IM_1-4 Temat: Dynamika maszyny indukcyjnej

Transkrypt

1 Wiesław Jażdżyński luty.017 NSTRUKCJA MATERAŁY OMOCNCZE Ćwiczenie rzedmiot: Dynamika Systemów Elektromechanicznych M_1-4 Temat: Dynamika maszyny indukcyjnej Zakres ćwiczenia: 1. omiary do identyfikacji i weryfikacji modelu dynamicznego. Opracowanie wyników pomiarowych i wyznaczanie modelu 3. Weryfikacja modelu i symulacja dynamiki w Matlab-Simulink Zakres pomiarów: 1. omiar rezystancji uzwojenia stojana i temperatury otoczenia. Bieg jałowy U p =( V 3. Rozruch z nawrotu, 130 U p 30V (do wyboru 4. Zablokowany wirnik U p =(30 00V 5. Rozbieg i wybieg (pomiar momentu bezwładności Stanowisko pomiarowe: odłączenie do walizki z przetwornikami LEM:

2 omiary do identyfikacji i weryfikacji modelu dynamicznego uwaga: przed i po każdym pomiarze mierzymy rezystancję dwóch faz stojana! Zakres pomiarów: 1. Schemat, dane znamionowe maszyn na stanowisku. Zapoznanie się z cyfrowym systemem pomiarowym oraz działaniem programu do akwizycji danych pomiarowych w środowisku LabVEW 3. omiar temperatury otoczenia, pomiar rezystancji uzwojeń fazowych stojana przed i po każdym pomiarze. 4. omiar i rejestracja wielkości fizycznych maszyny indukcyjnej w czasie biegu jałowego; zasilanie z autotransformatora dla U p =( V; kolumny pliku rejestracji: { ω t, u RS, i R, u TS, i T } 5. omiar i rejestracja wielkości fizycznych maszyny indukcyjnej w czasie rozruchu bezpośredniego z nawrotu przy obniżonym napięciu zasilania z autotrafo 130 U p 30V; kolumny pliku rejestracji: { ω t, u RS, i R, u TS, i T } 6. omiar i rejestracja wielkości fizycznych maszyny indukcyjnej dla zatrzymanego wirnika; zasilanie z autotransformatora dla U p =(30 00V; kolumny pliku rejestracji: { u RS, i R, u TS, i T } 7. Wyznaczanie momentu bezwładności zespołu napędowego metodą rozbiegu i hamowania (omówienie metody pomiaru oraz wyników kolumna pliku rejestracji: { ω t } uwagi do p.7: (rozbieg i hamowanie a rozbieg d r J * TD ( r mgr, r (0 b hamowanie: 0 r J d J dla h * T D ( h 0, h(0 r,max r h mg T D ( r d J * T D ( h T d J * D r h ( ( ( d J * mgr h ( J ( d r ( mgr d h ( liki wynikowe po działaniu programu DSE1_M.exe i znaczenie ich kolumn: a b. jałowy: M_JAL.dat = { t, ω t, U p, p, c } b rozruch: M_ROZ.dat = { t, ω t, U p, p, c }, M_ROZ_T.dat = {t, ω t, u RS, i R } c zablokowany wirnik: M_ZAB.dat = { t, U p, p, c } d rozbieg, hamowanie: M_WYB.dat = { t, ω t } U p, p wartości skuteczne przewodowe, c moc całkowita, u RS, i R funkcje czasu uwaga: SEM twornika maszyny prądu stałego jest zarejestrowane, przetworzone przez program DSE1_M.exe i zapisane już jako ω t. rogram DSE1_M.exe wykonuje: skalowanie, kompensacja statyczna i dynamiczna błędów akwizycji, wygładzanie, obliczanie wartości skutecznych oraz mocy czynnej (algorytm kroczący

3 Opracowanie wyników pomiarowych i wyznaczanie modelu (inna kolejność niż przy pomiarach! 1. Zablokowany wirnik (zał. pominięta gałąź poprzeczna schematu program DSE_M.exe: {lik {u RS, i R, u TS, i T } plik M_ZWR.dat={t, U p, p, c } } a Z wielkości w M_ZWR.dat wyznaczone są wielkości fazowe b Otrzymane funkcje są filtrowane np. dolnoprzepustowym filtrem Cauera przed filtrowaniem wielkości fazowe: po filtrowaniu napięcie skuteczne prąd skuteczny moc czynna

4 c Uproszczone obliczenia funkcji parametrów R, X modelu silnika 1. omiary dla zablokowanego wirnika dla U p = [30 00]V: WYNK a. omiar - r s b. Z programu DSE1_M.exe: t, U,, - p p c c. rzetwarzanie (dla jednej fazy: U U p c p / / 3 3 d. Obliczenia dla jednej fazy: Z R X r ' r X ls U / / R Z X r ' lr s R X / e. Wyniki: Funkcje: R ( t, X ( (rezystancja i reaktancja zwarcia Uwagi: 1. Obliczenia są przybliżone w biegu jałowym pominięte są reaktancje rozproszenia, przy zablokowanym wirniku parametry gałęzi poprzecznej; można to udokładnić stosując procedurę iteracyjną.. Wartości X ls = X lr =X/ w modelu Simulinka dobieramy do stanu pracy przewidzianego w symulacji, dla którego chcemy uzyskać maksymalną zgodność obliczeń z pomiarem. 3. Funkcja rezystancji zwarciowej R służy do obliczenia rezystancji fazowej uzwojenia wirnika

5 . Bieg jałowy program DSE1_M.exe = {lik { ω t, u RS, i R, u TS, i T } plik M_JAL.dat={t, ω t, U p, p, c } } a Z wielkości w M_JAL.dat wyznaczane są wielkości dla jednej fazy U0, 0. 0 oraz w0 (na rysunku po lewej b Otrzymane funkcje są filtrowane np. dolnoprzepustowym filtrem Cauera o danych: Rp=0.5dB szerokość przedziału falowania w paśmie przepustowym Rs=80dB tłumienie f_cut=hz częstotliwość graniczna N=5 rząd filtra =0.0005s okres próbkowania w czasie rejestracji wynik filtrowania na rysunku po prawej. Wynik obróbki danych z pliku M_JAL.DAT: przed filtrowaniem po filtrowaniu napięcie fazowe skut. [V] prąd fazowy skut. [A] moc jednej fazy [W] prędkość kątowa [rd/s] UWAGA sygnał prędkości z generatora prądu stałego można dokładnie wyskalować w oparciu o wskazanie miernika prędkości transformującym częstotliwość na napięcie

6 c Uproszczone obliczenia funkcji parametrów XM, RFe modelu silnika. omiary dla biegu jałowego dla: U p =[ ]V: a. omiar r s b. rogram DSE1_M.exe: Wyznaczanie strat mechanicznych: a na jedną fazę: - t, t, U p, p, c c. rzetwarzanie (wielkości fazowe: U U p c p / / 3 3 d. Filtrowanie e. Obliczenia dla jednej fazy: Uwaga X ls z poprzedniego punktu S U. cos fi sin fi E E E R X re im Fe,m Fe,m Fe Fe Fe M M E ( E / S re 1 U.cos fi U.sin fi E Fe,m E / R E / cos fi E im r Fe M s / Fe m Fe X r m s ls / 3 / 3 całkowite straty mechaniczne silnika: m 143.8W zmienność parametrów (wpływ nasycenia f. Wyniki: funkcje: R ( E, X ( E Fe M 3. Uwaga: wartość X M w modelu Simulinka dobieramy do stanu pracy przewidzianego w symulacji

7 4. Rozbieg i wybieg (wyznaczanie momentu bezwładności z programu DSE1_M.exe: plik M_WYB.dat = { t, ω t } Kolejność działań: a prędkość kątowa silnika ω t (z pliku M_WYB.dat b filtrowanie m => mf c różniczkowanie mf => d mf / (t d zmiana argumentu d mf / (t => d mf / ( mf e filtrowanie [d mf / ( mf] f punkt (a punkt (b punkt (c punkt (d punkt (e mgr różnica między górną i dolną funkcją w punkcie (e => mianownik wzoru J ( d r d h ( ( można to zrobić dla jednej, wybranej wartości r = h = m, stosując regułę symetryczną różniczkowania; np. dla m=0rd/s (około połowy m,max. Dla: m=3.4kg, r=(0.065/ m => J= kgm

8 5. Rozruch z nawrotu program DSE1_M.exe = {lik { ω t, u RS, i R, u TS, i T } plik M_ROZ.dat = {t, ω t, U p, p,} } plik M_ROZ_T.dat = {t, ω t, u RS (t, i R (t} Wyniki dla U p 30V WYNK w pliku M_ROZ_T.dat: WYNK w pliku M_ROZ.dat a prędkość kątowa ω r (t [rd/s]. b napięcie u RS (t [V] c prąd i R (t [A]

9 Wyznaczenie estymaty momentu elektromagnetycznego T el z funkcji ω r (t oniżej wynik obróbki funkcji ω r (t w Matlabie (skalowanie, filtrowanie, różniczkowanie oniżej funkcja T dyn0 z rysunku po lewej dla dodatnich prędkości. Funkcja prędkości kątowej m0(t=ω r (t po zróżniczkowaniu i przemnożeniu przez J daje moment dynamiczny T dyn0. oniżej kolejno: a funkcja ω r (t b funkcja ω r (t po filtrowaniu d r c moment dynamiczny Tdyn0 J T el = estymata momentu elektromagnetycznego średniego otrzymana po wyznaczeniu momentu bezwładności J (w punkcie 3 oraz całkowitych strat mechanicznych m z biegu jałowego (w punkcie. d r Tel Tdyn Tmech J m / 0m (tutaj 0m=50

10 Symulacja dynamiki i weryfikacja modelu w Matlab-Simulink (ver. 008b Wyniki pomiaru rozruchu wykorzystane do weryfikacji wartość skuteczna fazowa napięcia (z pliku M_ROZ.DAT prąd skuteczny fazowy (z pliku M_ROZ.DAT prędkość kątowa (po filtrowaniu (z pliku M_ROZ.DAT estymata momentu elektromagnetycznego (z plików M_ROZ.DAT, M_JAL.DAT, M_WYB.DAT

11 Model SMULNK w dwóch wariantach: a oznaczenia faz (R, S, T zastąpione są przez (a, b, c b układ napięć trójfazowych jest ze zmierzoną funkcją czasu skutecznej wartości fazowej (z pliku M_ROZ.DAT rzykład generatora napięcia 3-fazowego (na schemacie Zrodlo napiecia 3f z fazowym napięciem skutecznym i częstotliwością jako funkcjami czasu. Napięcie na oscyloskopie Ufsk (kontrola prawidłowości importu danych

12 Wynik symulacji rozruchu (na oscyloskopie model napięcie fazy U a [V] prądy fazowe i a, i b, i c [A] mechaniczna prędkość kątowa m [rd/s] Moment elektromagnetyczny T e [Nm]

13 Wynik symulacji rozruchu (na oscyloskopie porownanie sk, wm, Tel Kolor żółty model Kolor magenta - pomiar model: i a (t [A] pomiar: * sk [A] model, pomiar: ω m (t [rd/s] model: T el (t [Nm] pomiar: estymata średniego momentu E-M. (wg. punktu 5 rzykłady tematów symulacji: 1. rozszerzenie modelu o część mechaniczną jako układ drugiego rzędu (sprzęgło, gi moment bezwładności a obciążenie udarowe b obciążenie pulsacyjne c przejście przez rezonans. działanie SZR (wpływ fazy załączenia 3. skokowe obciążenie momentem mechanicznym 4. przerwa/zwarcie doziemne jednej fazy zasilania 3-fazowego pod obciążeniem mechanicznym

14 Załącznik 1. nterface programu do akwizycji danych pomiarowych. a pomiar biegu jałowego dla napięcia U= V widoczne linie: napięcie u ab (t - - linia czerwona prędkość obrotowa: - linia biała

15 b pomiar rozruchu z nawrotu dla napięcia U=30 widoczne linie: napięcia u ab (t i u cb (t - linie czerwona i niebieska prądy i a (t i i c (t: - - linie żółta i zielona prędkość obrotowa: - linia biała

16 c pomiar dla zablokowanego wirnika dla napięcia U=30V 00V uwaga: należy zablokować wirnik widoczna linia napięcie u ab (t

17 d pomiar dla rozbiegu i hamowania masa elementu przy rozbiegu: średnica sprzęgła w miejscu nawinięcia linki kg - 65mm prędkość obrotowa linia biała Załącznik. Wybrane pozycje literatury uzupełniającej: 1. W.Jażdżyński. rojektowanie maszyn elektrycznych oraz identyfikacja ich modeli z wykorzystaniem optymalizacji wielokryterialnej. Wydawnictwa AGH, seria Rozprawy i Monografie nr.8, Kraków Jażdżyński, W.: Nonstationary Models of nduction Motors and their dentification with the Help of Multicriterial Optimisation. roceedings of the nternational Conference on Electrical Machines CEM 96, vol., Vigo, Spain, 1996, s W. Jazdzynski. dentification of a Model of nduction Motor with Function arameters. roceedings of the nternational Conference on Electrical Machines and Systems CEMS 003, vol., Beijing, China, 8-11 November 003, p W. Jażdżyński, J.Kudła: A roblem of Torque Accuracy in Models of a Squirrel-Cage nduction Machine. roceedings of the nternational Conference on Electrical Machines CEM 004, Cracow, oland, 5-8 September 004, paper 517, CD- ROM issue 4. W. Jażdżyński, W. Milej: Determining an mproved Dynamic Model of a System: nduction Motor and Direct-Current Machine. roceedings of the nternational Conference on Electrical Machines CEM 004, Cracow, oland, 5-8 September 004, paper 551, CD-ROM issue. 5. W. Milej. Modele o parametrach zmiennych maszyn indukcyjnych, ich własności i zastosowanie. Rozprawa doktorska, AGH, 006.