دانلود رایگان ترجمه مقاله ارزیابی پارامترهای موتور القایی سه فاز با تکامل دیفرانسیل – الزویر ۲۰۱۸

elsevier1

 

دانلود رایگان مقاله انگلیسی + خرید ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله:

ارزیابی پارامترهای موتور القایی سه فاز با تکامل دیفرانسیل

عنوان انگلیسی مقاله:

Parameters estimation of three-phase induction motors using differential evolution

 
 
 
 
 

 

مشخصات مقاله انگلیسی (PDF)
سال انتشار ۲۰۱۸
تعداد صفحات مقاله انگلیسی ۹ صفحه با فرمت pdf
رشته های مرتبط با این مقاله مهندسی برق
گرایش های مرتبط با این مقاله مهندسی الکترونیک، سیستم های قدرت، الکترونیک قدرت و ماشینهای الکتریکی
چاپ شده در مجله (ژورنال) تحقیقات سیستم های توان الکتریکی – Electric Power Systems Research
کلمات کلیدی موتور القایی، تکامل تفاضلی، برآورد پارامترها
ارائه شده از دانشگاه دانشگاه فناوری فدرال، برزیل
رفرنس دارد  
کد محصول F1190
نشریه الزویر – Elsevier

 

مشخصات و وضعیت ترجمه فارسی این مقاله (Word)
وضعیت ترجمه انجام شده و آماده دانلود
تعداد صفحات ترجمه تایپ شده با فرمت ورد با قابلیت ویرایش  ۲۴ صفحه با فونت ۱۴ B Nazanin
ترجمه عناوین تصاویر و جداول ترجمه شده است 
ترجمه متون داخل تصاویر ترجمه نشده است  
ترجمه متون داخل جداول ترجمه شده است 
درج تصاویر در فایل ترجمه درج شده است  
درج جداول در فایل ترجمه درج شده است  
درج فرمولها و محاسبات در فایل ترجمه  به صورت عکس درج شده است  
منابع داخل متن درج نشده است 
کیفیت ترجمه کیفیت ترجمه این مقاله متوسط میباشد 

 

فهرست مطالب

چکیده
۱-مقدمه
۲ مدل سازی موتور القایی سه فاز
۳ تکامل تفاضلی
۴ روش پژوهش
۱-۴ ساختار تجربی
۲-۴ برآورد پارامترها
۵ نتایج تجربی
۱-۵ برآورد پارامتر موتور القایی سه فاز
۱-۱-۵ مورد ۱: جریان فاز A و سرعت اندازه گیری شده از یک تاکوژنراتور
۲-۱-۵ مورد ۲: جریان فاز A و سرعت اندازه گیری شده از یک گشتاورسنج
۵-۱-۳ مورد ۳: سیگنال ورودی – جریان فاز A
۲-۵ اعتبار سنجی
۳-۵ مقایسه نتایج
۶ نتیجه گیری

 

 

بخشی از ترجمه
 چکیده
موتورهای القایی سه فاز به دلیل ویژگی های سخت افزاری، هزینه کم و تعمیر و نگهداری آسان، به طور فراوانی در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. معمولا، لازم است سیستم های درایو و کنترل را برای چنین موتورهایی پیاده سازی کنیم که این امر نیازمند شناخت پارامترهای مکانیکی و الکتریکی آنها است. با این حال، در بعضی موارد، این داده ها همان موقع در دسترس نیستند یا ممکن است مقادیر پارامترها به دلیل فرسودگی اجزای موتور تغییر کند. اگر یک روش ارزیابی پارامتر کارآمد در دسترس باشد، می توان چنین مشکلات را از بین برد. به منظور ارزیابی خودکار پارامترها به صورت موثر، مقاله حاضر، یک روش مبتنی بر الگوریتم تکاملی دیفرانسیل با هدف برآورد پارامترهای الکتریکی و مکانیکی موتورهای القایی سه فاز را پیشنهاد می دهد. چنین الگوریتمی قادر به برآورد پارامترهای مدار الکتریکی معادل مانند مقاومت استاتور و روتور و شاخص های نشتی، القایی مغناطیس، و نیز پارامترهای مکانیکی مانند گشتاور و ضریب اصطکاک است. عملکرد روش برآورد پارامتر پیشنهادی برای سه سیگنال ورودی مختلف مورد ارزیابی قرار می گیرد: (۱) سیگنال جریان یک فاز مرتبط با سرعت اندازه گیری شده از یک تاکوژنراتور (۲) سیگنال جریان یک فاز مرتبط با سرعت حاصل از یک گشتاورسنج، و (۳) تنها سیگنال جریان یک فاز. در نهایت، یک سری از نتایج شبیه سازی شده و تجربی برای تایید روش پیشنهادی ارائه شده است، و نتایج عملکرد خوب استراتژی های پیشنهاد شده را نشان می دهد.
 
۱- مقدمه
موتور القایی سه فاز (TIM) به طور گسترده ای در بخش صنعتی استفاده می شود، عمدتا برای بهره برداری از پمپ ها، کمپرسورها و فن ها، که ۶۸ درصد از مصرف انرژی صنعتی برزیلی که مطابق با ۳۵ درصد انرژی الکتریکی مصرفی کل است را شامل می شود. به طور کلی، چنین موتورها تحت حدود ۶۰ درصد بار اسمی خود، در نتیجه کار با کاهش بهره وری، که منجر به هدر رفت انرژی می شود عمل می کنند. نمودار کارایی TIM، برای فرکانس اسمی، می تواند در مشخصات آن یافت شود. با این حال، این موتورها اغلب توسط مبدل فرکانس هدایت می شوند، و در نتیجه فرکانس های عملیاتی متفاوت به دلیل مقادیر اسمی آنها است. یکی از راه های تجزیه و تحلیل کارایی TIM و در نتیجه تعیین اینکه کدام منطقه عملیاتی مناسب تر برای یک وضعیت خاص است، انجام محاسبات است که به پارامترهای الکتریکی و مکانیکی موتور بستگی دارد، از آنجا که چنین پارامترهایی، هنگامی که به یک مدل ریاضی اعمال میشوند، ممکن است پویایی عملیات TIM را نشان دهند. با این حال، در چندین شرایط ممکن است پارامترها توسط تولید کننده تحت تاثیر قرار نگیرند ، یا تاثیرات خارجی و داخلی مانند سایش الکتریکی و مکانیکی یا گرمایش ممکن است مقادیر پارامترها را تغییر دهد. علاوه بر مشکلات مربوط به کارایی پر انرژی، برآورد مناسب پارامترهای TIM ممکن است بر عملکرد درایو AC تأثیر بگذارد، زیرا مقادیر پارامترهای موتور برای تنظیم کننده های کنترل، بخصوص پارامترهای مکانیکی که مربوط به پاسخ دینامیکی در طول گذرا، پایه هستند. حتی با استفاده از نظارت بر پارامترهای TIM می توان از روش های تشخیص خطا استفاده کرد. در این زمینه، توسعه تکنیک های برآورد پارامترهای الکتریکی و مکانیکی TIM به موضوع مهم تحقیقات اخیر تبدیل شده است. داده ها برای مدار الکتریکی معادل متقارن به طور معمول از طریق آزمایش های مسدود شده و بدون بار روتور به دست آمدند، همانطور که در استاندارد IEEE بیان شده است، جایی که دستگاه در حالت پایدار عمل می کند. اگر چه چنین روش مورد استفاده ای ساده و معمولی است، تقریبی آن ممکن نیست دقیق باشد. علاوه بر این، پارامترهای مکانیکی در این روش برآورد نمی شوند. به این معنی که، روش های محاسباتی به دلیل توانایی های آنها برای ارزیابی دقیق تر پارامترهای الکتریکی و مکانیکی به عنوان جایگزین های مورد نطر به وجود می آیند. در دو روش محاسبه پارامترهای مدار الکتریکی معادل پیشنهاد می شود. این روش ها به ترتیب بر اساس شبکه های عصبی مصنوعی (ANN) و سیستم های استنتاج عصبی فازی تطبیقی (ANFIS) و داده های ورودی گشتاور، توان فعال و راکتیو، جریان شروع، حداکثر گشتاور، سرعت بار کامل و کارایی هستند که توسط تولید کننده داده شده اند. تکنیک پیشنهاد شده بر اساس استفاده از شبکه Adaline برای شناسایی ثابت زمان روتور و فاکتور نشت TIM در حالت پایدار (فرکانس های بالا)، و همچنین مقاومت نشتی و القایی استاتور (فرکانس های پایین) است. در استفاده از آزمایشهای فرکانس متغیر، محاسبه پارامترهای مدار الکتریکی معادل نیز پیشنهاد شده است.
در سال های گذشته، تکنیک های برآورد پارامترهای الکتریکی و مکانیکی TIM، بر اساس استفاده از روش های محاسباتی، در آثار ادبی با نتایج جالبی گزارش شده است. به عنوان مثال، کار در پیشنهادهای شناسایی گشتاور از TIM با استفاده از تنها یک سنسور ولتاژ، که با توجه به پارامترهای برآورد شده، مدل سازی می شود، در نتیجه تکنیک ساده و کم هزینه می باشد. استفاده از الگوریتم های برآورد پارامترهای آنلاین نیز در مقاله [۱۶] پیشنهاد شده است که شامل یک روش کنترل پیش بینی کننده بر اساس تقریب اویلر برای برآورد مقاومت استاتور از مدل خطی موتور القایی است. در مقاله [۱۷] یک روش بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) برای ارزیابی پارامترهای مدار الکتریکی معادل TIM، مقایسه گشتاور و مشخصات ارائه شده توسط سازنده، اعمال می شود.
طبقه ای دیگر از روشهای محاسباتی اکتشافی، طبقه ای از الگوریتم های تکاملی است که بر اساس تعریف و تغییر گروه راه حل ها برای به حداقل رساندن یک تابع هدف هستند. استفاده از الگوریتم های تکاملی در ارزیابی پارامترهای TIM نیز در نوشته های اخیر گزارش شده است. در [۱۸]، استفاده از الگوریتم های ژنتیکی به منظور شناسایی همزمان پارامترهای مکانیکی و الکتریکی، با استفاده از ورودی تنها جریان شروع و ولتاژ مربوطه. پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی در [۱۹] شامل استفاده از الگوریتم دیفرانسیل تکامل (DE) برای برآورد مقاومت روتور و استاتور و و همچنین القای نشتی روتور و استاتور با مقایسه مقادیر اسمی، شروع و توقف گشتاورهای اندازه گیری شده با مقادیر حاصل از پارامترهای برآورد شده است. در [۲۰] تاثیر تغییرات دمای پارامترهای الکتریکی و مکانیکی TIM با استفاده از یک سیگنال جریان مورد تحلیل قرار گرفته است. علاوه بر این، در [۲۱]، نویسندگان تجزیه و تحلیل پنج روش مختلف DE را برای بررسی بهترین روش ارزیابی پارامتر برای مدار الکتریکی معادل TIM، با استفاده از سیگنال های شبیه سازی شده از ولتاژ ورودی و خروجی سه فاز را پیشنهاد می دهند. در نهایت، در [۲۲] DE برای تخمین پارامترهای مدار الکتریکی معادل و گشتاور اینرسی استفاده می شود، با توجه به اینکه سیگنال ورودی جریان های سه فاز شبیه سازی شده دو موتور متفاوت است.
در یک تحلیل کلی، مشکل اصلی در برخی از روش های پیشنهادی گزارش شده، بدست آوردن اطلاعات لازم برای شناسایی پارامترها، مانند سرعت و گشتاور است [۱۲،۱۷،۱۹]. چنین مقالاتی از سنسورهای پیشرفته تر استفاده می کنند به این معنی که هزینه های بالای توسعه پروژه را کاهش می دهد و در نتیجه، جذابیت آن را کاهش می دهد. علاوه بر این، روش های ارائه شده، جایگزین هایی برای ارزیابی پارامترهای مدار الکتریکی معادل TIM [12، ۱۴، ۱۷،۲۱ [یا پارامترهای مکانیکی [۱۵]، به جای در نظر گرفتن ترکیب آنها پیشنهاد می کنند. آثار ارائه شده در [۱۸،۲۰،۲۲] روشهایی برای برآورد دو پارامترهای الکتریکی و مکانیکی را پیشنهاد می دهد. با این حال، روش در [۱۸] نیاز به ولتاژ سه فاز و داده های جریان دارد، در نتیجه درخواست شش سنسور، و [۲۰] تنها از داده های محاسباتی استفاده می کند.
در مقاله حاضر، تکنیکی را که قادر به برآورد مقادیر مقاومت روتور و استاتور و ظرفیت القای نشتی، ظرفیت القای مغناطیسی مغناطیسی (پارامترهای مدار الکتریکی معادل)، گشتاور و ضریب اصطکاک موتور القایی سه فاز است را پیشنهاد می دهیم. سه مجموعه مجزای سیگنال های ورودی برای الگوریتم پیشنهادی اعمال می شود: (۱) سیگنال جریان یک فاز همراه با سرعت اندازه گیری شده از یک تاکو ژنراتور، (۲) سیگنال جریان یک فاز همراه با سرعت اندازه گیری شده از یک گشتاورسنج، و (۳) تنها سیگنال جریان یک فاز. روش متشکل از تقریب تابع برای ارزیابی پارامتر با استفاده از الگوریتم تکامل دیفرانسیل، همراه با مدل دینامیکی TIM، همانطور که در [۲۳،۲۴] شرح داده شده، است. به منظور تایید کارآیی و اعتبار روش برآورد پیشنهادی، آزمونهای مبتنی بر مدلهای محاسباتی که با داده های تجربی اجرا شدند نیز انجام شده است.

 

بخشی از مقاله انگلیسی

Abstract

Three-phase induction motors are extensively used in the industry due to their robustness characteristics, low cost and easy maintenance. Usually, it is necessary to implement drive and control systems for such motors, which requires the knowledge of their mechanical and electrical parameters. However, in some cases, these data are not immediately available, or the values of the parameters may change due to the wear of motor components. Such problems can be circumvented if an efficient parameter estimation technique is available. In order to automatically estimate the parameters efficiently, the present work proposes a method, based on the differential evolution algorithm, aimed at the estimation of the electrical and mechanical parameters of three-phase induction motors. Such algorithm is capable of estimating the parameters of the equivalent electrical circuit, such as stator and rotor resistances and leakage inductances, the magnetizing inductance, and also mechanical parameters, such as moment of inertia and the friction coefficient. The performance of the proposed parameter estimation technique is evaluated for three different input signals: (i) current signal of a phase associated with the speed measured from a tachogenerator, (ii) current signal of a phase associated with the speed acquired from a torquemeter, and (iii) only the current signal of one phase. Finally, a series of simulated and experimental results are presented to validate the proposed technique, and the results show the good performance of the proposed strategies.

۱ Introduction

Three-phase induction motors (TIM) are widely used in the industrial sector, mainly for the operation of pumps, compressors and fans, representing 68% of the Brazilian industrial energy consumption, which corresponds to 35% of the total consumed electrical energy [1]. In general, such motors operate under approximately 60% of their nominal load, consequently working with reduced efficiency, which results in energy waste [2,3]. The efficiency graph of a TIM, for the nominal frequency, can be found in its datasheet. However, these motors are often driven by frequency inverters, resulting in operating frequencies different from their nominal values. One way of analyzing TIM efficiency, and consequently of defining which operating region is more appropriate for a given situation, is to perform calculations that depend on the electrical and mechanical parameters of the motor, since such parameters, when applied to a mathematical model, may represent the operating dynamics of the TIM [4]. However, in several situations the parameters may not be informed by the manufacturer, or external and internal influences, such as electrical and mechanical wear or heating [5], may modify the values of the parameters. In addition to problems related to energetic efficiency, a proper estimation of the TIM parameters may influence the AC drives performance, since the values of the motor parameters are fundamental for controller tuning [6–۸], especially the mechanical parameters, which are related to the dynamic response during the transient [9]. Even fault diagnosis methods can be accomplished by monitoring the parameters of a TIM [10]. In this context, the development of techniques for the estimation of the electrical and mechanical parameters of TIM has become an important topic of recent researches. The data for the symmetric equivalent electrical circuit are typically obtained through blocked and no-load rotor experiments, as stated in the IEEE norm [11], where the machine operates under steady state. Although such method is simple and commonly used, its approximation may not be precise. Additionally, the mechan ical parameters are not estimated in this approach. In this sense, computational methods rise as attractive alternatives, due to their capability of yielding more precise estimations of both electrical and mechanical parameters. In [12] two methods are proposed to calculate the equivalent electrical circuit parameters. The methods are respectively based on Artificial Neural Networks (ANN) and Adaptive Neuro-Fuzzy Inference Systems (ANFIS), and the input data are the torque, active and reactive power, starting current, maximum torque, full load speed and efficiency, given by the manufacturer. The technique proposed in [13] is based on the use ofthe Adaline network to identify the rotor time constant and the leakage factor of the TIM under steady state (highfrequencies), as well as the leakage resistance and inductance of the stator (low frequencies). In [14] the use of variable frequency tests on the computation ofthe equivalent electrical circuit parameters is also proposed. In the last years, estimation techniques for electrical and mechanical parameters of TIM, based on the use of computational methods, have been reported in the literature with interesting results. For instance, the work in [15] proposes the identification of the moment of inertia of the TIM using only a voltage sensor, which is modeled in terms of the parameters to be estimated, resulting in a simple and low cost technique. The use of online parameters estimation algorithms is also proposed in [16], which consists of a predictive control technique based on an Euler approximation to estimate the stator resistance from the induction motor linear model. In [17], a Particle Swarm Optimization (PSO) technique is applied to the estimation of the equivalent electrical circuit parameters of TIM, comparing the torque and the specifications provided by the manufacturer. Another class of heuristic computational methods is the class of evolutive algorithms, which are based on defining and changing populations of solutions to minimize an objective function. The application of evolutive algorithms in the TIM parameters estimation has also been reported on the recent literature. In [18], the use of genetic algorithms to simultaneously identify mechanical and electrical parameters is proposed, using as input only the corresponding starting current and voltage. The method proposed in [19] consists of using the Differential Evolution (DE) algorithm to estimate the rotor and stator resistances, as well as the rotor and stator leakage inductances, by comparing the nominal, starting and stop measured torques with the values resultant from the estimated parameters. In [20], the influence of the temperature variation of the electrical and mechanical parameters of TIM using only a current signal is analyzed. Additionally, in [21]the authors propose the analysis of five different DE approaches to verify which is the best parameter estimation technique for the equivalent electrical circuit of TIM, by using simulated signals of three-phase input and output voltages. Finally, in [22] the DE is used to estimate the parameters of the equivalent electrical circuit and of the moment of inertia, considering as input signal the simulated three-phase currents of two different motors. In a general analysis, the main difficulty reported on some of the proposed methods is the acquisition of the necessary information for the parameter identification, as speed and torque [12,17,19]. Such papers use more sophisticated sensors, implying higher costs of developing the project and consequently decreasing their attractiveness. Besides, the presented methods propose alternatives for the parameters estimation of either the TIM equivalent electrical circuit [12,14,17,21] or the mechanical parameters [15], instead of considering their combination. The works presented in [18,20,22] propose approaches for the estimation of both electrical and mechanical parameters. However, the method in [18] requires the three-phase voltage and current data, consequently demanding six sensors, and [20] uses only computational data. In the present paper, we propose a technique capable of estimating the values of the rotor and stator resistances and leakage inductances, the magnetizing inductances (parameters of the equivalent electrical circuit), moment of inertia and friction coefficient of the three-phase induction motor. Three distinct sets of input signals are applied to the proposed algorithm: (i) current signal of one phase along with the speed measured from a tachogenerator, (ii) current signal of one phase along with the speed measured from a torquemeter, and (iii) only the current signal of one phase. The method consists of a function approximator for parameter estimation using the Differential Evolution algorithm, combined with the TIM dynamical model, as described in [23,24]. In order to verify the efficiency and validate the proposed estimation method, tests based on computational models executed with experimental data were also performed.

 

 

 

دانلود رایگان مقاله انگلیسی + خرید ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله:

ارزیابی پارامترهای موتور القایی سه فاز با تکامل دیفرانسیل

عنوان انگلیسی مقاله:

Parameters estimation of three-phase induction motors using differential evolution

 
 
 
 
 

 

 

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *