I. Scopul și semnificația măsurării inductanței sincrone
(1) Scopul măsurării parametrilor inductanței sincrone (adică inductanța transversală)
Parametrii inductanței AC și DC sunt cei mai importanți doi parametri într-un motor sincron cu magnet permanent. Achiziția lor precisă este condiția prealabilă și fundamentul pentru calculul caracteristicilor motorului, simularea dinamică și controlul vitezei. Inductanța sincronă poate fi utilizată pentru a calcula multe proprietăți în stare staționară, cum ar fi factorul de putere, eficiența, cuplul, curentul de armătură, puterea și alți parametri. În sistemul de control al motorului cu magnet permanenți folosind control vectorial, parametrii inductorului sincron sunt implicați direct în algoritmul de control, iar rezultatele cercetării arată că, în regiunea magnetică slabă, inexactitatea parametrilor motorului poate duce la o reducere semnificativă a cuplului. si putere. Aceasta arată importanța parametrilor inductorului sincron.
(2) Probleme care trebuie remarcate la măsurarea inductanței sincrone
Pentru a obține o densitate mare de putere, structura motoarelor sincrone cu magnet permanenți este adesea proiectată pentru a fi mai complexă, iar circuitul magnetic al motorului este mai saturat, ceea ce are ca rezultat variația parametrului inductanței sincrone a motorului odată cu saturația de circuitul magnetic. Cu alte cuvinte, parametrii se vor schimba cu condițiile de funcționare ale motorului, complet cu condițiile nominale de funcționare ale parametrilor inductanței sincrone nu pot reflecta cu exactitate natura parametrilor motorului. Prin urmare, este necesar să se măsoare valorile inductanței în diferite condiții de funcționare.
2.Metode de măsurare a inductanței sincrone a motorului cu magnet permanent
Această lucrare colectează diverse metode de măsurare a inductanței sincrone și face o comparație și o analiză detaliată a acestora. Aceste metode pot fi clasificate aproximativ în două tipuri principale: test de sarcină directă și test static indirect. Testarea statică este împărțită în continuare în testare statică AC și testare statică DC. Astăzi, prima parte a „Metodelor noastre de testare a inductorilor sincron” va explica metoda de testare a sarcinii.
Literatura [1] introduce principiul metodei încărcării directe. Motoarele cu magnet permanenți pot fi de obicei analizate utilizând teoria reacției duble pentru a analiza funcționarea lor la sarcină, iar diagramele de fază ale funcționării generatorului și a motorului sunt prezentate în Figura 1 de mai jos. Unghiul de putere θ al generatorului este pozitiv cu E0 depășind U, unghiul factorului de putere φ este pozitiv cu I depășind U, iar unghiul factorului de putere intern ψ este pozitiv cu E0 depășind I. Unghiul de putere θ al motorului este pozitiv cu U depășește E0, unghiul factorului de putere φ este pozitiv cu U depășind I, iar unghiul factorului de putere intern ψ este pozitiv cu I depășind E0.
Fig. 1 Diagrama de fază a funcționării motorului sincron cu magnet permanent
(a) Starea generatorului (b) Starea motorului
În conformitate cu această diagramă de fază poate fi obținută: atunci când funcționează sarcina motorului cu magnet permanent, forța electromotoare de excitație fără sarcină măsurată E0, tensiunea terminală a armăturii U, curentul I, unghiul factorului de putere φ și unghiul de putere θ și așa mai departe, poate fi obținută armătură curent al axei drepte, componenta transversală Id = Isin (θ - φ) și Iq = Icos (θ - φ), apoi Xd și Xq pot fi obținute din următoarele ecuație:
Când generatorul funcționează:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Când motorul funcționează:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Parametrii de stare staționară ai motoarelor sincrone cu magnet permanenți se modifică pe măsură ce condițiile de funcționare ale motorului se modifică, iar când se modifică curentul de armătură, atât Xd, cât și Xq se modifică. Prin urmare, atunci când determinați parametrii, asigurați-vă că indicați și condițiile de funcționare a motorului. (Cantitatea de curent alternativ și continuu de arbore sau curent stator și unghiul factorului de putere intern)
Principala dificultate la măsurarea parametrilor inductivi prin metoda încărcării directe constă în măsurarea unghiului de putere θ. După cum știm, este diferența de unghi de fază dintre tensiunea terminală a motorului U și forța electromotoare de excitație. Când motorul funcționează stabil, tensiunea finală poate fi obținută direct, dar E0 nu poate fi obținută direct, deci poate fi obținută doar printr-o metodă indirectă pentru a obține un semnal periodic cu aceeași frecvență ca E0 și o diferență de fază fixă de înlocuit E0 pentru a face o comparație de fază cu tensiunea finală.
Metodele indirecte tradiționale sunt:
1) în fanta de armătură a motorului supus încercării pas îngropat și bobina originală a motorului de mai multe spire de sârmă fină ca bobină de măsurare, pentru a obține aceeași fază cu înfășurarea motorului sub semnal de comparație a tensiunii de încercare, prin compararea se poate obţine unghiul factorului de putere.
2) Instalați un motor sincron pe arborele motorului testat, care este identic cu motorul testat. Metoda de măsurare a fazei tensiunii [2], care va fi descrisă mai jos, se bazează pe acest principiu. Diagrama de conectare experimentală este prezentată în Figura 2. TSM este motorul sincron cu magnet permanent testat, ASM este un motor sincron identic care este necesar suplimentar, PM este motorul principal, care poate fi fie un motor sincron sau DC motor, B este frâna, iar DBO este un osciloscop cu fascicul dublu. Fazele B și C ale TSM și ASM sunt conectate la osciloscop. Când TSM este conectat la o sursă de alimentare trifazată, osciloscopul primește semnalele VTSM și E0ASM. deoarece cele două motoare sunt identice și se rotesc sincron, potențialul în gol al TSM al testerului și potențialul în gol al ASM, care acționează ca un generator, E0ASM, sunt în fază. Prin urmare, unghiul de putere θ, adică diferența de fază dintre VTSM și E0ASM poate fi măsurată.
Fig. 2 Schema de cablare experimentală pentru măsurarea unghiului de putere
Această metodă nu este folosită foarte frecvent, în principal pentru că: ① în motorul sincron mic sau transformatorul rotativ montat pe arborele rotorului, care trebuie măsurat, motorul are două extremități întinse, ceea ce este adesea dificil de realizat. ② Precizia măsurării unghiului de putere depinde în mare măsură de conținutul de armonici ridicat al VTSM și E0ASM, iar dacă conținutul de armonici este relativ mare, precizia măsurării va fi redusă.
3) Pentru a îmbunătăți acuratețea testului unghiului de putere și ușurința în utilizare, acum mai multă utilizare a senzorilor de poziție pentru a detecta semnalul de poziție a rotorului și apoi compararea fazelor cu abordarea tensiunii finale
Principiul de bază este instalarea unui disc fotoelectric proiectat sau reflectat pe arborele motorului sincron cu magnet permanent măsurat, numărul de găuri distribuite uniform pe disc sau marcajele alb-negru și numărul de perechi de poli ai motorului sincron testat. . Când discul se rotește cu motorul cu o rotație, senzorul fotoelectric primește semnale de poziție a rotorului și generează p impulsuri de joasă tensiune. Când motorul funcționează sincron, frecvența acestui semnal de poziție a rotorului este egală cu frecvența tensiunii terminale a armăturii, iar faza sa reflectă faza forței electromotoare de excitație. Semnalul impulsului de sincronizare este amplificat prin modelare, defazare și tensiunea armăturii motorului de testare pentru compararea fazelor pentru a obține diferența de fază. Setați când motorul funcționează fără sarcină, diferența de fază este θ1 (aproximativ că în acest moment unghiul de putere θ = 0), când sarcina funcționează, diferența de fază este θ2, apoi diferența de fază θ2 - θ1 este măsurată Valoarea unghiului puterii de sarcină a motorului sincron cu magnet permanent. Diagrama schematică este prezentată în Figura 3.
Fig. 3 Schema schematică a măsurării unghiului de putere
Ca și în discul fotoelectric acoperit uniform cu marca alb-negru este mai dificil, iar atunci când polii motorului sincron cu magnet permanent măsurat, în același timp, discul de marcare nu poate fi comun unul cu celălalt. Pentru simplitate, poate fi testat și în arborele de antrenare a motorului cu magnet permanent, învelit într-un cerc de bandă neagră, acoperit cu un semn alb, sursa de lumină reflectorizante a senzorului fotoelectric emis de lumina adunată în acest cerc pe suprafața benzii. În acest fel, la fiecare rotire a motorului, senzorul fotoelectric din tranzistorul fotosensibil trebuie să primească o lumină reflectată și o conducție o dată, rezultând un semnal de impuls electric, după amplificare și modelare pentru a obține un semnal de comparație E1. de la capătul înfășurării armăturii motorului de testare a oricărei tensiuni bifazate, de către transformatorul de tensiune PT până la o tensiune joasă, trimisă la comparatorul de tensiune, formarea unui reprezentant al fazei dreptunghiulare a semnalului de impuls de tensiune U1. U1 prin frecvența p-diviziunii, compararea comparatorului de fază pentru a obține o comparație între faza și comparatorul de fază. U1 prin frecvența p-diviziunii, prin comparatorul de fază pentru a compara diferența de fază cu semnalul.
Dezavantajul metodei de măsurare a unghiului de putere de mai sus este că diferența dintre cele două măsurători ar trebui făcută pentru a obține unghiul de putere. Pentru a evita scăderea celor două mărimi și pentru a reduce acuratețea, în măsurarea diferenței de fază a sarcinii θ2, inversarea semnalului U2, diferența de fază măsurată este θ2'=180 ° - θ2, unghiul de putere θ=180 ° - ( θ1 + θ2'), care transformă cele două mărimi din scăderea fazei în adunare. Diagrama cantității de fază este prezentată în Fig. 4.
Fig. 4 Principiul metodei de adiție de fază pentru calcularea diferenței de fază
O altă metodă îmbunătățită nu folosește diviziunea de frecvență a semnalului formei de undă dreptunghiulare de tensiune, ci folosește un microcomputer pentru a înregistra simultan forma de undă a semnalului, respectiv, prin interfața de intrare, înregistrează tensiunea fără sarcină și formele de undă ale semnalului de poziție a rotorului U0, E0, precum și semnalele de undă dreptunghiulară de tensiune de sarcină și poziția rotorului U1, E1 și apoi mutați formele de undă ale celor două înregistrări una față de alta până când formele de undă ale formei de undă dreptunghiulare cu două tensiuni semnalele sunt complet suprapuse, când diferența de fază dintre cele două rotoare Diferența de fază dintre cele două semnale de poziție a rotorului este unghiul de putere; sau mutați forma de undă la cele două forme de undă ale semnalului de poziție a rotorului coincid, atunci diferența de fază dintre cele două semnale de tensiune este unghiul de putere.
Trebuie subliniat faptul că funcționarea reală fără sarcină a motorului sincron cu magnet permanent, unghiul de putere nu este zero, în special pentru motoarele mici, din cauza funcționării fără sarcină a pierderii fără sarcină (inclusiv pierderea de cupru din stator, pierderea de fier, pierderi mecanice, pierderi de pierdere) este relativ mare, dacă credeți că unghiul de putere fără sarcină este zero, va cauza o eroare mare în măsurarea unghiului de putere, care poate fi folosită pentru a face motorul de curent continuu să funcționeze starea motorului, direcția direcției și direcția motorului de testare consecventă, cu direcția motorului DC, motorul DC poate funcționa în aceeași stare, iar motorul DC poate fi folosit ca motor de testare. Acest lucru poate face ca motorul de curent continuu să funcționeze în starea motorului, direcția și direcția motorului de testare să fie în concordanță cu motorul de curent continuu pentru a furniza toată pierderea de arbore a motorului de testare (inclusiv pierderi de fier, pierderi mecanice, pierderi de pierdere etc.). Metoda de judecată este că puterea de intrare a motorului de testare este egală cu consumul de cupru al statorului, adică P1 = pCu, și tensiunea și curentul în fază. De data aceasta θ1 măsurat corespunde unghiului de putere de zero.
Rezumat: avantajele acestei metode:
① Metoda de încărcare directă poate măsura inductanța de saturație în stare constantă în diferite stări de sarcină și nu necesită o strategie de control, care este intuitivă și simplă.
Deoarece măsurarea se face direct sub sarcină, se poate lua în considerare efectul de saturație și influența curentului de demagnetizare asupra parametrilor inductanței.
Dezavantajele acestei metode:
① Metoda de încărcare directă trebuie să măsoare mai multe cantități în același timp (tensiune trifazată, curent trifazat, unghiul factorului de putere etc.), măsurarea unghiului de putere este mai dificilă, iar acuratețea testului fiecare cantitate are un impact direct asupra acurateței calculelor parametrilor, iar tot felul de erori în testul parametrilor sunt ușor de acumulat. Prin urmare, atunci când utilizați metoda de încărcare directă pentru măsurarea parametrilor, trebuie acordată atenție analizei erorilor și selectați o precizie mai mare a instrumentului de testare.
② Valoarea forței electromotoare de excitație E0 în această metodă de măsurare este înlocuită direct de tensiunea la borna motorului fără sarcină, iar această aproximare aduce și erori inerente. Deoarece, punctul de funcționare al magnetului permanent se modifică odată cu sarcina, ceea ce înseamnă că la diferiți curenți de stator, permeabilitatea și densitatea fluxului magnetului permanent sunt diferite, astfel încât forța electromotoare de excitație rezultată este, de asemenea, diferită. În acest fel, nu este foarte precis să înlocuiți forța electromotoare de excitație în condiții de sarcină cu forța electromotoare de excitare fără sarcină.
Referințe
[1] Tang Renyuan și colab. Teoria și designul modern al motoarelor cu magnet permanent. Beijing: Presa pentru industria de mașini. martie 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Tehnologia, proiectarea și aplicațiile motoarelor cu magnet permanent, ed. a II-a. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Drepturi de autor: acest articol este o retipărire a numărului public WeChat (电机极客), linkul originalhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Acest articol nu reprezintă punctul de vedere al companiei noastre. Dacă aveți opinii sau opinii diferite, vă rugăm să ne corectați!
Ora postării: Iul-18-2024