автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Разработка метода и алгоритмов идентификации электрических параметров синхронных электродвигателей при неподвижном роторе

На правах рукописи

004600879

КИБАРТЕНЕ Юлия Викторовна

РАЗРАБОТКА МЕТОДА И АЛГОРИТМОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ НЕПОДВИЖНОМ РОТОРЕ

Специальность 05.09.01 - «Электромеханика и электрические аппараты»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 ДПР 20-О

Томск-2010

004600879

Работа выполнена в Инновационном Евразийском университете (г. Павлодар, Республика Казахстан)

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор Инновационного Евразийского университета Мельников Виктор Юрьевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Бекишев Рудольф Фридрихович

кандидат технических наук, доцент Орлов Юрий Александрович

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет» (г. Омск)

Защита диссертации состоится "19" мая 2010 г. в 1522 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.11 при Томском политехническом университете в ауд. 217 8-го учебного корпуса по адресу: 634050, г. Томск, ул. Усова, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского политехнического университета по адресу: 634034, г. Томск, ул. Белинского, 55 или на сайте: www.lib.tpu.ru.

Автореферат разослан «30» марта 2010 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

Ю.Н. Дементьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Требования повышения надежности и энергетической эффективности технологических процессов и оборудования предопределяют постановку и решение научно-технических задач по созданию новых эффективных систем автоматического управления и регулирования (САР) с синхронными электродвигателями (СД). Желаемая надежность и эффективность во многом определена свойствами электрической машины, а именно, параметрами синхронного двигателя, точные значения которых необходимы для формирования требуемых статических и динамических режимов.

В действительности реальные параметры электродвигателей могут значительно отличаться от паспортных данных, а также данных, приводимых в справочной и технической документации, клиентских и наладочных формулярах. Это отличие может достигать 5... 20 и более процентов.

Отличие реальных параметров от расчетных оказывает значительное влияние на статические и динамические показатели САР с СД, серьезно ухудшая показатели надежности и энергетической эффективности технологического объекта.

Это особенно актуально, например, для питательных электронасосов и тяго-дутьевых машин тепловых электростанций и котельных; мельнично-размольных систем топливоприготовления, горно-обогатительного, металлургического и цементного производства; насосных агрегатов перекачивающих станций трубопроводного транспорта и водоводов (каналов); компрессорных и воздуходувных агрегатов металлургического производства и объектов энергетики; основных и вспомогательных механизмов горнотранспортных систем.

Решением проблемы определения параметров электрических машин и синхронной машины, в частности, занимались многие ведущие отечественные и зарубежные исследователи: Горев A.A., Гольдберг О.Д., Копылов И.П., Костенко М.П., Постников И.М., Сипайлов Г.А., Вольдек А.И., Рогозин Г.Г., Beckert U., Wolfgang А. К, Kertzscher J. и другие. Однако существующие методы не могут в полной мере выявить все необходимые электрические параметры, требуя, в большинстве случаев, многочисленных и сложных дополнительных манипуляций с электрическими машинами.

Это вызывает необходимость создания специального инструмента, позволяющего простыми средствами осуществлять идентификацию параметров СД. Таким инструментом может стать созданный научно-обоснованный метод, разработанные алгоритмы и технические реализации, обеспечивающие эффективную идентификацию параметров обмоток СД различных конструктивных модификаций в режиме с неподвижным ротором.

Указанные обстоятельства определили выбор объекта исследования, которым является синхронный электромеханический преобразователь энергии - синхронный электродвигатель, а также предмета исследования -идентификации параметров синхронного электродвигателя в режиме с

неподвижным ротором.

Целью диссертационной работы является разработка метода определения параметров синхронных электродвигателей различного конструктивного исполнения путем идентификации электрических параметров обмоток в режиме с неподвижным ротором.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие научные задачи:

1 Разработка научно обоснованных имитационных моделей синхронных электродвигателей различного конструктивного исполнения в среде MATLAB, учитывающих основные свойства СД при осуществлении идентификации электрических параметров обмоток.

2 Разработка метода и алгоритмов идентификации, позволяющих определять весь комплекс электрических параметров синхронных электродвигателей различной конструкции.

3 Формулировка и обоснование требований к качеству тестового сигнала при идентификации электрических параметров СД.

4 Разработка технических решений идентификации электрических параметров, позволяющих проводить физический эксперимент.

5 Оценка эффективности разработанного метода идентификации через анализ результатов эксперимента.

6, Анализ тепловых режимов в Процессе идентификации электрических параметров обмоток синхронных двигателей различного конструктивного исполнения при неподвижном роторе, доказывающий отсутствие перегрева обмоток и ненужность применения дополнительных средств охлаждения.

Методы исследований базируются на методах теории автоматического управления, идентификации, планирования эксперимента, цифровой обработки сигналов. Для решения поставленных задач использовалась программная среда MATLAB с приложениями Power System Blockset и Simulink.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием при теоретическом анализе методов, базирующихся на фундаментальных положениях теории электрических машин переменного тока, теории электромеханических преобразователей энергии, теории автоматического управления и регулирования, методов математического моделирования динамических систем, численных методов решения задач управления и оптимизации, а также результатами экспериментальных исследований.

Научная новизна работы:

1 Разработаны и исследованы имитационные модели СД различного конструктивного исполнения, полученные на основе анализа процессов электромеханического преобразования энергии и используемые для моделирования в MATLAB.

2 Разработан метод идентификации электрических параметров СД при неподвижном роторе, отличающийся от известных возможностью определения всех электрических параметров СД.

Основные положения, защищаемые автором.

1 Метод идентификации электрических параметров СД.

2 Методика проведения эксперимента идентификации, включая программно-техническое обеспечение.

Практическая ценность работы.

I Разработаны алгоритмы идентификации и созданы компьютерные программы, используемые для обработки результатов эксперимента.

2. Разработаны схемные решения для проведения идентификации электрических параметров СД

Реализация выводов н рекомендаций работы. Результаты теоретических исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров и бакалавров на кафедрах «Электроэнергетика» Инновационного Евразийского университета и «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С. Торайшрова. Кроме того, результаты работы приняты к внедрению в ТОО «Павлодартехэнерго», г.Павлодар, Казахстан.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международных конференциях: «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск, 2000 г.; «Электромеханические преобразователи энергии», Томск: ТПУ, 2001 г.; «Математические модели и информационные технологии в социально-экономических и экологических системах», Луганск (Украина): ВНУ, 2001 г.; «3 Международная (14 Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу», Нижний Новгород, 2001 г.; «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения», Новочеркасск: ЮжноРоссийский государственный университет, 2001 г.; «Наука-Техника-Технологии на рубеже третьего тысячелетия», Находка, 2001 г.; «Энергоресурсосберегающие технологии Прииртышья», Павлодар (Казахстан), 2001 г.; «Социальные и экономические аспекты развития региона: потенциал, проблемы и перспективы», Павлодар, 2001 г. и 2003 г.; «Казахстан в 3-м тысячелетии: качество образования в современных условиях», Павлодар, 2001г.; 14е1 Int. Conference «Process Control», Bratislava (Словакия) 2003 г.; «Элеиронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития», Томск: ТУСУР, 2007 г.; «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск: Амурский государственный университет, 2008 г.

Диссертация одобрена на расширенном заседании кафедр электропривода и электрооборудования Томского политехнического университета, «Электроэнергетика» Инновационного Евразийского университета и «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ, из них 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК, 5 патентов на изобретение республики Казахстан, 1 монография.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложений: Общий объем работы составляет 148 страниц машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований. .-.,".

В первой главе выполнен обзор существующих способов определения параметров, которые полностью определяют регулировочные, пуско-тормозные и эксплуатационные режимные показатели синхронных машин. При определении параметров синхронной машины применяют известные методы: холостого хода и короткого замыкания (Гольдберг О.Д., Горев A.A., Копылов И.П., Костенко М.П., Постников И.М.); малого скольжения (Гольдберг О.Д. и Горев A.A.); с поворотом фаз (Гольдберг О.Д., Горев A.A., Постников И.М.); отрицательного возбуждения (Гольдберг О.Д.); нагрузки с измерением угла между ЭДС машины и напряжением (Горев A.A., Постников И.М., Копылов И.П.), а также осциллографический и статический методы (Гольдберг О.Д., Горев A.A., Постников И.М.).

Анализ возможностей идентификации параметров показал, что для успешного синтеза алгоритмов' оценивания и идентификации объекта целесообразно предварительное выявление свойств управляемости, наблюдаемости и идентифицируемости (Бесекерский В.А., Попов Е.П., Воронов A.A., Гроп Д., Киричков В.Н., Сейдж Э.П., Мелса Дж. JI., Сильвестров А.Н.. Чинаев П.И., Красовский A.A., Цыпкин Я.З., Штейнберг Ш.Е., Эйкхофф П.). Управляемость, наблюдаемость и идентифицируемость определяются из математического описания объекта в пространстве состояния методом переменных состояния с помощью векгорйо-матричного представления, как описано в работах (Башарин A.B., Новиков В.А., Соколовский Г.Г., Воронов A.A.. Кгоров В.Н., Корженевский-Яковлев О.В., Красовский A.A., Цыпкин Я.З.). Необходимое и достаточное условие полной управляемости по Калману определено в работах Воронова A.A., Красовского A.A. и др. Идентификацию Unke Gerald. Гроп Д., Киричков В.Н., Сейдж Э.П., Мелса Дж.Л., Сильвестров А.Н.. Чинаев П.И., Красовский A.A. трактуют как получение или уточнение по чкепериментальным данным модели реального объекта. Задачу идентификации можно рассматривать (Эйкхофф П.) как отыскание или оценку некоторого вектора параметров объекта - параметров синхронного двигателя. Основываясь па имеющейся априорной информации Becker Т., Гроп Д., Сильвестров А.Н., Чипаев П.И.. Красовский A.A. и Эйкхофф П. предлагают: оценивание по методу наименьших квадратов, марковские оценки, оценивание методом максимального правдоподобия и байесовские оценки. Эффективность идентификации во многом зависит от удачно выбранных языка и структуры модели, которые целиком базируются на теоретических априорных предпосылках (Цыпкин Я.З., Штейнберг I11.E., Эйкхофф П. и др.). А объект будет являться идентифицируемым, если по измерениям координат состояния

объекта критерий идентифицируемости удовлетворяет условиям, сформулированным Вороновым A.A. и Красовским A.A.

Проанализированы также достоинства и недостатки известных методов и технических решений, позволяющих определять параметры синхронной машины. Сформулирована необходимость и целесообразность разработки новых методов и алгоритмов определения параметров обмоток синхронной машины, реализуемых в режиме с неподвижным ротором. Для этого предложено, рассматривая синхронную машину в режиме с неподвижным ротором как динамический объект, использовать методы параметрической идентификации динамических систем, а также свойств наблюдаемости, управляемости и идентифицируемости динамической системы.

Во второй главе рассмотрены модели СД различных конструкций, а именно, неявно- и явнополюсного СД с демпферными обмотками и без таковых, реализованных на основе математического описания обобщенного электромеханического преобразователя энергии в системе d, (/-координат.

В соответствии с принятыми допущениями, математическое описание синхронного электродвигателя представлено в виде

с о о

о г. О

0 0 г, ООО ООО

dtffj

dl

0 dip

0 i. dl

0 t v + dy/f +

dt

0 'о d\fta

га Ja. dt

df9

L dt J

0 -tu 0 О О

т 0 0 0 О

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

V/

v,

V,

Vn

Уч.

V/

у.

Vi «

¥p

Vq

*Х>

о

V

'o

Л>.

(1)

M-M,=J%

da) dt '

где и, ч>, / — напряжение, потокосцепление и ток; г, х- активное и индуктивное сопротивление обмотки; М, Мс - электромагнитный момент и момент статического сопротивления; р„ - число пар полюсов; со - частота вращения; Л" - суммарный момент инерции электродвигателя; индексы: с1, д - статорная обмотка по продольной с1 и поперечной q осям;/- обмотка возбуждения; Д <2 -демпферная обмотка по продольной с1 и поперечной <7 осям; ас1, ад - взаимные влияния статорной обмотки и обмотки ротора по продольной с1 и поперечной ц

осям; /1) взаимное влияние обмотки возбуждения и демпферной обмотки но оси с/.

Приведенная модель (1) соответствует описанию явнополюсного СД с демпферными обмотками.

Модель явнополюсного СД без демпферных обмоток (2) получим, исключи» параметры демпферной обмотки из матрицы коэффициентов уравнений системы (1).

И* г. 0 0 и

0 г. 0

0 0 г/.

¿у* Л

¿V,

А

йцг,

Л

-со О О О О О

у/1

(2)

у/ 0 V

V, = 0 0

Г/. 0

I [ринки и (1) ха хч и х^хщ, получим математическое описание исшшошшосного СД с демпферными обмотками, а из (2), при тех же условиях, получим модель псяннополюсного СД без демпферных обмоток.

Необходимыми условиями для обеспечения успешной идентификации параметров синхронного электродвигателя в режиме с неподвижным ротором яшшогся следующие специальные требования к входным и выходным сишалам: входной сигнал должен возбуждать все собственные колебания объекта, а выходной сингал должен содержать достаточно информации об объекте. Другами словами объект должен быть управляемым, наблюдаемым и идентифицируемым. Кроме тот, сигналы должны принадлежать к классу постоянно возбуждающих.

Исследования свойств управляемости, наблюдаемости и идентифицируемости синхронного двигателя показали, что матрицы управляемости, наблюдаемости и идентифицируемости определены в виде (3)-.(5)

1 о о

О 1 о

О О 1

га 0 '.{Ггх* + г-х)) 0 '¿"Л." г + г/х<

1г Х4Х1 г г Х4Х/

0 г, хч 0 0 15-1 0

Г'х*>. 0 *я........ 0 х'хг Х/Х/

(3)

я

№

1 О

О 1

о

о

о

о -I. ** *

у*

1 ^(у^л) п

¿г

о

/=

# # #

(4)

V,

V/

Г

"ГК

(5)

В результате исследований (3)...(5) выявлено, что СД является управляемым, наблюдаемым и идентифицируемым. Это создает принципиальную возможность осуществления полной идентификации электрических параметров обмоток в режиме с неподвижным ротором при учете различных конструктивных особенностей СД.

Однако, реализация этой возможности неосуществима без создания специального математического аппарата и технической поддержки, поэтому в третьей главе разработан метод, обеспечивающий идентификацию электрических параметров обмоток СД Метод основан на известных принципах параметрической идентификации динамических объектов, который в сочетании с использованием метода наименьших квадратов, позволяет в полной мере учитывать конструктивные особенности различных двигателей.

Получены выражения для идентификации электрических параметров обмоток явнополюсного СД с демпферной обмоткой в виде:

4и.

— К

<а.

л ' <и т0 4 *0 ти

гп л

л

¿V '

+ 1 „ Х»' Л" !V Х"Х

'о

А

х„ У Л*

(6)

г, , х. Л, х2ю, с121,

Та г 1/ Т„ Л х,/ си1

" ч

Л

Л

= — (-ы„ + »■■».) + 'а

Тд Л

А.

Лг

где Тд, - постоянные времени демпферной обмотки.

9

Выражение (6) позволяет определите следующие параметры обмоток "и, *о> гп> "л» г/> */> V • хв> гв> включая То и Тв. Снсрхисрсходпме и переходные сопротивления определяются исходя из схемы замещения СД.

Наиболее привлекательно обеспечить идентификацию электрических параметров обмоток синхронного двигателя, используя возмущения, содержащиеся в самом объекте. Однако энергетический спектр возмущений может быть слитком узким или содержать доминирующие частоты, что требует предварительного приведения его к широкополосному виду -«отбеливанию», либо периодической отсортировки для приближения спектра пходпого сигнала к спектру белого шума. Из-за того, что доступны лишь конечные реализации входных и выходных сигналов, точность оценивания корреляционных функций существенно ограничена.

Поэтому идентификация электрических параметров обмоток осущсстнлястся методом активного эксперимента, т.е. путем воздействия на обмотки заторможенного синхронного двигателя специально сформированным идентифицирующим сишалом. Важнейший показатель - точность идентификации, как показали исследовашм, наирямую зависит от правильного выбора параметров и да ггифициру ющего сигнала: формы, частоты и уровня напряжения. При этом необходимо учитывать, что для наилучшего отклика системы и рабочей колосс частот амплитудный спектр синила должен быть явно нмражен, то есть иметь ненулевые спектральные составляющие. Поэтому были рассмотрены сгуиенчатыс, импульсные, гармонические сигналы различной формы. В качестве идентифицирующего сигнала рекомендовано применение специально созданной разрывной периодической функции,

Величину напряжения идет-ифицирующего сигнала соответствующей обмотки выбирают из условий, что ток в обмотке не должен превышать номинального тока электродвигателя, должно быть исключено влияние насыщения, а ротор двигателя должен оставаться исиодвижпым.

В зависимости от особенностей конструкции и габаритной мощности синхронных двигателей частота напряжения идентифицирующего сигнала может быть различной, что создаст определенные трудности в его формировании. Поэтому возникает необходимость в выявлении некоторых взаимозависимостей между параметрами идентифицирующего сигнала и бЬобснностями конструкции и мощностью синхронного двигателя.

В процессе исследований было установлено, что частота напряжения идентифицирующего сигнала должна совпадать с собственной частотой синхронною двигателя во ¿1-, ¡¡-осям и определяется выражениями и /щ.

Для СД с демпферными обмотками

4- 1 *«) ^ Х1'ХП,

-> и

* 1'

№ Г, ^ 1 х.ха) т,-га

(7)

(8)

Дня С Д без демпферных обмоток

г -_!_. _±

т » 1 т ■ (9)

' «

Частота сигнала, идентифицирующего параметры цепи возбуждения по ¿-оси

/^=(104-100)-/^. (10)

Для примера показано: СД мощностью 3,5 кВт с демпферными обмотками по й- и д-осям и обмоткой возбуждения но (¿-оси, должен иметь частоту идентифицирующего сишала но ¿/-оси 1,50 Гц, а по д-оси - 2,541'ц; для аналогичного СД мощноегью 22 кВт частота идентифицирующего сишала но ¿-оси - 0,23 Гц, а но д-оси - 0,93 Гц.

В четвертой главе разработаны' алгоритмы идентификации электрических параметров обмоток СД в режиме с неподвижным ротором, разработаны методики и программы идентификации, даны рекомендации но технической реализации процесса идентификации, а также разработаны схемы информационно-технического процесса идентификации.

Алгоритм идентификации параметров СД (фрагменты структуры которого приведены на рис. 2) дополнительно предусматривает: задание необходимых для идентификации исходных данных; учет конструктивных особенностей СД (неявно- или явнополюсный, с демпферными обмотками или без таковых); обеспечение возможности варьирования идентифицирующего сишала по форме, частоте, амплитуде; учет специфики передачи данных в

части шумовых воздействий, а также необходимости фильтрации сигналов.

Рис. 2. Алгоритм идентификации параметров СД (а) и структура блока «Непосредственно идентификация параметров СД» (б)

Для явнополюсного СД с демпферными обмотками идентифицируются следующие индуктивные и активные сопротивления обмоток:

■*,./. хи< ги< хр г/. х/ -Хч * х*/' *<>' г0

Для этого выполняют следующие операции:

1 Формируют идентифицирующие напряжения специальной формы и частоты н,, и и{. На выводы С1-0 обмотки статора двигателя в режиме с неподвижным ротором (рис. 3,а) подают идентифицирующее напряжение щ специальной формы с частотой Выводы С2 и СЗ обмотки статора

отключены. На выводы И1 и И2 обмотки возбуждения подают идегггифииирующее напряжение и¡. В соответствии со схемой (рис. 3,а) измеряют напряжение, ток статора и ток возбуждения синхронного двигателя. Определяют в соответствии с выражением (6):

_1_ Т,

-Л * /)

-) составляющие по иродолыюй оси.

а *» ло

Идентифицируюг: хы, х,}, гп, Хр параметры обмоток синхронного двигателя.

2 Выполняют при тех же условиях. В соответствии со схемой (рис. 3,а) измеряют напряжение, ток статора и напряжение возбуждения. Определяют в

Т X х^

соответствии с выражением (6) {г; +тг), (*;——) составляющие но

'о ■'о ХР

продольной оси. Идентифицируют Г/> */ параметры обмоток синхронного двигателя.

а)

5 Щ ,..........,

И-'..]"

б)

ШЛ-

Ги Л 11 Л

Рис. 3. Схема экспериментальной установки для идентификации электрических параметров обмоток СД но ¿-оси (а) и но (/-оси (б)

3 Формируют идентифицирующие напряжения специальной формы и частоты ич и Выводы С1-0 обмотки статора отключены. Выводы И1-И2

обмотки возбуждения отключены от питающего напряжения и подключены на дополнительное сопротивление Л/. На выводы С2-СЗ обмотки статора двигателя в режиме с неподвижным ротором подают идентифицирующее напряжение ич специальной формы с частотой В соответствии со схемой (рис. 3,6) измеряют напряжение и ток статора синхронного двигателя. Определяют в

I х х2

соответствии с выражением (6) —, ——) составляющие, по которым

'в е хв

идентифицируют а,, х„, хд, ге параметры синхронного двигателя.

Методика проведения идентификации для других типов СД (неявнополюсный с демпферной обмоткой, а также без демпферных обмоток) остается такой же. Изменяется только выражение (6) по которому проводится обработка результата эксперимента с учетом конструктивных особенностей СД.

Идентифицирующие сигналы с учетом внешних шумов приведены на рис. 4.

и

а)

^___________________1______Т!гг.„1___________!________________I и*

".«» гооо 4000 то»_«ооо гоооа чжя -мое.

, ; ' " " ---------------------*--1--------'-------~'-----------Ч

, ■ ни».,«!»»

им^м*^ Ч

о"

-11...

заоа згао мое моо моо <ооо «а б)

Рис. 4. Вид идентифицирующих сигналов по ¿-оси обмотки СД (а) и обмотки возбуждения (б)

Имитационный эксперимент проводился в программной среде МАТЪАВ, где созданы модели экспериментальной установки. Математическое описание синхронного двигателя, источников тестового сигнала и измерителей было реализовано в виде структурной схемы в БтЫтк (рис. 5).

Рис. 5 - Имитационная модель идентификации параметров СД

В таблице 1 приведены результаты идентификации электрических параметров обмоток СД.

Таблица 1 - Электрические параметры обмоток СД

Параметры СДо.е. г. Х1 Г/ Гв *е хп>

явнополюсный СД с демпферными обмотками

Справочные данные 0.026 0,812 0,483 0.013 0.816 0,404 0.892 0,771 0,432 0,751 0,705 0,402

Результаты эксперимента 0.026 0,831 0.484 0,014 0,811 0,386 0,889 0,764 0,446 0,749 0.704 0,401

Относительная ошибка, % 0,0 0.120 0,207 7.692 0,361 4,455 0.336 0,908 3.241 0,266 0,142 0,249

явнополюсный СД без демпферных обмоток

Справочные данные 0.026 0,919 0,529 0.013 0,957 • - - 0,839 0,449

Результаты эксперимента 0,026 0,9)2 0,529 0.013 0,941 - ■ - 0,831 - 0,448

Относительная ошибка, '/• 0.0 0,762 0,0 0,0 0,940 - - - • 0,953 0.223

кеяанололюсныА СД с неяшферяши обметками

Справочные данные 0.026 1.084 1.084 0.030 1,071 0,130 1,030 0,175 1.033 1.003 1,013 1,003

Результаты эксперимента 0,026 1,081 1,081 0,030 . 1.066 0.128 1,023 0,174 1,028 0.999 1.008 1,001

Относительная ошибка, '/• 0,0 0,277 0,277 0,0 0,467 1.53» 0,679 0,571 0,484 0.39! 0,494 0.199

неявнополюсный СД без демпферных обмоток

Справочные - данные 0.026 1,084 1.084 0.030 1,061 - • - - 1,003 - 1,003

Результаты эксперимента 0,026 1,083 1,083 0,030 1,059 - - • 1,002 • 1,002

Относительная ошибка, % 0.0 0,092 0.092 0.0 0,189 - • 0.099 - 0,099

В зависимости от конструктивных особенностей СД относительная ошибка идентификации параметров: явнополюсный и неявнополюсный СД без демпферных обмоток-до 1%, неявнополюсный СД с демпферными обмотками - до 2%, явнополюсный СД с демпферными обмотками - до 8% при идентификации активных сопротивлений обмоток возбуждения и демпферных.

В пятой главе выполнена оценка тепловых свойств синхронного двигателя с неподвижным ротором при идентификации электрических параметров обмоток.

На основе предложенных тепловых моделей с использованием инструмента компьютерного моделирования - среды МАТЪАВ, проведен ряд имитационных экспериментов с СД различных конструктивных особенностей и мощностей. В результате получены данные, в достаточной мере характеризующие тепловые свойства заторможенного двигателя в процессе идентификации параметров его обмоток. Выявлено, что при действии токов и напряжений идентифицирующих сигналов температура не превышает предельной допустимых значений, обусловленных классом изоляции обмоток.

Для экспериментальной оценки тепловых свойств использована установка, содержащая заторможенный электрический двигатель, в лобовые части обмоток которого помещены термоэлектрические преобразователи типа ХК, выводы обмоток двигателя подключены к источнику напряжения идентифицирующих сигналов. Выводы термоэлектрических преобразователей подключены к измерителю-регулятору ТРМ-138, используемому в автоматизированных системах контроля и регулирования. С его помощью произведено измерение физических температурных параметров, осуществлена фильтрация измеренных параметров, а также отображение измеренных и заданных параметров на встроенном светодиодном цифровом индикаторе.

Экспериментальная оценка тепловых свойств СД с неподвижным ротором при идентификации электрических параметров осуществлялась как при подключении одной обмотки, так и при подключении двух обмоток. Показания температуры регистрировались с интервалом 60 секунд. Результаты натурного эксперимента были сведены в таблицы и обобщены в виде кривых нагрева.

Анализ полученных данных показал, что воздействие на обмотки заторможенного двигателя напряжений идентифицирующих сигналов не приводит в процессе идентификации к предельному перегреву частей синхронного двигателя. Однако, при подключении двух обмоток к источнику напряжения специальной формы температура нагрева СД может быть существенно выше, чем в случае подключения питания к одной обмотке.

В то же время, для повышения надежности и безопасности при проведении работ, связанных с идентификацией электрических параметров обмоток СД средней и большой мощности, уменьшения вероятности возникновения локальных перегревов и связанных с этим возможных точечных повреждений изоляции рекомендовано выполнять эти работы при включенном штатном независимом обдуве. Кроме того, желательно предусмотреть в конструкциях устройств идентификации электрических параметров обмоток защитные мероприятия от длительного нахождения заторможенного электродвигателя под действием идентификационных токов и напряжений в части обеспечения их автоматического отключения с возможностью повторного включения с необходимой задержкой по времени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате анализа математического описания синхронных электрических машин получены имитационные модели, учитывающие конструктивные модификации синхронных электродвигателей и предоставляющие возможность идентифицировать параметры обмоток СД на основе среды моделирования МАТЪАВ.

2. Для осуществления этой возможности разработан метод идентификации параметров обмоток СД в режиме с неподвижным ротором.

3. На основе предложенного метода созданы специальные алгоритмы идентификации электрических параметров обмоток СД в режиме с неподвижным ротором, разработаны методики и программы идентификации, даны рекомендации по технической реализации процесса идентификации, а также схемы информационно-технического процесса идентификации.

4. Сформулированы условия выбора параметров идентифицирующего сигнала - формы, амплитуды и частоты. Показано, что точность идентификации параметров обмоток СД в значительной степени определена величиной частоты идентифицирующего сигнала, которая также зависит от мощности двигателя. Разработана методика определения частоты идентифицирующего сигнала.

5. Ошибка идентификации параметров СД по результатам имитационного эксперимента варьируется от 0,1% и более в зависимости от конструктивных особенностей СД: явнополюсный и неявнополюсный СД без демпферных обмоток - до 1%, неявнополюсный СД с демпферными обмотками - до 2%, явнополюсный СД с демпферными обмотками - до 8% при идентификации активных сопротивлений обмоток возбуждения и демпферных. Рекомендовано для снижения ошибки до уровня 3% в процессе идентификации предварительно измерять активные сопротивления указанных обмоток другими методами.

6. Выявлено, что при действии токов и напряжений идентифицирующих сигналов температура основных элементов заторможенного СД не превышает предельной допустимых значений, обусловленных классом изоляции обмоток. В то же время, с целью уменьшения вероятности возникновения локальных перегревов и связанных с этим повреждений изоляции, что особенно актуально для двигателей большой единичной мощности, рекомендованы специальные мероприятия для защиты от длительного нахождения заторможенного электродвигателя под действием идентификационных токов и напряжений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

Статьи в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1 Кибартене, Ю.В. Синхронный электродвигатель с неподвижным ротором как объект идентификации / Ю.В. Кибартене // Известия Томского политехнического университета. - Томск: Изд-во ТПУ, 2009,- Т. 315. - № 4. -С. 82-84.

Патенты

2 Пат. 10361 РК. МПК7 Н 02 Р 5/34. Электропривод переменного тока / В.Ю. Мельников, В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене, Е.В. Зигангирова. Заявлено 13.12.1999; Опубл. 15.06.2001, бюл. №6. -12 е.: ил.

3 Пат. 10818 РК. МПК7 G01L 3/10. Способ определения электромагнитного момента трехфазного неявнополюсного синхронного электродвигателя / В.Ю.Мельников, В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене, Е.В. Зигангирова. Заявлено 09.03.2000; Опубл. 15.10.2001, бюл. №10. - 4 е.: ил.

4 Пат. 11757 РК. МПК7 Н 02 Р 5/34. Электропривод переменного тока / В.Ю. Мельников, В.В. Кибартас, Е.В. Зигангирова, Ю.В. Кибартене. Заявлено И. 12.2000; Опубл. 15.07.2002, бюл. № 7. -7 е.: ил.

5 Пат. 15208 РК. МПК7 G01L 3/10. Способ определения параметров синхронной машины/ В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене, В.Ю. Мельников. Заявлено 21.05.2003; Опубл. 15.12.2004, бюл. № 12. - 8 с.

6 Пат. 17806 РК. МПК7 G01R 27/00. Способ определения параметров трансформатора/ В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене, В.Ю. Мельников. Заявлено 28.02.2005; Опубл. 15.09.2006, бюл. №6.-3 с.

Статьи в Российских и иностранных изданиях, материалы международных и региональных конференций

7 Мельников, В.Ю. Имитационное моделирование как средство разработки экологически чистых, безопасных и экономичных технологий и техники / В.Ю. Мельников, В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене, Е.В. Зигангирова. // Математические модели и информационные технологии в социально -экономических и экологических системах: Сб. трудов 2 Международной науч.-практической конф. - Восточноукраинский национальный университет. - Украина, Луганск: ВНУ, 2001. - С. 142-144.

8 Кибартас, В.В. Идентификация параметров синхронной машины при неподвижном роторе / В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене // Материалы респ. науч.-теорет. конф. "Торайгыровские чтения". - Павлодар: 111 У им. С. Торайгырова, 2003. - Т.З. - С. 168-173.

9 Melnikov, V. Device and methods of indirect measurements of electromechanical systems coordinates / V. Melnikov, Y. Zigangirova, V. Kibartas, Y. Kibartene II The 14th International conference "Process Control 2003", High Tatri, Slovakia, 2003.-C. 175-178.

10 Кибартас, В.В. Метод идентификации параметров обмоток синхронных электродвигателей различных конструктивных особенностей/ В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене // Вестник Павлодарского университета. - Павлодар: учреждение «Павлодарский университет», 2004. - № 1. - С. 163-168.

11 Кибартене, Ю.В. Алгоритм идентификации параметров электротехнических систем с синхронными двигателями / Ю.В. Кибартене // Интеграция науки и промышленности - решающий фактор в развитии экономики республики Казахстан: Материалы научно-практической конференции с международным

участием. - Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2005. - Т. 2. - С. 85-90.

12 Кибартене, Ю.В. Превышение температуры обмоток синхронного электродвигателя при экспериментальном определении его электрических параметров / Ю.В. Кибартене // Наука и образование в 21 веке: динамика развития в евразийском пространстве: Материалы международной научно-практической конференции. - Павлодар: Павлодарский университет, 2006. -Т.3.- С. 233-235.

13 Мельников, В.Ю. Косвенный контроль координат неявнополюсного синхронного электродвигателя: Монография / В.Ю. Мельников, В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене. - Павлодар: Павлодарский университет, 2005. -144 с.

14 Кибартас, В.В. Алгоритмическое обеспечение идентификации электрических параметров обмоток синхронных электромеханических преобразователей / В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене // Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития: Материалы Четвертой международной научно-практической конференции. - Томск: ТУСУР, 2007. - С. 37-40.

15 Кибартас, В.В. Технический комплекс идентификации параметров синхронных электромеханических преобразователей / В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов: Сборник трудов пятой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. -Благовещенск: Амурский государственный университет, 2008. - С.261-264.

Личный вклад автора заключается в том, что [1, 11, 12] написаны без соавторов; в [7] отражен опыт работы с МАТХАВ; в [5, 8,10] разработан метод идентификации электрических параметров СД различной конструкции; в [6] разработан метод идентификации параметров трансформатора; в [2, 3, 4, 9] разработан способ определения косвенного контроля момента неявнополюсного СД; в [13] рассмотрен вопрос идентификации параметров СД применительно к устройствам косвенного контроля координат СД; предложен технический комплекс идентификации параметров синхронных электромеханических преобразователей [14, 15]. Личный вклад в статьях, опубликованных в соавторстве, составляет не менее 50 %..

Подписано в печать 29.03.2010 г. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Усл. печ. л. 1,22. Уч.-изд. 1,11. Тираж 100 экземпляров. Отпечатано ООО "СТ)Ъ Заказ № 055.

Адрес: 634034. г. Томск, ул. Усова, 4а-150, т. (38-22) 224-789

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

1.1 Существующие способы определения параметров синхронных электромеханических преобразователей

1.1.1 Определение синхронных индуктивных сопротивлений

1.1.2 Определение переходных и сверхпереходных индуктивных сопротивлений по d- и q-осям

1.1.3 Определение постоянных времени синхронного 21 электромеханического преобразователя

1.2 Возможности идентификации параметров на основе методов оценки состояния динамических объектов

1.3 Требования, предъявляемые к методу идентификации параметров синхронных электродвигателей

1.4 Постановка задачи

1.5 Выводы

ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

2.1 Математическое описание синхронного электромеханического преобразователя

2.2 Реализация математических моделей синхронных электромеханических преобразователей при компьютерном моделировании в среде MATLAB

2.3 Имитационные модели синхронных электродвигателей

2.4 Синхронный электродвигатель как управляемый электромеханический преобразователь энергии

2.5 Синхронный электродвигатель с неподвижным ротором как объект идентификации параметров

2.6 Выводы

ГЛАВА 3 ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПРИ НЕПОДВИЖНОМ РОТОРЕ

3.1 Идентификация параметров явнополюсного синхронного электродвигателя

3.2 Идентификация параметров неявнополюсного синхронного электродвигателя

3.3 Определение сверхпереходных и переходных сопротивлений

3.4 Формирование параметров идентифицирующего тестового 74 сигнала

3.5 Выводы ВО

ГЛАВА 4 АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНО-АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

4.1 Алгоритмы и методика проведения эксперимента идентификации параметров

4.2 Средства измерения и обработки сигналов при идентификации параметров синхронных электродвигателей

4.2.1 Первичные преобразователи

4.2.2 Сопряжение первичных преобразователей с устройством обработки информации

4.3 Результаты имитационной идентификации параметров синхронных электродвигателей различных конструктивных исполнений

4.4 Выводы

ГЛАВА 5 УЧЕТ ВЛИЯНИЯ ИДЕНТИФИЦИРУЮЩЕГО ТЕСТОВОГО СИГНАЛА НА ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С НЕПОДВИЖНЫМ РОТОРОМ

5 Л Постановка задачи

5.2 Электромеханический преобразователь как объект нагрева

5.3 Экспериментальное определение превышения температуры обмоток синхронного электродвигателя при идентификации его электрических параметров

5.4 Выводы

Требования повышения надежности и энергетической эффективности технологических процессов и оборудования предопределяют постановку и решение научно-технических задач по созданию новых эффективных систем автоматического управления и регулирования (САР) с синхронными электродвигателями (СД). Желаемая надежность и эффективность во многом определена свойствами электрической машины, а именно, параметрами СД, точные значения которых необходимы для формирования требуемых статических и динамических режимов.

В действительности реальные параметры электродвигателей могут значительно отличаться от паспортных данных, данных приводимых в справочной и технической документации, клиентских и наладочных формулярах. Это отличие может достигать 5.20 и более процентов.

Отличие реальных параметров от расчетных оказывает значительное влияние на статические и динамические показатели САР с СД, серьезно ухудшая показатели надежности и энергетической эффективности технологического объекта.

Это особенно актуально, например, для питательных электронасосов и тяго-дутьевых машин тепловых электростанций и котельных; мельнично-размольных систем топливоприготовления, горнообогатительного, металлургического и цементного производства; насосных агрегатов перекачивающих станций трубопроводного транспорта и водоводов (каналов); компрессорных и воздуходувных агрегатов металлургического производства и объектов энергетики; основных и вспомогательных механизмов горно-транспортных систем.

Решением проблемы определения параметров электрических машин и синхронной машины (СМ), в частности, занимались многие ведущие отечественные и зарубежные исследователи: Горев А.А.,

Гольдберг О.Д., Копылов И.П., Костенко М.П., Постников И.М., Сипайлов Г.А., Рогозин Г.Г., Beckert U., Wolfgang А. Н., Kertzscher J. и другие.

Однако существующие методы определения параметров электрических машин не могут в полной мере выявить все необходимые электрические параметры. Это вызывает необходимость создания специального инструмента, позволяющего простыми средствами осуществлять идентификацию параметров СД. Таким инструментом может стать созданный научно-обоснованный метод, разработанные алгоритмы и технические реализации, обеспечивающие эффективную идентификацию параметров обмоток СД различных конструктивных модификаций в режиме с неподвижным ротором.

Указанные обстоятельства определили выбор объекта исследования, которым является синхронный электромеханический преобразователь энергии - СД, а также предмета исследования -идентификации параметров СД в режиме с неподвижным ротором.

Целью диссертационной работы является разработка метода определения параметров СД различного конструктивного исполнения путем идентификации электрических параметров обмоток в режиме с неподвижным ротором.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие научные задачи:

1 Разработка научно обоснованных имитационных моделей СД различного конструктивного исполнения в среде MATLAB, учитывающих его основные свойства при осуществлении идентификации электрических параметров обмоток.

2 Разработка метода и алгоритмов идентификации, позволяющих определять весь комплекс электрических параметров СД различной конструкции.

3 Формулирование и обоснование требований к качеству тестового сигнала при идентификации электрических параметров СД.

4 Разработка технических решений идентификации электрических параметров, позволяющих проводить физический эксперимент.

5 Оценка эффективности разработанного метода идентификации через анализ результатов эксперимента.

6 Анализ тепловых режимов в процессе идентификации электрических параметров обмоток СД различного конструктивного исполнения при неподвижном роторе, доказывающий отсутствие перегрева обмоток и ненужность применения дополнительных средств охлаждения.

Методы исследований базируются на методах теории автоматического управления, идентификации, планирования эксперимента, цифровой обработки сигналов. Для решения поставленных задач использовалась программная среда MATLAB с приложениями Power System Blockset и Simulink.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием при теоретическом анализе методов, базирующихся на фундаментальных положениях теории электрических машин переменного тока, теории электромеханических преобразователей энергии, теории автоматического управления и регулирования, методов математического моделирования динамических систем, численных методов решения задач управления и оптимизации, а также результатами экспериментальных исследований.

Научная новизна работы:

1 Разработаны и исследованы имитационные модели СД различного конструктивного исполнения, полученные на основе анализа процессов электромеханического преобразования энергии и используемые для моделирования в MATLAB.

2 Разработан метод идентификации электрических параметров СД при неподвижном роторе, отличающийся от известных возможностью определения всех его электрических параметров.

Основные положения, защищаемые автором.

1 Метод идентификации электрических параметров СД.

2 Методика проведения эксперимента идентификации, включая программно-техническое обеспечение.

Практическая ценность работы.

1 Разработаны алгоритмы идентификации и созданы компьютерные программы, используемые для обработки результатов эксперимента.

2 Разработаны схемные решения для проведения идентификации электрических параметров СД.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты теоретических исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров и бакалавров на кафедрах «Электроэнергетика» Инновационного Евразийского университета и «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова. Кроме того, результаты работы приняты к внедрению в ТОО «Павлодартехэнерго», г. Павлодар, Казахстан.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международных конференциях: «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск, 2000 г.; «Электромеханические преобразователи энергии», Томск: ТПУ, 2001 г.; «Математические модели и информационные технологии в социально-экономических и экологических системах», Луганск (Украина): ВНУ, 2001 г.; «3 Международная (14 Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу», Нижний Новгород, 2001 г.; «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения», Новочеркасск: ЮжноРоссийский государственный университет, 2001 г.; «Наука-Техника-Технологии на рубеже третьего тысячелетия», Находка, 2001 г.; «Энергоресурсосберегающие технологии Прииртышья», Павлодар (Казахстан), 2001 г.; «Социальные и экономические аспекты развития региона: потенциал, проблемы и перспективы», Павлодар, 2001 г. и 2003 г.; «Казахстан в 3-м тысячелетии: качество образования в современных условиях», Павлодар, 2001 г.; 14th Int. Conference «Process Control», Bratislava (Словакия), 2003 г.; «Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития», Томск: ТУ СУР, 2007 г.; «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск: Амурский государственный университет, 2008 г.

Диссертация одобрена на расширенном заседании кафедр электропривода и электрооборудования Томского политехнического университета, «Электроэнергетика» Инновационного Евразийского университета и «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ, из них 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК, 5 патентов на изобретение Республики Казахстан, 1 монография.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы составляет 148 страниц машинописного текста.

5.4 Выводы

1 Исследование тепловых свойств СД при идентификации электрических параметров обмоток с неподвижным ротором в режиме медленно изменяющихся потерь показало возможное представление его простейшей тепловой моделью в виде инерционного звена первого порядка.

2 На основе предложенных тепловых моделей с использованием инструмента компьютерного моделирования - среды MATLAB, проведен ряд имитационных экспериментов с СД различных конструктивных исполнений и мощностей. В результате получены данные, в достаточной мере характеризующие тепловые свойства заторможенного двигателя в процессе идентификации параметров его обмоток.

3 Анализ полученных данных показал, что воздействие на обмотки заторможенного двигателя напряжениями идентифицирующих сигналов не приводит в процессе идентификации к предельному перегреву частей СД, а значит идентификация в целом не влияет на процесс теплового старения изоляции. Однако при подключении двух обмоток к источнику напряжения специальной формы температура нагрева СД может быть существенно выше, чем когда подключена одна обмотка.

4 Рекомендовано для повышения надежности и безопасности при проведении работ, связанных с идентификацией электрических параметров обмоток СД средней и большой мощности, уменьшения вероятности возникновения локальных перегревов и связанных с этим возможных точечных повреждений изоляции при неподвижном роторе двигателя выполнять эти работы при включенном штатном независимом обдуве. Кроме того, желательно предусмотреть в конструкциях устройств идентификации электрических параметров обмоток защитные мероприятия от длительного нахождения заторможенного электродвигателя под действием идентификационных токов и напряжений в части обеспечения их автоматического отключения с возможностью повторного включения с необходимой задержкой по времени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 В результате анализа математического описания СМ получены имитационные модели, учитывающие конструктивные модификации СД и предоставляющие возможность идентифицировать параметры обмоток СД на основе среды моделирования MATLAB.

2 Для осуществления этой возможности разработан метод, отличающийся от известных универсальностью и позволяющий осуществлять идентификацию электрических параметров обмоток при неподвижном роторе СД.

3 На основе предложенного способа созданы специальные алгоритмы идентификации электрических параметров обмоток СД в режиме с неподвижным ротором, разработаны методики и программы идентификации, даны рекомендации по технической реализации процесса идентификации, а также схемы информационно-технического процесса идентификации.

4 Сформулированы условия выбора параметров идентифицирующего сигнала - формы, амплитуды и частоты. Показано, что точность идентификации параметров обмоток СД в значительной степени определена величиной частоты идентифицирующего сигнала, которая также зависит от мощности двигателя. Разработана методика определения частоты идентифицирующего сигнала.

5 Ошибка идентификации параметров СД по результатам имитационного эксперимента варьируется от 0,1% и более в зависимости от конструктивных особенностей СД: явнополюсный и неявнополюсный СД без демпферных обмоток - до 1%, неявнополюсный СД с демпферными обмотками - до 2%, явнополюсный СД с демпферными обмотками - до 8% при идентификации активных сопротивлений обмоток возбуждения и демпферных. Рекомендовано для снижения ошибки до уровня 3% в процессе идентификации предварительно измерять активные сопротивления указанных обмоток другими методами.

6 Выявлено, что при действии токов и напряжений идентифицирующих сигналов температура основных элементов заторможенного СД не превышает предельной допустимых значений, обусловленных классом изоляции обмоток. В то же время, с целью уменьшения вероятности возникновения локальных перегревов и связанных с этим повреждений изоляции, что особенно актуально для двигателей большой единичной мощности, рекомендованы специальные мероприятия для защиты от длительного нахождения заторможенного электродвигателя под действием идентификационных токов и напряжений.

1. Angermann, A. Matlab Simulink - Stateflow. / A. Angermann, М. Beuschel, М. Rau, U. Wohlfarth. - Muenchen: Oldenbourg Wiessenschaftsverlag Gmbh, 2005.-474 s.

2. Analog Devices, Inc.: Data Converter Reference Manual, 1992.

3. Becker, T. Methoden kleinsten Fehlerquadrate zur parametrischen Identifikation dynainischer Uebertragungssysteme/ T. Becker. Duesseldorf: VDI-Verlag, 1989.

4. Beckert, U., Kertzscher, J. Identifikation der elektrischen Parameter der Asynchronmaschine / U. Beckert, J. Kertzscher // Tagungsband SPS/IPC/DRIVES 2000/ Elektrische Automatisierung — Systeme und Komponenten. Huethig Verlag, 2000. - S. 804-813.

5. Beckert, U., Kertzscher, J., Neuber, W. Identifikation der elektrischen Parameter der Asynchronmaschine im Stillstand / U. Beckert, J. Kertzscher, W. Neuber // Antriebstechnik 40 (2001). № 4. - S. 116 - 120.

6. Beckert, U., Neuber, W. Identifikation der Parameter von Asynchronmotoren mit Stromverdraengungslaeufer im Stillstand // Tagungsband SPS/IPC/DRIVES 2001/ Elektrische Automatisierung — Systeme und Komponenten. Huethig Verlag, 2001.-S. 598-607.

7. Bernstein, H. Mechatronik in der Praxis. Sebsoren, Bussysteme, Antriebssysteme, Messverfahren / H. Bernstein. Berlin: VDE Verlag Gmbh,2007.-312 s.: mit 2 CD.

8. Brosch, P.F. Moderne Stromrichterantriebe Wuerzburg: Vogel Buchverlag,2008. 489 s.

9. Kertzscher, J. Ein Verfahren zur Identifikation der elektrischen Parameter von Asynchronmaschinen — Dissertation, Freiberg, 2002.

10. Kertzscher, J. Ein Verfahren zur Parameteridentifikation am Beispiel eines Verzoegerungsgleides 2. Ordnung // Technische Notiz des Institutes fuer Elektrotechnik der TU Bergakademie. Freiberg, 1998.

11. Oswald, B. Gleichungssystem der Synchronmaschine in der Zustandsraumdarstellung // Z. elektr. Inform und Energietechnik, Leipzig 9 (1979) 2.-S. 99-122.

12. Clemens, H. Relaisschutztechnik in Elektroenergiesystemen / H. Clemens, K. Rothe. Berlin: VEB Verlag Technik, 1980. - 324 s.

13. Shampine, L.F., Reichelt, M.W. The MATLAB ODE Suite// SIAM Journal on Scientific Computing, 1997. Vol. 18-1.

14. Schanz, G. W. Sensoren. Sensortechnik fuer Praktiker / G. W. Schanz. Huethig: Verlag Heidelberg, 2004. - 182 s.

15. Seefried, E. Elektrische Maschinen und Antriebstechnik -Braunschweig;Wiesbaden: Friedr. Vieweg&Sohn Verlagsgesellschaft mbH, 2001. -236 s.

16. Strobe., O. Lichtwellenleiter- Uebertragungs- und Sensortechnik / O. Strobel. -Berlin: VDE Verlag Gmbh, 2000. 288 s.

17. Traenkler, H.-R., Obermeier, E. Sensortechnik: Handbuch fiier Praxis und Wissenschaft / H.-R. Traenkler, E. Obermeier. Berlin; Heidelberg; New York; Barcelona; Budapest; Hongkong; London; Mailand; Paris; Singapur; Tokio: Springer,- 1998.- 1585 s.

18. Wolfgang, A.-H. Hars: Identifikation von Synchronmaschinen durch die aus Messungen ermittelten Eigenwerte und Eigenvektoren / A.-H. Wolfgang.-Dissertation, 10. Juli 1978.

19. A.c. 974494 СССР, MKH H 02 H 7/12, H 02 M 1/18. Устройство для защиты преобразователя / B.C. Копырин, Ю.В. Шегай, Б.К. Шапкенов (СССР). Опубл. 15.11.1982, Бюл. № 42.- 4 с.

20. Алексеев, В.Н. Микропроцессорные средства производственных систем/ В.Н. Алексеев, A.M. Коновалов, В.Г. Колосов (и др.). JL: Машиностроение, 1988.-287 с.

21. Баранов, С.И. Цифровые устройства на программируемых БИС с матричной структурой/ С.И. Баранов, В.А. Скляров. М.: Радио и связь, 1986. - 272 с.

22. Башарин, А.В. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. /А.В. Башарин, В.А. Новиков, Г.Г. Соколовский. JL: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 392 е., ил.

23. Березенко, А.И. Микропроцессорные комплекты повышенного быстродействия. /А.И. Березенко, Л.Н. Корягин, А.Р. Назарьян. М.: Радио и связь, 1981.-168 с.

24. Бесекерский, В.А. Микропроцессорные системы автоматического управления/ В.А. Бесекерский, Н.Б. Ефимов, С.И. Зиатдинов, В.В. Изранцев, А.В. Небылов, Н.Г. Соколов, Е.А. Фабрикант. Л.: Машиностроение, 1988. -365 с.

25. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического регулирования / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. -М.: Наука, 1975. 768 с.

26. Бриндли, К. Измерительные преобразователи. Справочное пособие. Пер. с англ. / К. Бриндли М.: Энергоатомиздат, 1991 - 144 с.

27. Вейнгер, A.M. Регулируемый синхронный электропривод / A.M. Вейнгер. -М.: Энергоатомиздат, 1985. 224 с.

28. Вейнгер A.M. О возможностях регулируемого электропривода с синхронным двигателем / A.M. Вейнгер, А.С. Гусев, Ю.С. Тартаковский (и др.). // Электричество. 1971. - № 9. - С. 60-64.

29. Веников, В.А. Теория подобия и моделирования (применительно к задачам электроэнергетики): Учебник для вузов по спец. «Кибернетика электр. систем» / В.А. Веников, Г.В. Веников. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1984. - 439 е., ил.

30. Вершинин, О.Е. Применение микропроцессоров для автоматизации технологических процессов / О.Е. Вершинин. Л.: Энергоатомиздат. Ленинград, отд-ние, 1986. - 208 с.

31. Виленкин, С.Я. Статистические методы исследования стационарных процессов и систем автоматического регулирования / С.Я. Виленкин. М.: Советское радио, 1967. - 200 с.

32. Вознесенский, В.А. Статистические методы планирования эксперимента в технико-экономических исследованиях / В.А. Вознесенский. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Финансы и статистика, 1981. - 263 е., ил.

33. Вольдек, А.И. Электрические машины. Машины переменного тока. Учебник для студентов высш. техн. заведений / А.И. Вольдек. 2-е изд., перераб - Л.: Энергия (Ленинградское отделение), 1974. - 840 е.: ил.

34. Вольдек, А.И. Электрические машины. Машины переменного тока. Учебник для вузов / А.И. Вольдек, В.В. Попов. СПб.: Питер, 2008. - 350 е.: ил.

35. Воронов, А.А. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость / А.А. Воронов. М.: Наука, 1979. - 335 с.

36. Гольдберг, О.Д. Испытания электрических машин. Учеб. для вузов / О.Д. Гольдберг. — 2-е изд., испр. М.: Высшая школа, 2000. - 255 е.: ил.

37. Горбунов, В.Л. Справочное пособие по микропроцессорам и микроЭВМ / В.Л. Горбунов, Д.И. Панфилов, Д.Л. Преснухин. М.: Высшая школа, - 1988.- 272 с.

38. Горев, А.А. Переходные процессы синхронной машины / А.А. Горев. Л.: Наука, 1985. - 502 с.

39. Гроп, Д. Методы идентификации систем / Д. Гроп. Пер. с англ.- М.: Мир, 1979.-302 с.

40. Демидович, Б.П. Основы вычислительной математики / Б.П. Демидович, A.M. Исаак. М.: Издательство физико-математической литературы, 1960.660 с.

41. Демидович, Б.П. Численные методы анализа. Приближение функций, дифференциальные уравнения / Б.П. Демидович, И.А. Марон, Э.З. Шувалова. М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1962. - 367 с.

42. Дженкинс, Г. Спектральный анализ и его приложения. Т.1. / Дженкинс Г., Ватте Д. Пер. с англ. В.Ф. Писаренко. - М.: Мир, 1971. - 317 с.

43. Дьяконов, В.П. MATHCAD 7.0 в математике, физике и в Internet / В.П. Дьяконов, И.В. Абраменкова. М.: «Нолидж», 1999. - 352 с.

44. Дьяконов, В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справ / В. Дьяконов, В. Круглов. СПб.: Питер, 2002. -448 с.

45. Егоров, В.Н. Цифровое моделирование систем электропривода / В.Н. Егоров, О.В. Корженевский-Яковлев. Л.: Энергоатомиздат, 1986. - 168 с.

46. Ермаков, С.М. Математическая теория оптимального эксперимента: Учеб. пособие / С.М. Ермаков, А.А. Жиглявский. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1987.-320 с.

47. Кибартас, В.В. Идентификация параметров синхронной машины при неподвижном роторе / В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене // Материалы респ. науч.-теорет. конф. "Торайгыровские чтения". Павлодар, ПГУ им. С. Торайгырова, 2003. - Т.З. - С. 168-173.

48. Кибартене, Ю.В. Исследование статических и динамических свойств косвенного контроля момента синхронного электропривода / Ю.В. Кибартене // Наука и техника Казахстана. Павлодар, ПТУ им. С. Торайгырова, 2004. -№1. - С. 104-108.

49. Кибартене, Ю.В. Синхронный электродвигатель с неподвижным ротором как объект идентификации / Ю.В. Кибартене // Известия Томского политехнического университета. 2009. - Т. 315. - № 4. -С. 82-84.

50. Кириллов, В.В. Аналоговое моделирование динамических систем / В.В. Кириллов, B.C. Моисеев. JT.: Машиностроение (Ленинградское отделение), 1977.-288 с.

51. Киричков, В.Н. Идентификация объектов систем управления технологическими процессами / В.Н. Киричков. — Киев: Вища Школа, 1990 -187 с.

52. Ключев, В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов / В.И. Ключев, -М.: Энергоатомиздат, 1985. 560 с.

53. Ковач, К.П. Переходные процессы в машинах переменного тока / К.П. Ковач, И. Рац. Пер. с нем. яз. - М.: Госэнергоиздат, 1963. - 744 с.

54. Кононев, Ю.И. Микроэлектронные электросистемы / Ю.И. Кононев, Т.Н. Гулякович, К.П. Полянин (и др.). М.: Радио и связь, 1987. - 240с.

55. Кононенко, Е.В. Электрические машины (спец. курс). Учеб. пособие для вузов / Е.В. Кононенко, Г.А. Сипайлов, Н.А. Хорьков. М.: Высшая школа, 197,5. -279 с.

56. Копылов, И.П. Электромеханические преобразователи энергии / И.П. Копылов. М.: Энергия, 1973. - 400 с. с ил.

57. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин: Учеб. для вузов / И.П. Копылов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2001. - 327с.

58. Копылов, И.П. Электрические машины: Учеб. для вузов / И.П. Копылов. -2-е изд., перераб. — М.: Высшая школа; Логос; 2000. 607 с.

59. Костенко, М.П. Электрические машины. Ч. 2. Машины переменного тока: Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений / М.П. Костенко. 3-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1973. - 648с.

60. Костенко, М.П. Электрические машины. Ч. 2. Машины переменного тока / М.П. Костенко, JI.M. Пиотровский. М. - JL: Энергия, 1965 - 704с.

61. Краскевич, В.Е. Численные методы в инженерных исследованиях / В.Е. Краскевич, К.Х. Зеленский, В.И. Гречко. Киев: Вища школа, Головное изд-во, 1986.-263 с.

62. Круг, Г.К. Планирование эксперимента в задачах идентификации и экстраполяции / Г.К. Круг, Ю.А. Сосулин, В.А. Фатуев М.: Наука, 1977. -208 с.

63. Лазарев, Ю.Ф. MATLAB 5.x / Ю.Ф. Лазарев Киев: Издательская группа BHV, 2000.-384с.

64. Маклюков, М.И. Применение аналоговых интегральных микросхем в вычислительных устройствах / М.И. Маклюков, В.А. Протопопов. М.: Энергия, 1980. -160 е., ил.

65. C. Торайгырова, 1999. -Ч I. С. 165-166.

66. Мельников, В.Ю. Косвенный контроль координат неявнополюсного синхронного электродвигателя: Монография / В.Ю. Мельников, В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене Павлодар: Павлодарский университет, 2005. — 144 с.

67. Мельников, В.Ю. Анализ методов инверторного управления синхронными электроприводами /В.Ю. Мельников, Д.В. Поляков // Межвузовский сб. науч. тр. «Электротехнические системы и комплексы» Магнитогорск: МГМА, 1996. - Вып.2. - С. 47-52.

68. Михайлов, В.В. Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты / В.В. Михайлов, Е.В. Кириевский, Е.М. Ульяницкий и др. М.: Энергоатомиздат, 1988. -240 с. ил.

69. Нечаев, В.В. Электрические машины / В.В. Нечаев М.: Речной транспорт, 1958.- 188 с.

70. Пат. 10361 РК. МПК7 Н 02 Р 5/34. Электропривод переменного тока / В.Ю. Мельников, В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене, Е.В. Зигангирова. Заявлено 13.12.1999; Опубл. 15.06.2001, бюл. №6. 12 е.: ил.

71. Пат. 7252 РК. МПК7 Н 02 Р 5/34. Электропривод переменного тока / В.Ю. Мельников, Д.В. Поляков. Заявлено 06.02.1997; Опубл. 15.02.1999, бюл. №2. -24 е.: ил.

72. Пат. 11757 РК. МПК7 Н 02 Р 5/34. Электропривод переменного тока / В.Ю.

73. Мельников, В.В. Кибартас, Е.В. Зигангирова, Ю.В. Кибартене. Заявлено 11.12.2000; Опубл. 15.07.2002, бюл. №7.-7 е.: ил.

74. Пат. 15208 РК. МПК7 G01L 3/10. Способ определения параметров синхронной машины/ В.В. Кибартас, Ю.В. Кибартене, В.Ю. Мельников. Заявлено 21.05.2003; Опубл. 15.12.2004, бюл. № 12. 8 е.: ил.

75. Постников, И.М. Обобщенная теория и переходные процессы электрических машин. Учебник для вузов. / И.М. Постников. Изд. 2-е; перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1975. - 319 с.

76. Потемкин, В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x. Т.1. / В.Г. Потемкин. М: ДИАЛОГ - МИФИ, 1999. - 366 с.

77. Потемкин, В.Г. Система инженерных и научных расчетов MATLAB 5.x. Т.2. / В.Г. Потемкин. М: ДИАЛОГ - МИФИ, 1999. - 309 с.

78. Потемкин, В.Г. MATLAB 6: среда проектирования инженерных приложений / В.Г. Потемкин. М: ДИАЛОГ - МИФИ, 2003. - 448 с.

79. Пухальский, Г.Н. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. Справочник / Г.Н.Пухальский, Т.Я. Новосельцева. М.: Радио и связь, 1990. - 304 с.

80. Разевиг, В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V / В.Д. Разевиг. М.: СОЛОН, 1997. - 280 е.: ил.

81. Рогозин, Г.Г. Определение электромагнитных параметров машин переменного тока. Новые методы исследования / Г.Г. Рогозин. Киев: Техшка, 1992.- 168 с.

82. Сейдж, Э.П. Идентификация систем управления / Э.П. Сейдж, Дж.Л. Мелса. М.: Наука, 1974. - 246 с.

83. Сильвестров, А.Н. Идентификация и оптимизация автоматических систем / А.Н. Сильвестров, П.И. Чинаев М.: Энергоатомиздат, 1987. - 200 е.: ил.

84. Слежановский, О.В. Системы подчиненного регулирования электропривода переменного тока с вентильными преобразователями / О.В. Слежановский, Л.Х. Дацковский, И.С. Кузнецов и др. М.: Энергоатомиздат,1983.-256 с.

85. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами / Под ред. В.И. Круповича, Ю.Г. Барыбина, M.J1. Самовера. Изд. 3-е; перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982. - 416 с.

86. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А. Красовского. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 712 с.

87. Сыромятников, И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / И.А. Сыромятников. Под ред. Л.Г. Мамиконянца. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатом издат, 1984. - 240 е., ил.

88. Терехов, В.М. Элементы автоматизированного электропривода. Учебник для вузов / В.М. Терехов М.: Энергоатом издат, 1987. - 224 с.

89. Тиль, Р. Электрические измерения неэлектрических величин / Р. Тиль. -Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 192 с.

90. Фритч, В. Применение микропроцессоров в системах управления / В. Фритч. Пер. с нем. - М.: Мир, 1984. - 464 с.

91. Фурунжиев, Р.И. Применение математических методов и ЭВМ: практикум: Учеб. пособие для вузов / Р.И. Фурунжиев, Ф.М. Бабушкин, В.В. Варавко. М.: Высшая школа, 1988. - 191 с.

92. Хомерики, O.K. Полупроводниковые преобразователи магнитного поля / O.K. Хомерики. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 136 с.; ил.

93. Цыпкин, Я.З. Информационная теория идентификации / Я.З. Цыпкин. -М.: Наука; Физматлит, 1995. 338 с.

94. Цыпкин, Я.З. Основы теории автоматических систем / Я.З. Цыпкин. -М.: Наука.; Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1977. 560 с.

95. Чиликин, М.Г. Общий курс электропривода / М.Г. Чиликин. Изд. 4-е; перераб. и доп. - М.: Энергия, 1965. - 544с.

96. Чиликин, М.Г. Общий курс электропривода. Учебник для вузов / М.Г. Чиликин, А.С. Сандлер. Изд. 6-е; перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981. — 576 с.

97. Чиликин, М.Г. Основы автоматизированного электропривода / М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов, А.В. Шинянский. М.: Энергия, 1974. - 568 с.

98. Чиликин, М.Г. Теория автоматизированного электропривода. Учебное пособие для вузов / М.Г. Чиликин, В.И. Ключев, А.С. Сандлер. М.: Энергия, 1979. - 616 с.

99. Шевцов, Е.К. Электрические измерения в машиностроении / Е.К. Шевцов, М.П. Ревун. М.: Машиностроение, 1989. - 168 е., ил.

100. Шенфельд, Р. Автоматизированные электроприводы / Р. Шенфельд, Э. Хабигер. Пер. с нем.- Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отд., 1985. -464с.

101. Штейнберг, Ш.Е. Идентификация в системах управления / Ш.Е. Штейнберг. -М.: Энергоатомиздат, 1987. 80 с.

102. Эйкхофф, П. Основы идентификации систем управления: оценивание параметров и состояния / П. Эйкхофф. М.: Мир, 1975. - 687 с.

103. Электротехнический справочник / Под общ. ред. проф. МЭИ П.Г. Грудинского, А.В. Нетушила, Г.Н. Петрова, A.M. Федосеева, М.Г. Чиликина (и др.). Изд. 3-е; перераб. и доп. - Т. 3. - Кн. 2. - М.; Л.: Энергия, 1966. - 404 е., ил.

104. Электротехнический справочник / Под общ. ред. проф. МЭИ В.Г. Герасимова, П.Г. Грудинского, В.А. Лабунцова, И.Н. Орлова, М.М. Соколова, A.M. Федосеева, А .Я. Шихина (и др.). Изд. 7-е; испр. и доп.- Т. 2. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 712 с.

105. Якубовский, С.В. Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы. Справочное пособие / С.В. Якубовский, Н.А. Барканов, Л.И. Ниссельсон (и др.). Изд. 2-е; перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985. - 432 с.