I. Svrha i značaj mjerenja sinhrone induktivnosti
(1) Svrha mjerenja parametara sinhrone induktivnosti (tj. induktivnosti poprečne ose)
Parametri AC i DC induktivnosti su dva najvažnija parametra kod sinhronog motora sa permanentnim magnetima. Njihovo precizno akvizicija je preduslov i osnova za proračun karakteristika motora, dinamičku simulaciju i regulaciju brzine. Sinhrona induktivnost se može koristiti za izračunavanje mnogih svojstava u stacionarnom stanju kao što su faktor snage, efikasnost, obrtni moment, struja armature, snaga i drugi parametri. U sistemu upravljanja motorom sa permanentnim magnetima koji koristi vektorsko upravljanje, parametri sinhronog induktora su direktno uključeni u algoritam upravljanja, a rezultati istraživanja pokazuju da u području slabog magnetizma, netačnost parametara motora može dovesti do značajnog smanjenja obrtnog momenta i snage. Ovo pokazuje važnost parametara sinhronog induktora.
(2) Problemi koje treba uzeti u obzir pri mjerenju sinhrone induktivnosti
Da bi se postigla visoka gustoća snage, struktura sinhronih motora sa permanentnim magnetima često je dizajnirana da bude složenija, a magnetno kolo motora je zasićenije, što rezultira promjenom parametra sinhrone induktivnosti motora sa zasićenjem magnetnog kola. Drugim riječima, parametri će se mijenjati sa radnim uslovima motora, a nazivni radni uslovi ne mogu u potpunosti tačno odražavati prirodu parametara motora. Stoga je potrebno mjeriti vrijednosti induktivnosti pod različitim radnim uslovima.
2. metode mjerenja induktivnosti sinhronog motora s permanentnim magnetima
Ovaj rad prikuplja različite metode mjerenja sinhrone induktivnosti i vrši njihovu detaljnu usporedbu i analizu. Ove metode se mogu grubo podijeliti u dvije glavne vrste: direktno ispitivanje opterećenjem i indirektno statičko ispitivanje. Statičko ispitivanje se dalje dijeli na AC statičko ispitivanje i DC statičko ispitivanje. Danas, prvi dio naših "Metoda ispitivanja sinhronih induktora" objasnit će metodu ispitivanja opterećenjem.
Literatura [1] uvodi princip metode direktnog opterećenja. Motori sa permanentnim magnetima obično se mogu analizirati korištenjem teorije dvostruke reakcije za analizu njihovog rada pod opterećenjem, a fazni dijagrami rada generatora i motora prikazani su na Slici 1 ispod. Ugao snage θ generatora je pozitivan kada E0 prelazi U, ugao faktora snage φ je pozitivan kada I prelazi U, a ugao internog faktora snage ψ je pozitivan kada E0 prelazi I. Ugao snage θ motora je pozitivan kada U prelazi E0, ugao faktora snage φ je pozitivan kada U prelazi I, a ugao internog faktora snage ψ je pozitivan kada I prelazi E0.
Sl. 1 Fazni dijagram rada sinhronog motora sa permanentnim magnetima
(a) Stanje generatora (b) Stanje motora
Prema ovom faznom dijagramu može se dobiti: kada motor sa permanentnim magnetom radi pod opterećenjem, izmjerena je elektromotorna sila pobude u praznom hodu E0, napon na terminalima armature U, struja I, ugao faktora snage φ i ugao snage θ itd., može se dobiti struja armature duž prave ose, poprečna komponenta Id = Isin (θ - φ) i Iq = Icos (θ - φ), tada se Xd i Xq mogu dobiti iz sljedeće jednačine:
Kada generator radi:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Kada motor radi:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Parametri stacionarnog stanja sinhronih motora sa permanentnim magnetima mijenjaju se s promjenom radnih uslova motora, a kada se promijeni struja armature, mijenjaju se i Xd i Xq. Stoga, prilikom određivanja parametara, obavezno navedite i radne uslove motora. (Iznos naizmjenične i jednosmjerne struje vratila ili struje statora i ugao unutrašnjeg faktora snage)
Glavna poteškoća pri mjerenju induktivnih parametara metodom direktnog opterećenja leži u mjerenju ugla snage θ. Kao što znamo, to je razlika faznog ugla između napona na terminalu motora U i elektromotorne sile pobude. Kada motor radi stabilno, krajnji napon se može dobiti direktno, ali E0 se ne može dobiti direktno, tako da se može dobiti samo indirektnom metodom kako bi se dobio periodični signal iste frekvencije kao E0 i fiksna fazna razlika koja zamjenjuje E0 kako bi se izvršilo poređenje faze sa krajnjim naponom.
Tradicionalne indirektne metode su:
1) u utor armature ispitivanog motora zakopan je nagib i originalna zavojnica motora od nekoliko namotaja fine žice kao mjerna zavojnica, kako bi se dobila ista faza sa signalom poređenja napona ispitivanog namotaja motora, kroz poređenje ugla faktora snage može se dobiti.
2) Na osovinu ispitivanog motora instalirajte sinhroni motor koji je identičan ispitivanom motoru. Metoda mjerenja napona i faze [2], koja će biti opisana u nastavku, zasniva se na ovom principu. Eksperimentalni dijagram povezivanja prikazan je na slici 2. TSM je ispitivani sinhroni motor sa permanentnim magnetom, ASM je identičan sinhroni motor koji je dodatno potreban, PM je primarni pokretač, koji može biti sinhroni motor ili DC motor, B je kočnica, a DBO je osciloskop sa dvostrukim snopom. Faze B i C TSM-a i ASM-a su povezane na osciloskop. Kada je TSM povezan na trofazno napajanje, osciloskop prima signale VTSM i E0ASM. Budući da su dva motora identična i okreću se sinhrono, povratni potencijal praznog hoda TSM-a ispitivača i povratni potencijal praznog hoda ASM-a, koji djeluje kao generator, E0ASM, su u fazi. Stoga se može izmjeriti ugao snage θ, tj. fazna razlika između VTSM i E0ASM.
Sl. 2 Eksperimentalna shema ožičenja za mjerenje ugla snage
Ova metoda se ne koristi baš često, uglavnom zato što: ① Mali sinhroni motor ili rotacijski transformator montirani na osovini rotora moraju imati dva ispružena kraja osovine, što je često teško izvesti. ② Tačnost mjerenja ugla snage uveliko zavisi od sadržaja visokih harmonika VTSM-a i E0ASM-a, a ako je sadržaj harmonika relativno velik, tačnost mjerenja će biti smanjena.
3) Da bi se poboljšala tačnost testa ugla snage i jednostavnost korištenja, sada se više koriste senzori položaja za detekciju signala položaja rotora, a zatim se vrši poređenje faze sa pristupom krajnjeg napona.
Osnovni princip je instaliranje projektovanog ili reflektovanog fotoelektričnog diska na osovinu mjerenog sinhronog motora sa permanentnim magnetom, pri čemu se mjeri broj ravnomjerno raspoređenih rupa na disku ili crno-bijelih markera i broj parova polova testiranog sinhronog motora. Kada se disk okrene za jedan okret s motorom, fotoelektrični senzor prima p signala položaja rotora i generira p impulsa niskog napona. Kada motor radi sinhrono, frekvencija ovog signala položaja rotora jednaka je frekvenciji napona na terminalu armature, a njegova faza odražava fazu elektromotorne sile pobude. Signal impulsa sinhronizacije se pojačava oblikovanjem, fazno pomjeranjem i naponom armature testiranog motora radi poređenja faza kako bi se dobila fazna razlika. Kada motor radi bez opterećenja, fazna razlika je θ1 (približno je da je u ovom trenutku ugao snage θ = 0), kada je opterećenje u radu, fazna razlika je θ2, tada je fazna razlika θ2 - θ1 izmjerena vrijednost ugla snage opterećenja sinhronog motora sa permanentnim magnetom. Šematski dijagram je prikazan na slici 3.
Sl. 3 Šematski dijagram mjerenja ugla snage
Kao što je kod fotoelektričnog diska, ravnomjerno prekrivenog crno-bijelim oznakama, teže postići istovremenu oznaku, a kada se istovremeno mjere polovi sinhronog motora s permanentnim magnetom, disk za označavanje ne može biti zajednički. Radi jednostavnosti, može se testirati i pogonsko vratilo motora s permanentnim magnetom omotano krugom crne trake, prekriveno bijelom oznakom. Reflektirajući fotoelektrični senzor emitira svjetlo skupljeno u ovom krugu na površini trake. Na taj način, pri svakom okretu motora, fotoelektrični senzor u fotosenzitivnom tranzistoru prima reflektiranu svjetlost i provodi je jednom, što rezultira električnim impulsnim signalom. Nakon pojačanja i oblikovanja, dobija se signal za poređenje E1. Bilo koji dvofazni napon sa kraja namotaja armature ispitivanog motora, transformator napona PT spušta napon na nizak napon, koji se šalje komparatoru napona, formirajući reprezentativnu pravougaonu fazu impulsnog signala U1. U1 se po frekvenciji p-podjele, a komparator faze poređenja vrši se kako bi se dobila usporedba između faze i komparatora faze. U1 frekvencijom p-podjele, faznim komparatorom radi poređenja njegove fazne razlike sa signalom.
Nedostatak gore navedene metode mjerenja ugla snage je taj što se za dobijanje ugla snage mora napraviti razlika između dva mjerenja. Kako bi se izbjeglo oduzimanje dvije veličine i smanjila tačnost, pri mjerenju fazne razlike opterećenja θ2, inverzije signala U2, izmjerena fazna razlika je θ2'=180° - θ2, ugao snage θ=180° - (θ1 + θ2'), što pretvara dvije veličine iz oduzimanja faze u sabiranje. Dijagram faznih veličina prikazan je na slici 4.
Sl. 4 Princip metode sabiranja faza za izračunavanje fazne razlike
Druga poboljšana metoda ne koristi frekventnu podjelu signala pravougaonog talasnog oblika napona, već koristi mikroračunar za istovremeno snimanje talasnog oblika signala, respektivno, putem ulaznog interfejsa, snimanje talasnih oblika napona bez opterećenja i signala položaja rotora U0, E0, kao i pravougaonih talasnih oblika napona opterećenja i signala položaja rotora U1, E1, a zatim pomjeranje talasnih oblika dva snimka u odnosu jedan na drugi dok se talasni oblici dva signala pravougaonog talasnog oblika napona potpuno ne preklapaju, kada fazna razlika između dva signala položaja rotora predstavlja ugao snage; ili pomjeranje talasnog oblika tako da se talasni oblici dva signala položaja rotora poklapaju, tada je fazna razlika između dva signala napona ugao snage.
Treba istaći da stvarni rad sinhronog motora sa permanentnim magnetima bez opterećenja, ugao snage nije nula, posebno kod malih motora, zbog relativno velikih gubitaka u radu bez opterećenja (uključujući gubitak bakra statora, gubitak željeza, mehaničke gubitke, gubitke zbog rasipanja). Ako se smatra da je ugao snage bez opterećenja nula, to će uzrokovati veliku grešku u mjerenju ugla snage. To se može koristiti za usklađivanje rada DC motora, smjera upravljanja i upravljanja ispitivanim motorom. Sa upravljanjem DC motora, DC motor može raditi u istom stanju, a DC motor se može koristiti kao ispitni motor. To može učiniti da DC motor radi u stanju motora, smjer upravljanja i upravljanje ispitivanim motorom budu usklađeni sa DC motorom kako bi se obezbijedili svi gubici na osovini ispitivanog motora (uključujući gubitke željeza, mehaničke gubitke, gubitke zbog rasipanja itd.). Metoda procjene je da je ulazna snaga ispitivanog motora jednaka potrošnji bakra statora, tj. P1 = pCu, a napon i struja su u fazi. Ovaj put izmjereni θ1 odgovara kutu potencije jednakom nuli.
Sažetak: prednosti ove metode:
Metoda direktnog opterećenja može mjeriti induktivitet zasićenja u stacionarnom stanju pod različitim stanjima opterećenja i ne zahtijeva strategiju upravljanja, što je intuitivno i jednostavno.
Budući da se mjerenje vrši direktno pod opterećenjem, može se uzeti u obzir efekat zasićenja i utjecaj struje demagnetizacije na parametre induktivnosti.
Nedostaci ove metode:
① Metoda direktnog opterećenja zahtijeva mjerenje više veličina istovremeno (trofazni napon, trofazna struja, ugao faktora snage itd.), mjerenje ugla snage je teže, a tačnost ispitivanja svake veličine direktno utiče na tačnost proračuna parametara, te se lako akumuliraju sve vrste grešaka u ispitivanju parametara. Stoga, prilikom korištenja metode direktnog opterećenja za mjerenje parametara, treba obratiti pažnju na analizu grešaka i odabrati instrument za ispitivanje veće tačnosti.
② Vrijednost elektromotorne sile pobude E0 u ovoj metodi mjerenja direktno se zamjenjuje naponom na terminalima motora u praznom hodu, a ova aproksimacija također donosi inherentne greške. Budući da se radna tačka permanentnog magneta mijenja s opterećenjem, što znači da su pri različitim strujama statora permeabilnost i gustoća fluksa permanentnog magneta različite, pa je i rezultirajuća elektromotorna sila pobude također različita. Na taj način, nije baš precizno zamijeniti elektromotornu silu pobude pod opterećenjem elektromotornom silom pobude u praznom hodu.
Reference
[1] Tang Renyuan i dr. Teorija i dizajn modernih motora sa permanentnim magnetima. Peking: Machinery Industry Press. Mart 2011.
[2] JF Gieras, M. Wing. Tehnologija motora sa permanentnim magnetima, dizajn i primjena, 2. izdanje. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Autorsko pravo: Ovaj članak je ponovni ispis WeChat javnog broja motora pregleda (电机极客), originalni linkhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Ovaj članak ne predstavlja stavove naše kompanije. Ako imate drugačija mišljenja ili stavove, molimo vas da nas ispravite!
Vrijeme objave: 18. jul 2024.