Диссертация (Моделирование и анализ электромеханических процессов в асинхронных машинах с общим валом), страница 12

Для оценки корректности расчетных методик электромеханическихпроцессов в асинхронных машинах с общим валом необходимо сравнение ихрезультатов с экспериментом.984. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВАСИНХРОННЫХ МАШИНАХ С ОБЩИМ ВАЛОМ4.1.Разработкаавтоматизированныхстенда,методикииинтерфейснойэкспериментальныхсистемыисследованийэлектромеханических процессов в асинхронном двигателе и асинхронномгенераторе с общим валом при испытаниях методом взаимной нагрузкиДля экспериментальных исследований электромеханических процессов всистемеасинхронныйдвигатель–асинхронныйгенераторврамкахлаборатории университета разработан автоматизированный стенд на базе двухсвязанных общим валом асинхронных машин (М1, М2). На рисунке 4.1изображена схема экспериментальной установки.Рис.

4.1. Схема экспериментальной установки для испытания электромеханическихпроцессов системы асинхронный двигатель – асинхронный генераторЗдесь ДН1-ДН6 - датчики напряжений обмоток асинхронных машин всоставе экспериментальной установки, измеряющие фазные напряжения; ДТ1ДТ6 - датчики тока, измеряющие фазные токи; ДС – датчик скорости; ПЧ –преобразователь частоты. Сигналы с датчиков поступают на аналого-цифровой99преобразователь (АЦП), преобразуются в цифровой код и поступают вкомпьютер [2, 4, 6, 38].Выполненный экспериментальный стенд, изображенный на фото 4.2,состоит из двух асинхронных машин АИРМ63В4У3, закрепленных на общейстанине, которые соединены валами при помощи кулачковой муфты. Машиныимеют следующие номинальные данные: Pн=0,37 кВт, Iн=1,25 А, ηн=66%,cos=0,66,nн=1370об/мин.Настендевозможныэкспериментальныеисследования и оценка адекватности представленных ранее разработанныхматематических моделей взаимосвязанной работы двух асинхронных машин.Фото 4.2.

Экспериментальная установка для испытания электромеханических процессовсистемы асинхронный двигатель – асинхронный генераторНа одном валу с машинами находится инкрементальный энкодер AutonicsE40S6-500-6-L-5 с разрешающей способностью 500 импульсов на оборот,служащий датчиком частоты вращения двухмашинного агрегата.

Одна измашин подсоединена к питающей сети через преобразователь частотыSchneider Electric ATV312H037M2 с тормозным резистором и работает врежиме двигателя. Преобразователь частоты задает режим работы установки,100путем изменения частоты и амплитуды напряжения на входе двигателя. Втораямашина подключена в сеть напряжения постоянной частоты через трехфазныйрегулируемый автотрансформатор и работает в режиме генератора.Измерения электрических величин производятся на двух машинахкомплектом амплитудных датчиков-преобразователей, входящим в составизмерительного оборудования стендов ЭМ-СК. Сигналы, полученные сдатчиков заводятся в компьютер c помощью интерфейсной платы ввода/выводасигналов National Instruments PCI-6023E, имеющей возможность в реальномвремени опрашивать 8 аналоговых и 8 цифровых каналов. Информация вчисловом коде, полученная с интерфейсной платы, обрабатывается в системеиспытаний LabView 2011 [4].

Также в цепь каждой машины включенаппаратный измеритель активной и реактивной мощности DM2346AB.На выходе датчиков в процессе их опроса формируются сигналымгновенных значений напряжений и токов во времени u(t) и i(t) для трех фазстатора генератора и трех фаз двигателя, цифровой сигнал частоты вращения[66, 77].По мгновенным значениям сигналов напряжений и токов можноопределить мгновенную электрическую мощность фазыp(t)  u(t)i(t) .(4.1)Для определения активной электрической мощности одной фазы наинтервале времени Т вычисляется интеграл1 TP   u(t)i(t)dtT 0(4.2)Действующие значения напряжения U и тока I на интервале времени Тмогут определяться как;.1 T21 T 2i (t)dtUu (t)dt I T 0T 0(4.3)Использование N мгновенных дискретных значений тока Ii и напряженияUi (i=1…, N), определенных с помощью АЦП для разных моментов времени на101интервалевремениТ,позволяетисследоватьработумашинпринесинусоидальных формах напряжения и тока.

Тогда действующие значения U,I, электрических полной S, активной P и реактивной Q мощностейопределяются как [71, 74, 103]U S1NNi 1U i211 N2PUI ii ,NN i 1Коэффициент мощности;1NIN  U i Ii i 1cos  N I i2i 1,(4.5)Q  S2  P 2 .;PS.(4.6)(4.7)Вычислив активную мощность для каждой из трех фаз, можноопределить активную электрическую мощность трехфазной машиныp  pA  pB  pC .(4.8)Возможность расчета рабочих для двигателя характеристик определяетсярасчетом полезной мощности испытуемой машины. Полезная мощность даетсясоотношениемP2  P1 p ,(4.9)где сумма потерь [54, 56] p  pэл1  pст1  pMex  pэл2  pдоб .(4.10)Потери электрические в обмотке статора вычисляются при известном2сопротивлении обмотки статора p э л1  m  r1  i i .

Механические потери ипотери в стали определяются из опыта холостого хода по методу разделенияпотерь и корректируются при изменении напряжения и частоты. Электрическиепотерироторадлядвигательногорежимарассчитываютсячерезэлектромагнитную мощность РЭМ [29]pэл2  Pэм  s   P1  pэл1  pст1  s ,102(4.11)Скольжение s определяется по измеренной энкодером частоте вращения n.Добавочные потери задаются соотношениемМомент на валу агрегата вычисляется какp доб  0, 05P1 .(4.12)9,55P2n .(4.13)MПо измеренным значениям напряжений и токов обмоток асинхронноймашины, работающей в режиме генератора, можно определить активную1 NPG    Ui Ii  .N i 1мощность, отдаваемую им в сеть(4.14)На основе этих соотношений в среде LabView была разработанапрограммадляпроведенияэкспериментальныхисследованийэлектромеханических процессов системы асинхронный генератор – двигатель собщим валом при испытании методом взаимной нагрузки, рабочее окнокоторой представлено на рисунке 4.3.Рис.

4.3. Рабочее окно программы экспериментальных исследований электромеханическихпроцессов системы асинхронный генератор – двигатель с общим валомпри испытании методом взаимной нагрузки103Таким образом, разработаны стенд и автоматизированная система дляэкспериментальных исследований электромеханических характеристик приработе асинхронного двигателя и асинхронного генератора с общим валом прииспытаниях методом взаимной нагрузки с рекуперацией энергии.4.2.Экспериментальныеирасчетныеисследованияэлектромеханических процессов и характеристик двух асинхронныхмашин с общим валомНа разработанном экспериментальном стенде в разработанной системеавтоматизированных испытаний проведены исследования электромеханическиххарактеристик двухмашинного агрегата в статическом и в динамическомрежимах.

Сначала запускается асинхронный двигатель от ПЧ, путем подачи нанего номинального напряжения номинальной частоты. После разгона двигателяасинхронный генератор включается в сеть номинальной частоты и напряженияс чередованием фаз, соответствующим направлению вращения двигателя.Нагрузка на двигатель изменяется путем увеличения частоты питающегонапряжения двигателя в соответствии с соотношением из [9]f M  fG1  sG1  sM(4.15)для требуемых значений скольжений sM для двигателя и sG для генератора.При испытаниях частота питания двигателя изменялась в диапазоне от 50до 55 Гц.

Двигатель нагружался до 120 % номинальной мощности. В режимереального времени фиксировались основные показатели текущего режимаработы – ток, мощности полезная и потребляемая для генератора и длядвигателя, момент на валу агрегата, частота вращения вала, равная частотамвращения роторов двигателя и генератора. Частота опроса датчиков составляет10 кГц, время замера - 60 мс. Таким образом, число измерений составляетN=600. Рассчитывались энергетические показатели – КПД, коэффициенты104мощности двигателя и генератора, а также (РM+PG) – сумма потребляемоймощности двигателя и отдаваемой генератора.Для режима нагрузки, отраженного на рабочем окне системы (рис.

4.3)при основной частоте напряжения двигателя fM=54,555 Гц при питании от ПЧ сдвухуровневой ШИМ напряжения с несущей частотой 2 кГц и частотеРис. 4.4. Осциллограммы напряжений асинхронного двигателя с частотой fD=54,555 Гцпри питании от ПЧ с двухуровневой ШИМ с несущей частотой 2 кГц (1) и асинхронногогенератора, работающего на сеть частоты 50 Гц, при испытании методом взаимной нагрузкинапряжения генератора fG=50 Гц частота вращения вала агрегата составилаn=1550,21 об/мин, скольжение двигателя sM=+0,04357, скольжение генератораsG=-0,04357. Осциллограммы мгновенных напряжений на двигателе игенераторе во времени представлены на рисунке 4.4.В кривой напряжения двигателя явно проявляется двухуровневоеимпульсное питание от ПЧ с ШИМ напряжения с несущей частотой 2 кГц.Напряжение генератора, работающего на сеть, практически синусоидально.Действующее значение напряжения двигателя составило UM=241,434 В,генератора - UG=232,484 В.105Рис.