Способ определения частоты тока ротора асинхронного двигателя
Владельцы патента RU 2405161:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" (RU)
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам измерительной техники. В установившемся режиме функционирования асинхронного двигателя регистрируют мгновенные величины потребляемого тока одной фазы статора, производят дискретное преобразование Фурье измеренного тока, получая амплитудно-частотную характеристику потребляемого тока этой фазы статора, одновременно выделяют основную составляющую тока с частотой fc сети и наибольшие по амплитуде боковые составляющие тока с нижней частотой fн меньшей частоты сети и верхней частотой fв большей частоты сети, сравнивают амплитуды боковых составляющих тока. Если амплитуда боковой составляющей тока нижней частоты больше амплитуды боковой составляющей тока верхней частоты, то частоту тока ротора определяют по выражению fp=fc-2·(fc-fн). Если амплитуда боковой составляющей тока верхней частоты больше амплитуды боковой составляющей тока нижней частоты, то частоту тока ротора определяют по выражению fp=fс-2·(fв-fc). Технический результат заключается в повышении точности определения частоты тока ротора. 7 ил., 2 табл.
Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к электрическим машинам и измерительной технике, предназначено для определения частоты тока ротора асинхронного двигателя.
Аналоги способов определения частоты тока ротора асинхронного двигателя авторам неизвестны.
Задачей изобретения является создание способа определения частоты тока ротора асинхронного двигателя.
Поставленная задача решена за счет того, что способ определения частоты тока ротора асинхронного двигателя заключается в том, что в установившемся режиме функционирования асинхронного двигателя регистрируют мгновенные величины потребляемого тока одной фазы статора, производят дискретное преобразование Фурье измеренного тока, получая амплитудно-частотную характеристику потребляемого тока этой фазы статора, выделяя основную составляющую тока с частотой fc сети и наибольшие по амплитуде боковые составляющие тока с нижней частотой fн меньшей частоты сети и верхней частотой fв большей частоты сети. Сравнивают амплитуды боковых составляющих тока. Если амплитуда боковой составляющей тока нижней частоты больше амплитуды боковой составляющей тока верхней частоты, то частоту тока ротора определяют по выражению
fp=fс-2·(fс-fн).
Если амплитуда боковой составляющей тока верхней частоты больше амплитуды боковой составляющей тока нижней частоты, то частоту тока ротора определяют по выражению
fp=fс-2·(fв-fс).
Данный способ определения частоты тока ротора прост в осуществлении и позволяет определять частоту тока ротора с достаточно высокой точностью. Кроме того, этот способ может быть использован в тех случаях, когда невозможны прямые измерения, например, в цепи короткозамкнутого или фазного ротора, недоступного для контроля процессов в нем.
На фиг.1 приведена схема устройства, реализующего рассматриваемый способ определения частоты тока ротора асинхронного двигателя.
На фиг.2 приведена осциллограмма тока одной из фаз питания асинхронного двигателя с фазным ротором.
На фиг.3 приведена амплитудно-частотная характеристика тока в одной из обмоток статора асинхронного двигателя с фазным ротором.
На фиг.4 приведена осциллограмма тока в одной из фаз обмоток ротора асинхронного двигателя с фазным ротором.
На фиг.5 приведена амплитудно-частотная характеристика тока в одной из фаз ротора асинхронного двигателя с фазным ротором.
На фиг.6 приведена осциллограмма тока одной из фаз питания асинхронного двигателя.
На фиг.7 приведена амплитудно-частотная характеристика тока одной из фаз питания другого асинхронного двигателя.
В табл.1 приведены наибольшие амплитуды и соответствующие им частоты (нижняя, основная, верхняя) амплитудно-частотной характеристики тока в статорной обмотке асинхронного двигателя с фазным ротором.
В табл.2 приведены наибольшие амплитуды и соответствующие им частоты (нижняя, основная, верхняя) амплитудно-частотной характеристики тока в статорной обмотке другого асинхронного двигателя.
Заявленный способ может быть осуществлен с помощью устройства (фиг.1), содержащего датчик сигнала 1 (ДС), подключенный к одной из фаз питания асинхронного двигателя. К датчику сигнала 1 (ДС) последовательно подключены программатор дискретного преобразования Фурье 2 (ПДПФ), программатор выделения основной частоты 3 (ПОЧ) и программатор определения частоты тока ротора 4 (ПЧТР), который связан или с дисплеем или с ЭВМ (не показано на фиг.1). К программатору дискретного преобразования Фурье 2 (ПДПФ) подключен программатор выделения боковых составляющих тока нижних и верхних частот 5 (ПБСТНВЧ), к которому последовательно подключены программатор выделения боковой составляющей тока нижней частоты 6 (ПБСТНЧ), программатор сравнения амплитуд боковых составляющих тока 7 (ПСАБСТ) и программатор определения частоты тока ротора 4 (ПЧТР). К программатору выделения боковых составляющих тока нижних и верхних частот 5 (ПБСТНВЧ) подключен программатор выделения боковой составляющей тока верхней частоты 8 (ПБСТВЧ), к которому подсоединен программатор сравнения амплитуд боковых составляющих тока 7 (ПСАБСТ).
В качестве датчика сигнала 1 (ДС) может быть использован датчик тока - промышленный прибор КЭИ-0,1. Программатор дискретного преобразования Фурье 2 (ПДПФ), программатор выделения основной частоты 3 (ПОЧ), программатор определения частоты тока ротора 4 (ПЧТР), программатор выделения боковых составляющих тока нижних и верхних частот 5 (ПБСТНВЧ), программатор выделения боковой составляющей тока нижней частоты 6 (ПБСТНЧ), программатор сравнения амплитуд боковых составляющих тока 7 (ПСАБСТ) и программатор выделения боковой составляющей тока верхней частоты 8 (ПБСТВЧ) могут быть выполнены на микроконтроллере серии 51 производителя amtel AT89S53.
Для проверки работоспособности предложенного способа определения частоты тока ротора датчик сигнала 1 (ДС) включили в фазу А питания асинхронного двигателя с фазным ротором (2p=4, nc=1500 об/мин). Регистрационные записи мгновенных значений величины потребляемого асинхронным двигателем тока ic получили в установившемся режиме функционирования асинхронного двигателя в течение 1 с. (фиг.2). В программаторе дискретного преобразования Фурье 2 (ПДПФ) получили амплитудно-частотную характеристику тока фазы А питания, которая приведена на фиг.3, где Aic - амплитуда тока фазы А питания, о.е.; f - частота, Гц. В таблице 1 представлены амплитуды токов и соответствующие им частоты. Далее в программаторе выделения основной частоты 3 (ПОЧ) выделили основную составляющую потребляемого тока с частотой сети fс=50 Гц. В программаторе выделения боковых составляющих тока нижних и верхних частот 5 (ПБСТНВЧ) выделили боковые составляющие тока нижних и верхних частот. Выделенные частоты подали на программатор выделения боковой составляющей тока нижней частоты 6 (ПБСТНЧ), где выделили частоту fн=39 Гц, соответствующую наибольшей по амплитуде боковой составляющей тока нижней частоты на амплитудно-частотной характеристике с амплитудой Ан=0.10699 о.е. и на программатор выделения боковой составляющей тока верхней частоты 8 (ПБСТВЧ), где выделили частоту fв=61 Гц, соответствующую наибольшей по амплитуде боковой составляющей тока верхней частоты на амплитудно-частотной характеристике с амплитудой Ав=0.25884 о.е. Амплитуды боковых составляющих тока нижней и верхней частот передали в программатор сравнения амплитуд боковых составляющих тока 7 (ПСАБСТ), где амплитуды сравнили и результат сравнения передали в программатор определения частоты тока ротора 4 (ПЧТР), где определили частоту тока ротора fр,
fр=fс-2·(fв-fс)=50-2·(61-50)=28 Гц.
Для проверки правильности определения частоты тока ротора в фазу А ротора асинхронного двигателя включили датчик тока (фиг.4). И нашли частоту тока ротора fр=28 Гц (фиг.5).
Таким образом, хорошо совпадают результаты расчета с экспериментальными данными.
Аналогичные измерения были проведены на другом асинхронном двигателе (2p=4, nc=1500 об/мин), для которого была получена осциллограмма тока статора (фиг.6) и рассчитана амплитудно-частотная характеристика тока статора (фиг.7). В таблице 2 представлены амплитуды токов и соответствующие им частоты. Для этого двигателя частота fн=32 Гц соответствует наибольшей по амплитуде боковой составляющей тока нижней частоты с амплитудой Ан=0.10633 о.е., а частота fв=68 Гц соответствует наибольшей по амплитуде боковой составляющей тока верхней частоты с амплитудой Ав=0.038759 о.е. Так как амплитуда боковой составляющей тока нижней частоты больше амплитуды боковой составляющей тока верхней частоты, то частоту тока ротора определили следующим образом:
fр=fс-2·(fс-fн)=50-2·(50-32)=14 Гц.
| Таблица 1 | |||
| Aia, о.е. | 0.10699 | 56.809 | 0.25884 |
| f, Гц | 39 | 50 | 61 |
| Таблица 2 | |||
| Aia, о.е. | 0.10633 | 5.9622 | 0.038759 |
| f, Гц | 32 | 50 | 68 |
Способ определения частоты тока ротора асинхронного двигателя, отличающийся тем, что в установившемся режиме функционирования асинхронного двигателя регистрируют мгновенные величины потребляемого тока одной фазы статора, производят дискретное преобразование Фурье измеренного тока, получая амплитудно-частотную характеристику потребляемого тока этой фазы статора, выделяя основную составляющую тока с частотой fc сети и наибольшие по амплитуде боковые составляющие тока с нижней частотой fн, которая меньше частоты сети, и верхней частотой fв, которая больше частоты сети, сравнивают амплитуды боковых составляющих тока и при этом, если амплитуда боковой составляющей тока нижней частоты больше амплитуды боковой составляющей тока верхней частоты, то частоту тока ротора определяют по выражению
fp=fc-2·(fc-fн),
если амплитуда боковой составляющей тока верхней частоты больше амплитуды боковой составляющей тока нижней частоты, то частоту тока ротора определяют по выражению
fp=fc-2·(fв-fc).
