2001135457/09A 2001-12-28 2001-12-28 Method to measure characteristics of heterogeneous electric machines RU2214613C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001135457/09A RU2214613C2 (en) 2001-12-28 2001-12-28 Method to measure characteristics of heterogeneous electric machines

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001135457/09A RU2214613C2 (en) 2001-12-28 2001-12-28 Method to measure characteristics of heterogeneous electric machines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2214613C2 true RU2214613C2 (en) 2003-10-20
RU2001135457A RU2001135457A (en) 2003-10-20

Family

ID=31988630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001135457/09A RU2214613C2 (en) 2001-12-28 2001-12-28 Method to measure characteristics of heterogeneous electric machines

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2214613C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
РЕКУС Г.Г. и др. Лабораторные работы по электротехнике и основам электроники. - М.: Высшая школа, 1989, с. 203-205. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nee et al. Determination of d and q reactances of permanent-magnet synchronous motors without measurements of the rotor position
Popescu et al. Asynchronous performance analysis of a single-phase capacitor-start, capacitor-run permanent magnet motor
CN103344368A (en) Squirrel-cage type asynchronous motor energy efficiency online monitoring method based on measurable electrical amount
CN104422885A (en) Real-time online motor testing system
Ojo et al. Measurement and computation of starting torque pulsations of salient pole synchronous motors
JP2016073200A (en) Method and system for determining core losses in permanent magnet synchronous motor
Grantham et al. Rapid parameter determination for induction motor analysis and control
CN106602953B (en) The verification method of induction electromotor rotor time constant based on field orientation accuracy
RU2214613C2 (en) Method to measure characteristics of heterogeneous electric machines
AU594667B2 (en) Method and apparatus for controlling the motor speed of an electric AC motor and method of determining torque
Aree Analytical determination of speed-torque and speed-current curves of single-cage induction motor under supply voltage and frequency variations
CN102809726A (en) Online measuring method for high-voltage high-capacity asynchronous motor parameters
Harrison The dynamic braking of induction motors
US3525026A (en) Apparatus responsive to the slip of an electrical machine
Rawcliffe et al. A simple new test for harmonic-frequency losses in ac machines
Truong et al. Inductance identification of synchronous reluctance motors using capacitor discharge method
Grantham et al. Rapid parameter determination for use in the control of high performance induction motor drives
Dlamini et al. A non-intrusive compensated slip method for motor efficiency estimation using vibration signature analysis
RU2001135457A (en) The method of characterizing dissimilar electric machines
Niedworok et al. Determination of efficiency and thermal properties of drive equipped with induction motor and drive equipped with synchronous reluctance motor
RU2064219C1 (en) Synchronous machine starting and resynchronizing method
SU706780A1 (en) Angular travel speed meter
US1648693A (en) Gas-density meter
Andresen et al. A shearing-wave generator for operation in deep bore holes
Nguyen et al. Digital transient torque measurement for rotating or linear AC machines (real time measurement)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051229