I. Namen in pomen merjenja sinhrone induktivnosti
(1) Namen merjenja parametrov sinhrone induktivnosti (tj. induktivnosti navzkrižne osi)
Parametri induktivnosti izmeničnega in enosmernega toka sta dva najpomembnejša parametra v sinhronem motorju s permanentnimi magneti. Njihovo natančno pridobivanje je predpogoj in osnova za izračun karakteristik motorja, dinamično simulacijo in regulacijo hitrosti. Sinhronska induktivnost se lahko uporabi za izračun številnih lastnosti v ustaljenem stanju, kot so faktor moči, izkoristek, navor, tok armature, moč in drugi parametri. V krmilnem sistemu motorja s permanentnimi magneti z vektorskim krmiljenjem so parametri sinhronskega induktorja neposredno vključeni v krmilni algoritem, rezultati raziskav pa kažejo, da lahko v šibkem magnetnem območju nenatančnost parametrov motorja povzroči znatno zmanjšanje navora in moči. To kaže na pomen parametrov sinhronskega induktorja.
(2) Težave, ki jih je treba upoštevati pri merjenju sinhrone induktivnosti
Za doseganje visoke gostote moči je struktura sinhronskih motorjev s trajnimi magneti pogosto bolj zapletena, magnetni tokokrog motorja pa je bolj nasičen, kar povzroči, da se parameter sinhrone induktivnosti motorja spreminja glede na nasičenost magnetnega tokokroga. Z drugimi besedami, parametri se spreminjajo glede na obratovalne pogoje motorja, vendar v nazivnih obratovalnih pogojih parametri sinhrone induktivnosti ne morejo natančno odražati narave parametrov motorja. Zato je treba vrednosti induktivnosti meriti v različnih obratovalnih pogojih.
2. metode merjenja sinhrone induktivnosti motorja s permanentnimi magneti
Ta članek zbira različne metode merjenja sinhrone induktivnosti ter jih podrobno primerja in analizira. Te metode lahko v grobem razdelimo v dve glavni vrsti: neposredni obremenitveni preizkus in posredni statični preizkus. Statično testiranje se nadalje deli na statično testiranje z izmeničnim tokom in statično testiranje z enosmernim tokom. Danes bo prvi del naših "Metod testiranja sinhronih induktorjev" razložil metodo obremenitvenega preizkusa.
Literatura [1] predstavlja načelo metode neposredne obremenitve. Motorje s permanentnimi magneti je običajno mogoče analizirati z uporabo teorije dvojne reakcije za analizo njihovega delovanja ob obremenitvi, fazni diagrami delovanja generatorja in motorja pa so prikazani na sliki 1 spodaj. Kot moči θ generatorja je pozitiven, ko E0 presega U, kot faktorja moči φ je pozitiven, ko I presega U, in notranji kot faktorja moči ψ je pozitiven, ko E0 presega I. Kot moči θ motorja je pozitiven, ko U presega E0, kot faktorja moči φ je pozitiven, ko U presega I, in notranji kot faktorja moči ψ je pozitiven, ko I presega E0.
Slika 1 Fazni diagram delovanja sinhronskega motorja s permanentnim magnetom
(a) Stanje generatorja (b) Stanje motorja
V skladu s tem faznim diagramom lahko dobimo: ko motor s permanentnim magnetom deluje pod obremenitvijo, izmerimo vzbujevalno elektromotorno silo E0 v prostem teku, napetost na priključkih armature U, tok I, kot faktorja moči φ in kot moči θ itd., lahko dobimo tok armature na ravni osi, prečno osno komponento Id = Isin (θ - φ) in Iq = Icos (θ - φ), nato pa lahko Xd in Xq dobimo iz naslednje enačbe:
Ko generator deluje:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Ko motor deluje:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Parametri ustaljenega stanja sinhronskih motorjev s trajnimi magneti se spreminjajo s spreminjanjem obratovalnih pogojev motorja, in ko se spremeni tok armature, se spremenita tako Xd kot Xq. Zato pri določanju parametrov navedite tudi obratovalne pogoje motorja. (Količina izmeničnega in enosmernega toka gredi ali toka statorja in notranji faktor moči kota)
Glavna težava pri merjenju induktivnih parametrov z metodo neposredne obremenitve je merjenje kota moči θ. Kot vemo, gre za razliko faznega kota med napetostjo na priključkih motorja U in vzbujevalno elektromotorno silo. Ko motor deluje stabilno, je končno napetost mogoče dobiti neposredno, E0 pa ni mogoče dobiti neposredno, zato jo je mogoče dobiti le s posredno metodo, s katero dobimo periodični signal z enako frekvenco kot E0 in fiksno fazno razliko, ki nadomesti E0, da se izvede fazna primerjava s končno napetostjo.
Tradicionalne posredne metode so:
1) v režo armature preizkušenega motorja, zakopanega v smolo, in originalno tuljavo motorja, ki deluje kot merilna tuljava, se uporabi več zavojev fine žice, da se doseže enaka faza kot signal primerjalne napetosti preizkušenega navitja motorja, s primerjavo kota faktorja moči.
2) Na gred preizkušanega motorja namestite sinhroni motor, ki je identičen preizkušanemu motorju. Metoda merjenja napetosti in faze [2], ki bo opisana spodaj, temelji na tem načelu. Eksperimentalni diagram povezave je prikazan na sliki 2. TSM je preizkušani sinhroni motor s trajnimi magneti, ASM je identičen sinhroni motor, ki je dodatno potreben, PM je glavni pogon, ki je lahko sinhroni motor ali enosmerni motor, B je zavora in DBO je osciloskop z dvema žarkoma. Fazi B in C TSM in ASM sta priključeni na osciloskop. Ko je TSM priključen na trifazno napajanje, osciloskop sprejema signala VTSM in E0ASM. Ker sta motorja identična in se vrtita sinhrono, sta potencial prostega teka TSM preizkuševalnika in potencial prostega teka ASM, ki deluje kot generator, E0ASM, v fazi. Zato je mogoče izmeriti kot moči θ, tj. fazno razliko med VTSM in E0ASM.
Slika 2 Eksperimentalna shema ožičenja za merjenje kota moči
Ta metoda se ne uporablja zelo pogosto, predvsem zato, ker: 1. Majhen sinhronski motor ali rotacijski transformator, nameščen na gredi rotorja, ki ga je treba izmeriti, ima dva iztegnjena konca gredi, kar je pogosto težko izvedljivo. 2. Natančnost merjenja kota moči je v veliki meri odvisna od visoke harmonske vsebnosti VTSM in E0ASM, in če je harmonska vsebnost relativno velika, se natančnost merjenja zmanjša.
3) Za izboljšanje natančnosti preizkusa kota moči in enostavnosti uporabe se zdaj bolj uporabljajo senzorji položaja za zaznavanje signala položaja rotorja in nato primerjava faze s pristopom končne napetosti.
Osnovno načelo je namestitev projiciranega ali odsevnega fotoelektričnega diska na gred merjenega sinhronskega motorja s trajnim magnetom, pri čemer se določi število enakomerno porazdeljenih lukenj na disku ali črno-belih markerjev in število parov polov preizkušanega sinhronskega motorja. Ko se disk zavrti za en obrat z motorjem, fotoelektrični senzor prejme p signalov položaja rotorja in ustvari p nizkonapetostnih impulzov. Ko motor teče sinhrono, je frekvenca tega signala položaja rotorja enaka frekvenci napetosti na priključkih armature, njegova faza pa odraža fazo vzbujevalne elektromotorne sile. Signal sinhronizacijskega impulza se ojača z oblikovanjem, faznim zamikom in fazno primerjavo napetosti armature preizkušanega motorja, da se dobi fazna razlika. Ko motor deluje brez obremenitve, je fazna razlika θ1 (približno je v tem času kot moči θ = 0), ko je obremenitev v teku, je fazna razlika θ2, potem je fazna razlika θ2 - θ1 izmerjena vrednost kota moči obremenitve sinhronskega motorja s trajnim magnetom. Shematski diagram je prikazan na sliki 3.
Slika 3 Shematski diagram merjenja kota moči
Ker je pri fotoelektričnem disku enakomerno prevlečen s črno-belo oznako, je označevanje težje, in ko se hkrati merijo pola sinhronskega motorja s permanentnim magnetom in diska za označevanje ne moreta imeti skupnega. Zaradi enostavnosti se lahko preizkusi tudi na pogonski gredi motorja s permanentnim magnetom, oviti v krog črnega traku, prevlečenega z belo oznako, pri čemer se svetloba, ki jo oddaja reflektivni fotoelektrični senzor, zbere v tem krogu na površini traku. Na ta način fotoelektrični senzor v fotoobčutljivem tranzistorju ob vsakem obratu motorja enkrat sprejme odbito svetlobo in jo prevaja, kar povzroči električni impulzni signal. Po ojačanju in oblikovanju se iz konca navitja kotve preskusnega motorja dobi primerjalni signal E1. Vsaka dvofazna napetost se s pomočjo napetostnega transformatorja PT zniža na nizko napetost, ki se pošlje v napetostni primerjalnik, kjer se oblikuje reprezentativen pravokotni fazni signal napetostnega impulza U1. U1 se primerja s frekvenco p-delitve, da se dobi primerjava med fazo in faznim primerjalnikom. U1 s frekvenco p-delitve, s faznim primerjalnikom za primerjavo njegove fazne razlike s signalom.
Pomanjkljivost zgornje metode merjenja kota moči je, da je treba za izračun kota moči izračunati razliko med obema meritvama. Da bi se izognili odštevanju obeh količin in zmanjšali natančnost, je pri merjenju fazne razlike obremenitve θ2, obrata signala U2, izmerjena fazna razlika θ2'=180° - θ2, kot moči θ=180° - (θ1 + θ2'), kar obe količini pretvori iz odštevanja faze v seštevanje. Diagram faznih količin je prikazan na sliki 4.
Slika 4 Načelo metode seštevanja faz za izračun fazne razlike
Druga izboljšana metoda ne uporablja delitve frekvence pravokotnega signala napetostnega valovnega signala, temveč uporablja mikroračunalnik za hkratno snemanje signalnega valovnega signala prek vhodnega vmesnika, snemanje valovnih oblik signala napetosti brez obremenitve in položaja rotorja U0, E0 ter signalov pravokotnega valovnega signala napetosti obremenitve in položaja rotorja U1, E1, nato pa premikanje valovnih oblik obeh posnetkov relativno druga glede na drugo, dokler se valovni obliki dveh signalov napetostnega pravokotnega valovnega signala popolnoma ne prekrivata, ko je fazna razlika med signaloma položaja rotorja kot moči; ali premikanje valovne oblike, da se valovni obliki obeh signalov položaja rotorja ujemata, potem je fazna razlika med signaloma napetosti kot moči.
Treba je poudariti, da pri dejanskem delovanju sinhronskega motorja s trajnimi magneti v prostem teku kot moči ni nič, zlasti pri majhnih motorjih. Zaradi delovanja v prostem teku so izgube v prostem teku (vključno z izgubo statorske bakrene žice, izgubo železa, mehanskimi izgubami in izgubami zaradi odklona) relativno velike. Če menite, da je kot moči v prostem teku nič, bo to povzročilo veliko napako pri merjenju kota moči. To lahko uporabimo za uskladitev delovanja enosmernega motorja v stanju motorja, smeri krmiljenja in krmiljenja preskusnega motorja. Pri krmiljenju enosmernega motorja lahko enosmerni motor deluje v istem stanju in se lahko enosmerni motor uporablja kot preskusni motor. To lahko zagotovi, da se delovanje enosmernega motorja v stanju motorja, smer krmiljenja in krmiljenje preskusnega motorja ujemajo z enosmernim motorjem, da se zagotovijo vse izgube gredi preskusnega motorja (vključno z izgubo železa, mehanskimi izgubami, izgubami zaradi odklona itd.). Metoda presoje je, da je vhodna moč preskusnega motorja enaka porabi statorske bakrene žice, to je P1 = pCu, napetost in tok pa sta v fazi. Tokrat izmerjeni θ1 ustreza kotu moči nič.
Povzetek: prednosti te metode:
① Metoda neposredne obremenitve lahko meri induktivnost nasičenosti v ustaljenem stanju pri različnih stanjih obremenitve in ne zahteva strategije krmiljenja, kar je intuitivno in preprosto.
Ker se meritev izvaja neposredno pod obremenitvijo, je mogoče upoštevati učinek nasičenosti in vpliv toka razmagnetenja na parametre induktivnosti.
Slabosti te metode:
① Metoda neposredne obremenitve zahteva hkratno merjenje več količin (trifazna napetost, trifazni tok, kot faktorja moči itd.), merjenje kota moči pa je težje, natančnost preskusa vsake količine pa neposredno vpliva na natančnost izračunov parametrov, pri preskusu parametrov pa se zlahka kopičijo vse vrste napak. Zato je treba pri uporabi metode neposredne obremenitve za merjenje parametrov pozornost nameniti analizi napak in izbrati instrument z večjo natančnostjo.
② Vrednost vzbujevalne elektromotorne sile E0 se pri tej merilni metodi neposredno nadomesti z napetostjo na priključkih motorja v prostem teku, kar prinaša tudi inherentne napake. Ker se delovna točka permanentnega magneta spreminja z obremenitvijo, kar pomeni, da se pri različnih statorskih tokovih prepustnost in gostota pretoka permanentnega magneta razlikujeta, zato se razlikuje tudi nastala vzbujevalna elektromotorna sila. Zato zamenjava vzbujevalne elektromotorne sile pod obremenitvijo z vzbujevalno elektromotorno silo v prostem teku ni zelo natančna.
Reference
[1] Tang Renyuan in sod. Sodobna teorija in zasnova motorjev s trajnimi magneti. Peking: Machinery Industry Press. Marec 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Tehnologija, zasnova in uporaba motorjev s trajnimi magneti, 2. izd. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Avtorske pravice: Ta članek je ponatis javnega motornega ogleda številk WeChat (电机极客), izvirna povezavahttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Ta članek ne predstavlja stališč našega podjetja. Če imate drugačna mnenja ali poglede, nas prosim popravite!
Čas objave: 18. julij 2024