I. Účel a význam merania synchrónnej indukčnosti
(1) Účel merania parametrov synchrónnej indukčnosti (t. j. indukčnosti v priečnom smere)
Parametre indukčnosti striedavého a jednosmerného prúdu sú dva najdôležitejšie parametre synchrónneho motora s permanentnými magnetmi. Ich presné získanie je predpokladom a základom pre výpočet charakteristík motora, dynamickú simuláciu a riadenie otáčok. Synchrónna indukčnosť sa dá použiť na výpočet mnohých vlastností v ustálenom stave, ako je účinník, účinnosť, krútiaci moment, prúd kotvy, výkon a ďalšie parametre. V riadiacom systéme motora s permanentnými magnetmi s použitím vektorového riadenia sú parametre synchrónnej induktory priamo zapojené do riadiaceho algoritmu a výsledky výskumu ukazujú, že v oblasti slabého magnetizmu môže nepresnosť parametrov motora viesť k významnému zníženiu krútiaceho momentu a výkonu. To ukazuje dôležitosť parametrov synchrónnej induktory.
(2) Problémy, ktoré treba zvážiť pri meraní synchrónnej indukčnosti
Aby sa dosiahla vysoká hustota výkonu, štruktúra synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi je často navrhnutá tak, aby bola zložitejšia a magnetický obvod motora je viac nasýtený, čo má za následok, že parameter synchrónnej indukčnosti motora sa mení so saturáciou magnetického obvodu. Inými slovami, parametre sa menia s prevádzkovými podmienkami motora a pri menovitých prevádzkových podmienkach parametre synchrónnej indukčnosti nemôžu úplne presne odrážať charakter parametrov motora. Preto je potrebné merať hodnoty indukčnosti za rôznych prevádzkových podmienok.
2. metódy merania synchrónnej indukčnosti motora s permanentnými magnetmi
Tento článok zhromažďuje rôzne metódy merania synchrónnej indukčnosti a vykonáva ich podrobné porovnanie a analýzu. Tieto metódy možno zhruba rozdeliť do dvoch hlavných typov: priamy záťažový test a nepriamy statický test. Statické testovanie sa ďalej delí na statické testovanie striedavým prúdom a statické testovanie jednosmerným prúdom. Dnes si v prvej časti našich „Metód testovania synchrónnych induktorov“ vysvetlíme metódu záťažového testu.
Literatúra [1] predstavuje princíp metódy priameho zaťaženia. Motory s permanentnými magnetmi možno zvyčajne analyzovať pomocou teórie dvojitej reakcie na analýzu ich prevádzky pri zaťažení a fázové diagramy prevádzky generátora a motora sú znázornené na obrázku 1 nižšie. Uhol výkonu θ generátora je kladný, keď E0 presahuje U, uhol účinníka φ je kladný, keď I presahuje U, a vnútorný uhol účinníka ψ je kladný, keď E0 presahuje I. Uhol výkonu θ motora je kladný, keď U presahuje E0, uhol účinníka φ je kladný, keď U presahuje I, a vnútorný uhol účinníka ψ je kladný, keď I presahuje E0.
Obr. 1 Fázový diagram prevádzky synchrónneho motora s permanentnými magnetmi
(a) Stav generátora (b) Stav motora
Podľa tohto fázového diagramu možno získať: pri prevádzke motora s permanentným magnetom pri zaťažení sa nameria budiaca elektromotorická sila E0 bez zaťaženia, napätie na svorkách kotvy U, prúd I, uhol účinníka φ a uhol výkonu θ atď., možno získať prúd kotvy na priamej osi, priečna zložka Id = Isin (θ - φ) a Iq = Icos (θ - φ), potom Xd a Xq možno získať z nasledujúcej rovnice:
Keď generátor beží:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Keď motor beží:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Parametre ustáleného stavu synchrónnych motorov s permanentnými magnetmi sa menia so zmenou prevádzkových podmienok motora a pri zmene prúdu kotvy sa menia Xd aj Xq. Preto pri určovaní parametrov nezabudnite uviesť aj prevádzkové podmienky motora. (Veľkosť striedavého a jednosmerného prúdu hriadeľa alebo prúdu statora a vnútorný uhol účinníka)
Hlavný problém pri meraní indukčných parametrov metódou priameho zaťaženia spočíva v meraní výkonového uhla θ. Ako vieme, ide o fázový uhol medzi napätím na svorkách motora U a budiacou elektromotorickou silou. Keď motor beží stabilne, koncové napätie je možné získať priamo, ale E0 nie je možné získať priamo, takže ho je možné získať iba nepriamou metódou, ktorá získa periodický signál s rovnakou frekvenciou ako E0 a pevným fázovým rozdielom, ktorý nahradí E0, aby sa vykonalo fázové porovnanie s koncovým napätím.
Tradičné nepriame metódy sú:
1) v drážke kotvy testovaného motora sa vloží niekoľko závitov jemného drôtu pôvodnej cievky motora ako meracia cievka, aby sa dosiahla rovnaká fáza s porovnávacím signálom napätia testovaného vinutia motora, a porovnaním uhla účinníka je možné získať...
2) Na hriadeľ testovaného motora nainštalujte synchrónny motor, ktorý je identický s testovaným motorom. Metóda merania fázy napätia [2], ktorá bude opísaná nižšie, je založená na tomto princípe. Experimentálna schéma zapojenia je znázornená na obrázku 2. TSM je testovaný synchrónny motor s permanentnými magnetmi, ASM je identický synchrónny motor, ktorý je dodatočne potrebný, PM je hlavný motor, ktorým môže byť buď synchrónny motor, alebo jednosmerný motor, B je brzda a DBO je dvojlúčový osciloskop. Fázy B a C TSM a ASM sú pripojené k osciloskopu. Keď je TSM pripojený k trojfázovému zdroju napájania, osciloskop prijíma signály VTSM a E0ASM. Pretože dva motory sú identické a otáčajú sa synchrónne, spätný potenciál bez záťaže TSM testera a spätný potenciál bez záťaže ASM, ktorý funguje ako generátor, E0ASM, sú vo fáze. Preto je možné merať výkonový uhol θ, t. j. fázový rozdiel medzi VTSM a E0ASM.
Obr. 2 Experimentálna schéma zapojenia na meranie výkonového uhla
Táto metóda sa veľmi často nepoužíva, najmä preto, že: ① malý synchrónny motor alebo rotačný transformátor namontovaný na hriadeli rotora, ktorý sa má merať, má dva vysunuté konce hriadeľa, čo je často ťažké. ② Presnosť merania výkonového uhla závisí vo veľkej miere od obsahu vysokých harmonických vo VTSM a E0ASM a ak je obsah harmonických relatívne veľký, presnosť merania sa zníži.
3) Na zlepšenie presnosti testu uhla výkonu a jednoduchosti použitia sa teraz viac využívajú snímače polohy na detekciu signálu polohy rotora a potom sa fázové porovnanie s prístupom koncového napätia.
Základným princípom je inštalácia premietaného alebo odrazeného fotoelektrického disku na hriadeľ meraného synchrónneho motora s permanentným magnetom, pričom sa meria počet rovnomerne rozložených otvorov na disku alebo čiernobielych značiek a počet párov pólov testovaného synchrónneho motora. Keď sa disk otočí o jednu otáčku s motorom, fotoelektrický snímač prijíma p signálov polohy rotora a generuje p impulzov nízkeho napätia. Keď motor beží synchrónne, frekvencia tohto signálu polohy rotora sa rovná frekvencii napätia na svorkách kotvy a jeho fáza odráža fázu budiacej elektromotorickej sily. Signál synchronizačného impulzu sa zosilní tvarovaním, fázovým posunom a napätím kotvy testovacieho motora sa porovná fáza, aby sa získal fázový rozdiel. Pri prevádzke motora bez zaťaženia je fázový rozdiel θ1 (približne v tomto čase je uhol výkonu θ = 0), pri prevádzke so zaťažením je fázový rozdiel θ2, potom je fázový rozdiel θ2 - θ1 nameraná hodnota uhla výkonu synchrónneho motora s permanentným magnetom pri zaťažení. Schéma zapojenia je znázornená na obrázku 3.
Obr. 3 Schematický diagram merania výkonového uhla
Keďže je fotoelektrický disk rovnomerne pokrytý čiernobielou značkou, je to náročnejšie a keď sa merajú póly synchrónneho motora s permanentným magnetom a označovací disk, nie je možné ich spoločne označiť. Pre jednoduchosť sa dá testovať aj na hnacom hriadeli motora s permanentným magnetom, ktorý je obalený kruhom z čiernej pásky a je pokrytý bielou značkou. Reflexný fotoelektrický senzor vyžaruje svetlo zhromaždené v tomto kruhu na povrchu pásky. Týmto spôsobom pri každej otáčke motora fotoelektrický senzor vo fotocitlivom tranzistore prijíma odrazené svetlo a prechádza vedením, čo vedie k elektrickému impulznému signálu. Po zosilnení a tvarovaní sa získa porovnávací signál E1. Akékoľvek dvojfázové napätie z konca vinutia kotvy testovaného motora sa pomocou napäťového transformátora PT zníži na nízke napätie a odošle sa do napäťového komparátora, kde sa vytvorí reprezentatívny obdĺžnikový fázový impulzný signál U1. U1 sa delí na frekvenciu p a fázový komparátor porovnáva, aby sa dosiahlo porovnanie medzi fázou a fázovým komparátorom. U1 pomocou p-delenej frekvencie, fázovým komparátorom na porovnanie jeho fázového rozdielu so signálom.
Nedostatkom vyššie uvedenej metódy merania výkonového uhla je, že na získanie výkonového uhla je potrebné vypočítať rozdiel medzi týmito dvoma meraniami. Aby sa predišlo odčítaniu dvoch veličín a znížila sa presnosť, pri meraní fázového rozdielu zaťaženia θ2, reverzibilného signálu U2, je nameraný fázový rozdiel θ2' = 180 ° - θ2, výkonový uhol θ = 180 ° - (θ1 + θ2'), čo prepočítava obe veličiny z odčítania fázy na sčítanie. Diagram fázových veličín je znázornený na obr. 4.
Obr. 4 Princíp metódy sčítania fáz pre výpočet fázového rozdielu
Ďalšia vylepšená metóda nepoužíva delenie frekvencie obdĺžnikového tvaru signálu napätia, ale používa mikropočítač na súčasné zaznamenávanie tvaru signálu cez vstupné rozhranie, zaznamenáva tvary signálu napätia bez záťaže U0, E0, ako aj tvary signálu napätia záťaže a polohy rotora U1, E1 a potom posúva tvary signálov oboch záznamov voči sebe, až kým sa tvary signálov oboch obdĺžnikových signálov napätia úplne neprekryjú, pričom fázový rozdiel medzi dvoma signálmi polohy rotora je výkonový uhol; alebo posúva tvary signálu tak, aby sa tvary signálov oboch signálov polohy rotora zhodovali, pričom fázový rozdiel medzi dvoma signálmi napätia je výkonový uhol.
Treba zdôrazniť, že pri skutočnej prevádzke synchrónneho motora s permanentnými magnetmi naprázdno nie je výkonový uhol nulový, najmä pri malých motoroch. Straty naprázdno (vrátane strát v statorovej medi, straty v železe, mechanické straty, straty rozptylu) sú pri prevádzke naprázdno relatívne veľké. Ak sa predpokladá, že výkonový uhol naprázdno je nulový, spôsobí to veľkú chybu v meraní výkonového uhla. To sa môže použiť na zabezpečenie konzistentného riadenia jednosmerného motora v stave motora, smeru riadenia a riadenia testovacieho motora. Pri riadení jednosmerného motora môže jednosmerný motor bežať v rovnakom stave a jednosmerný motor sa môže použiť ako testovací motor. Vďaka tomu sa riadenie jednosmerného motora v stave motora, riadenie a riadenie testovacieho motora zhoduje s jednosmerným motorom, čím sa zabezpečia všetky straty na hriadeli testovacieho motora (vrátane strát v železe, mechanických strát, straty rozptylu atď.). Metóda posúdenia spočíva v tom, že vstupný výkon testovacieho motora sa rovná spotrebe statorovej medi, t. j. P1 = pCu, a napätie a prúd sú vo fáze. Tentoraz nameraná hodnota θ1 zodpovedá nulovému mocninnému uhlu.
Zhrnutie: výhody tejto metódy:
① Metóda priameho zaťaženia dokáže merať indukčnosť saturácie v ustálenom stave pri rôznych stavoch zaťaženia a nevyžaduje si stratégiu riadenia, je intuitívna a jednoduchá.
Pretože meranie sa vykonáva priamo pod zaťažením, je možné zohľadniť efekt saturácie a vplyv demagnetizačného prúdu na parametre indukčnosti.
Nevýhody tejto metódy:
① Metóda priameho zaťaženia vyžaduje meranie viacerých veličín súčasne (trojfázové napätie, trojfázový prúd, uhol účinníka atď.), meranie uhla výkonu je náročnejšie a presnosť testu každej veličiny má priamy vplyv na presnosť výpočtov parametrov a pri testovaní parametrov sa ľahko hromadia všetky druhy chýb. Preto pri použití metódy priameho zaťaženia na meranie parametrov by sa mala venovať pozornosť analýze chýb a zvoliť skúšobný prístroj s vyššou presnosťou.
② Hodnota budiacej elektromotorickej sily E0 sa pri tejto metóde merania priamo nahrádza napätím na svorkách motora pri voľnobehu a táto aproximácia tiež prináša inherentné chyby. Pretože prevádzkový bod permanentného magnetu sa mení so zaťažením, čo znamená, že pri rôznych statorových prúdoch sa permeabilita a hustota magnetického toku permanentného magnetu líšia, takže výsledná budiaca elektromotorická sila je tiež odlišná. Preto nie je veľmi presné nahradiť budiacu elektromotorickú silu pri zaťažení budiacou elektromotorickou silou pri voľnobehu.
Referencie
[1] Tang Renyuan a kol. Teória a návrh moderných motorov s permanentnými magnetmi. Peking: Machinery Industry Press. Marec 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Technológia, návrh a aplikácie motorov s permanentnými magnetmi, 2. vydanie. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Autorské práva: Tento článok je dotlačou ukážky verejného čísla WeChat (电机极客), pôvodný odkazhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Tento článok nepredstavuje názory našej spoločnosti. Ak máte iné názory alebo pohľady, opravte nás!
Čas uverejnenia: 18. júla 2024