Надіслати статтю
вул. Інститутська 11, м. Хмельницький, 29016
visnyk.khnu@khmnu.edu.ua
(0382) 67-51-08

АЛГОРИТМ ВИЗНАЧЕННЯ ОБЕРТАЛЬНОГО МОМЕНТУ ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ З ВИКОРИСТАННЯМ НЕПРЯМИХ МЕТОДІВ ВИМІРЮВАННЯ

ALGORITHM FOR DETERMINING THE TORQUE OF ELECTRIC MOTORS USING INDIRECT MEASUREMENT METHODS

Сторінки: 138-146. Номер: №6.т.2, 2022 (315)  
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-315-6(2)-138-146
Автори:

Дмитро КВАЩУК
Національний авіаційний університет
https://orcid.org/0000-0002-4591-8881
dmytro.kvashuk@npp.nau.edu.ua
Олеся ЯЩУК
Національний авіаційний університет
https://orcid.org/0000-0003-3137-9562
olesia.yashchuk@npp.nau.edu.ua

Dmytro KVASHUK, Olesia YASHCHUK
National Aviation University

 Анотація мовою оригіналу

   У статті досліджуються алгоритми визначення обертальних параметрів електродвигунів з використанням непрямих методів вимірювання. Проведено  аналіз характеристик електродвигунів за їх за енергетичними даними. Визначено можливості вимірювання на основі функціональної залежності обертального моменту від потужності електродвигуна та швидкості обертання його валу. Досліджено характеристики  складових потужності та наведено результати їх моделювання. Здійснено аналіз методів визначення кутової швидкості та кутового прискорення валу електродвигуна та досліджено роль цих параметрів під час визначення обертального моменту. Запропоновано двоканальну інформаційно-вимірювальну систему мережевого типу, яка дозволяє здійснювати збір даних, та їх візуалізацію, де один канал використовується  для вимірювання потужності, інший для вимірювання швидкості обертання валу.

Ключові слова: обертальний момент, кутова швидкість, електродвигун, вимірювальна система, дані, методи вимірювання, сенсори.

 Розширена анотація англійською  мовою

   Indirect torque measurement methods can be performed in a variety of ways, depending on the specific situation and available tools. One such way is to measure the displacement, or speed of rotation of the shaft and use this information to calculate the moment using the moment of inertia equation. For this, it is necessary to know the moment of inertia and the angular acceleration, which can be measured using a gyroscope or accelerometer. Another way is to measure the voltage and current in the electrical circuit connecting the motor and the power source by determining the power of the electric motor.

However, indirect methods of measuring torques of electric motors are based on the measurement of other physical parameters that correlate with torque, such as current, voltage, rotation frequency, etc. These methods are often used because of their cost-effectiveness and ease of implementation, but they have some drawbacks. In particular: indirect methods are usually less accurate than direct methods because they depend on mathematical models and correlations between different parameters, which may be imprecise or incomplete; parameters that are measured by indirect methods may be influenced by external factors, which may affect the accuracy of measurements; calibration of devices is usually carried out in laboratory conditions, so the results may not reflect real operating conditions; the mathematical models used to determine the torque may be non-linear. This can lead to errors in measurements, especially at high or low torque values; indirect methods do not provide direct feedback about the real torque, which can lead to delays in process regulation and control. This can be critical for some applications where fast and accurate torque control is essential; indirect methods may be less efficient or unsuitable for some types of electric motors or applications. For example, when using high-frequency or multiphase motors, indirect methods may not provide sufficient accuracy or stability of measurements.

The article examines algorithms for determining the rotational parameters of electric motors using indirect measurement methods. An analysis of the characteristics of electric motors according to their energy data was carried out. The measurement possibilities are determined based on the functional dependence of the torque on the power of the electric motor and the speed of rotation of its shaft. The characteristics of the power components are studied and the results of their simulation are given. An analysis of the methods of determining the angular velocity and angular acceleration of the electric motor shaft was carried out, and the role of these parameters in the determination of the torque was investigated. A two-channel network-type information and measurement system is proposed, which allows data collection and their visualization, where one channel is used to measure power, the other to measure shaft rotation speed.

Key words: torque, angular velocity, electric motor, measurement system, data, measurement methods, sensors.

Література

  1. R.J.O. de Waal, A. Bekker, P.S. Heyns, Indirect load case estimation for propeller-ice moments from shaft line torque measurements, Cold Regions Science and Technology, Volume 151, 2018, Pages 237-248, ISSN 0165-232X, https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2018.03.016.
  2. C. Wang, W.P. Xiong, X. Chang, L.Y. Ye, X. Li, Analysis of variable working conditions for propeller-ice interaction, Ocean Engineering, Volume 156, 2018, Pages 277-293, ISSN 0029-8018, https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2018.02.026.
  3. Електропривод: Підручник / Ю. М. Лавріненко, О. С. Марченко, П. І. Савченко, О. К). Синявсь-кий, Д. Г. Войтюк, В. П. Лисенко; За ред. ІО. М. Лавріненка. Видавництво «Ліра-К». — К., 2009. — 504 с.
  4. Електропривід сільськогосподарських машин, агрегатів та потокових ліній: Підручник/ Є.Л. Жулай, Б.В. Зайцев, Ю.М. Лавріненко, О.С. Марченко, Д.Г. Войтюк; За ред. Є.Л. Жулая. — К.: Вища освіта, 2001. —288 с.
  5. Sebastian Schorr, Matthias Möller, Jörg Heib, Dirk Bähre, Quality Prediction of Drilled and Reamed Bores Based on Torque Measurements and the Machine Learning Method of Random Forest, Procedia Manufacturing, Volume 48, 2020, Pages 894-901, ISSN 2351-9789, https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.05.127.
  6. Перминов В. Б, Балахнов Д. А., Лихачев В. Н., Норицын А. Д. Динамические методы измерения крутящих моментов. / Приборы и системы управления. № 12, 2002
  7. Анализ вариационной структуры динамического измерителя градиента крутящего момента / Б.А. Перминов, В.Б. Перминов, З.Х. Ягубов, А.Е. Лапин // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. – М.: ОАО “ВНИИОЭНГ”, 2015. – № 8. – С. 15–17.
  8. Ilic-Spong, M., Miller, T. J., MacMinn, S. R., & Thorp, J. S. (1987). Instantaneous torque control of electric motor drives. IEEE Transactions on Power Electronics, (1), 55-61.

References

  1. J.O. de Waal, A. Bekker, P.S. Heyns, Indirect load case estimation for propeller-ice moments from shaft line torque measurements, Cold Regions Science and Technology, Volume 151, 2018, Pages 237-248,
  2. ISSN 0165-232X, https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2018.03.016.
  3. Wang, W.P. Xiong, X. Chang, L.Y. Ye, X. Li, Analysis of variable working conditions for propeller-ice interaction, Ocean Engineering, Volume 156, 2018, Pages 277-293, ISSN 0029-8018, https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2018.02.026.
  4. Elektropryvod: Pidruchnyk [Electric drive: Textbook] M. Lavrinenko, O. S. Marchenko, P. I. Savchenko, O. K. Synyavsʹ-kyy, D. H. Voytyuk, V. P. Lysenko; Za red. IO. M. Lavrinenka. Vydavnytstvo «Lira-K». — K., 2009. — 504 s.
  5. Elektropryvid silʹsʹkohospodarsʹkykh mashyn, ahrehativ ta potokovykh liniy: Pidruchnyk [Electric drive of agricultural machines, aggregates and flow lines: Textbook]/ YE.L. Zhulay, B.V. Zaytsev, YU.M. Lavrinenko, O.S. Marchenko, D.H. Voytyuk; Za red. YE.L. Zhulaya. — K.: Vyshcha osvita, 2001. —288 s.
  6. Perminov V. B, Balakhnov D. A., Likhachev V. N., Noritsyn A. D. Dinamicheskiye metody izmereniya krutyashchikh momentov [Dynamic methods for measuring torques] / Pribory i sistemy upravleniya. № 12, 2002
  7. Analiz variatsionnoy struktury dinamicheskogo izmeritelya gradiyenta krutyashchego momenta [Analysis of the variational structure of a dynamic torque gradient meter] / B.A. Perminov, V.B. Perminov, Z.KH. Yagubov, A.Ye. Lapin // Stroitel’stvo neftyanykh i gazovykh skvazhin na sushe i na more. – M.: OAO “VNIIOENG”, 2015. – № 8. – S. 15–17.
  8. Ilic-Spong, M., Miller, T. J., MacMinn, S. R., & Thorp, J. S. (1987). Instantaneous torque control of electric motor drives. IEEE Transactions on Power Electronics, (1), 55-61.

Post Author: Кравчик Юрій

Translate