Estimation of parameters of a three-phase induction motor based on experimental data and modeling results based on SINDYc

Abstract

The aim of the work is to study the dynamic behavior of induction motors and estimate key electromechanical parameters using the SINDYc method in conditions where only the results of no-load and short-circuit tests and a dataset with reference data of various three-phase induction motors of the AIR series are available. To achieve this goal, general physics methods, three-dimensional modeling, processing and visualization of results in the Wolfram Mathematica program were used. The working hypothesis of the research is to investigate the possibilities of using SINDYc to estimate the dynamics of key electromechanical parameters of three-phase induction motors, subject to limited input data and the availability of reference data of various three-phase induction motors of the AIR series. The most important result is the combination of parameters obtained from experiments of no-load and short-circuit of a three-phase asynchronous motor with a dataset of characteristics of various motors of the corresponding series, and unknown quantities are found using the developed mathematical model and the use of calculation relations given in this work. The significance of the research results obtained in the work lies in the fact that based on the developed method,it is possible to analyze the dynamic behavior of asynchronous motors and evaluate the dynamics of key electromechanical parameters of an electric motor using the SINDYc method in conditions when only the results of no-load and short-circuit tests are available. The results of the analysis of the sparsity of the SINDYc model showed that in the studied range of threshold values, the accuracy on the test sample practically does not change, while the number of active terms in the equations changes moderately.

Scopul lucrării este de a studia comportamentul dinamic al motoarelor asincrone și evaluareaparametrilorelectromecanici cheie utilizând metoda SINDYc în condiții în care sunt disponibile doar rezultatele testelor la mers în gol și la scurtcircuit și un set de date cu valoride referință pentru diferitemotoare asincrone trifazate din seria AIR. Pentru atingereaobiectivelor, au fost utilizate metode generale a fizicii, modelare tridimensională, procesare și vizualizare a rezultatelor în programul Wolfram Mathematica. Ipoteza de lucru a cercetării este de a investiga posibilitățile de utilizare a SINDYc pentru a estima dinamica parametrilor electromecanici cheie ai motoarelor asincrone trifazate, în condițiile unor date de intrare limitateși a disponibilității datelor de referință ale diferitelor motoare asincrone trifazate din seria AIR. Cel mai important rezultat constă în combinareaparametrilor obținuți din experimentele de mers în gol și înscurtcircuit ale unui motor asincron trifazat cu un set de date cu caracteristicile diferitelor motoare din seria corespunzătoare, iar mărimile necunoscute sunt găsite folosind modelul matematic elaboratși utilizarea relațiilor de calcul prezentate în această lucrare. Semnificația rezultatelor cercetării obținute în lucrare constă în faptul că, pe baza metodei elaborate, este posibilă analiza comportamentului dinamic al motoarelor asincrone și evaluarea dinamicii parametrilor electromecanici cheie ai unui motor electric utilizând metoda SINDYc în condiții în care sunt disponibile doar rezultatele testelor la mers în gol și la scurtcircuit.

Целью работы является исследование динамического поведения асинхронных двигателей и оценка ключевых электромеханических параметров с использованием метода SINDYc в условиях, когда есть только результаты испытаний холостого хода, короткого замыкания и датасет с эталонными данными различных трехфазных асинхронных двигателей серии АИР. Для достижения поставленных целей использовались общие методы физики, трехмерное моделирование, обработка и визуализация результатов в программе Wolfram Mathematica. Рабочая гипотеза исследований состоит в том, чтобы исследовать возможности применения SINDYc для оценки динамики ключевых электромеханических параметров трехфазных асинхронных двигателей при ограничении исходных данных и наличии эталонных данных различных трехфазных асинхронных двигателей серии АИР. Наиболее важным результатом является сочетание параметров полученных из эксериментов холостого хода и короткого замыкания трехфазного асинхронного двигателя с датасетом характеристик различных двигателей соответствующей серии, а неизвестные величины находятся с помощью разработанной математической модели и использования расчетных соотношений, приведенных в данной работе. Значимость полученных в работе результатов исследований состоит в том, что на основе разработанного метода можно проводить анализ динамического поведенияасинхронных двигателей и проведение оценки динамики ключевых электромеханических параметров электрического двигателя методом SINDYc в условиях, когда есть только результаты испытаний холостого хода и короткого замыкания. Результаты анализа разреженности модели SINDYc показали, что в исследованном диапазоне пороговых значений точность на тестовой выборке практически не меняется, в то время как количество активных членов в уравнениях меняется умеренно. Для большинства пороговых значений в интервале 0.01–0.50было получено практически одинаковый средний уровень погрешности 0.047808, при этом модель содержит около 225 ненулевых членов. В ходе проверки достоверности идентифицированной модели SINDYc была получена стабильная численная симуляция на всем тестовом интервале, что указывает на пригодность найденной системы уравнений как прогностическое приближение динамики.