I. Svrha i značaj mjerenja sinkrone induktivnosti
(1) Svrha mjerenja parametara sinkrone induktivnosti (tj. induktivnosti poprečne osi)
Parametri AC i DC induktiviteta dva su najvažnija parametra u sinkronom motoru s permanentnim magnetima. Njihovo točno akvizicija preduvjet je i temelj za izračun karakteristika motora, dinamičku simulaciju i regulaciju brzine. Sinkroni induktivitet može se koristiti za izračun mnogih svojstava u stacionarnom stanju kao što su faktor snage, učinkovitost, moment, struja armature, snaga i drugi parametri. U sustavu upravljanja motorom s permanentnim magnetima koji koristi vektorsko upravljanje, parametri sinkronog induktora izravno su uključeni u algoritam upravljanja, a rezultati istraživanja pokazuju da u području slabog magnetizma netočnost parametara motora može dovesti do značajnog smanjenja momenta i snage. To pokazuje važnost parametara sinkronog induktora.
(2) Problemi koje treba uzeti u obzir pri mjerenju sinkrone induktivnosti
Kako bi se postigla visoka gustoća snage, struktura sinkronih motora s permanentnim magnetima često je složenija, a magnetski krug motora zasićeniji, što rezultira promjenom parametra sinkrone induktivnosti motora sa zasićenjem magnetskog kruga. Drugim riječima, parametri će se mijenjati s radnim uvjetima motora, a nazivni radni uvjeti ne mogu u potpunosti točno odražavati prirodu parametara motora. Stoga je potrebno mjeriti vrijednosti induktivnosti u različitim radnim uvjetima.
2. metode mjerenja induktivnosti sinkronog motora s permanentnim magnetima
Ovaj rad prikuplja različite metode mjerenja sinkrone induktivnosti te ih detaljno uspoređuje i analizira. Ove se metode mogu grubo podijeliti u dvije glavne vrste: izravno statičko ispitivanje opterećenjem i neizravno statičko ispitivanje. Statičko ispitivanje dalje se dijeli na AC statičko ispitivanje i DC statičko ispitivanje. Danas će prvi dio naših "Metoda ispitivanja sinkrone zavojnice" objasniti metodu ispitivanja opterećenjem.
Literatura [1] uvodi princip metode izravnog opterećenja. Motori s 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. Kut snage θ generatora je pozitivan s E0 većim od U, kut faktora snage φ je pozitivan s I većim od U, a kut unutarnjeg faktora snage ψ je pozitivan s E0 većim od I. Kut snage θ motora je pozitivan s U većim od E0, kut faktora snage φ je pozitivan s U većim od I, a kut unutarnjeg faktora snage ψ je pozitivan s I većim od E0.
Sl. 1 Fazni dijagram rada sinkronog motora s permanentnim magnetima
(a) Stanje generatora (b) Stanje motora
Prema ovom faznom dijagramu može se dobiti: kada motor s permanentnim magnetom radi pod opterećenjem, izmjerena je elektromotorna sila pobude u praznom hodu E0, napon na terminalu armature U, struja I, kut faktora snage φ i kut snage θ itd., može se dobiti struja armature ravno osi, komponenta poprečne osi Id = Isin (θ - φ) i Iq = Icos (θ - φ), tada se Xd i Xq mogu dobiti iz sljedeće jednadžbe:
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 sinkronih motora s permanentnim magnetima mijenjaju se s promjenom radnih uvjeta motora, a kada se promijeni struja armature, mijenjaju se i Xd i Xq. Stoga, prilikom određivanja parametara, obavezno navedite i radne uvjete motora. (Iznos izmjenične i istosmjerne struje vratila ili struje statora i kut unutarnjeg faktora snage)
Glavna poteškoća pri mjerenju induktivnih parametara metodom izravnog opterećenja leži u mjerenju kuta snage θ. Kao što znamo, to je razlika faznog kuta između napona na terminalu motora U i elektromotorne sile pobude. Kada motor radi stabilno, krajnji napon se može dobiti izravno, ali E0 se ne može dobiti izravno, pa se može dobiti samo neizravnom metodom kako bi se dobio periodični signal iste frekvencije kao E0 i fiksna fazna razlika za zamjenu E0 kako bi se napravila usporedba faze s krajnjim naponom.
Tradicionalne indirektne metode su:
1) u utor armature ispitivanog motora zakopan je smola i originalna zavojnica motora od nekoliko zavoja fine žice kao mjerna zavojnica, kako bi se dobila ista faza s signalom usporedbe napona ispitivanog namota motora, usporedbom kuta faktora snage može se dobiti.
2) Na osovinu ispitivanog motora ugradite sinkroni motor koji je identičan ispitivanom motoru. Metoda mjerenja napona i faze [2], koja će biti opisana u nastavku, temelji se na ovom principu. Eksperimentalni dijagram spajanja prikazan je na slici 2. TSM je ispitivani sinkroni motor s permanentnim magnetima, ASM je identičan sinkroni motor koji je dodatno potreban, PM je primarni pogon, koji može biti sinkroni motor ili istosmjerni motor, B je kočnica, a DBO je osciloskop s dvostrukom snopom. Faze B i C TSM-a i ASM-a spojene su na osciloskop. Kada je TSM spojen na trofazno napajanje, osciloskop prima signale VTSM i E0ASM. Budući da su dva motora identična i okreću se sinkrono, 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 kut snage θ, tj. fazna razlika između VTSM i E0ASM.
Sl. 2 Eksperimentalni dijagram ožičenja za mjerenje kuta snage
Ova metoda se ne koristi baš često, uglavnom zato što: ① Mali sinkroni motor ili rotacijski transformator ugrađen u osovinu rotora koji se mora mjeriti ima dva ispružena kraja osovine, što je često teško izvesti. ② Točnost mjerenja kuta snage uvelike ovisi o visokoharmonijskom sadržaju VTSM-a i E0ASM-a, a ako je harmonički sadržaj relativno velik, točnost mjerenja će se smanjiti.
3) Kako bi se poboljšala točnost ispitivanja kuta snage i jednostavnost korištenja, sada se više koriste senzori položaja za detekciju signala položaja rotora, a zatim se uspoređuje faza s pristupom krajnjeg napona.
Osnovni princip je ugradnja projiciranog ili reflektiranog fotoelektričnog diska na osovinu izmjerenog sinkronog motora s permanentnim magnetom, broj ravnomjerno raspoređenih rupa na disku ili crno-bijelih markera i broj parova polova sinkronog motora koji se testira. 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 sinkrono, frekvencija ovog signala položaja rotora jednaka je frekvenciji napona na terminalu armature, a njegova faza odražava fazu elektromotorne sile pobude. Signal impulsa sinkronizacije se pojačava oblikovanjem, faznim pomakom i naponom armature ispitivanog motora za usporedbu faza kako bi se dobila fazna razlika. Kada motor radi bez opterećenja, fazna razlika je θ1 (približno je da je u ovom trenutku kut snage θ = 0), kada je opterećenje u radu, fazna razlika je θ2, tada je fazna razlika θ2 - θ1 izmjerena vrijednost kuta snage opterećenja sinkronog motora s permanentnim magnetom. Shematski dijagram prikazan je na slici 3.
Sl. 3 Shematski dijagram mjerenja kuta snage
Kao što je kod fotoelektričnog diska jednoliko prekriven crno-bijelim oznakama teže, a kada se istovremeno mjere polovi sinkronog motora s permanentnim magnetom ne mogu međusobno označavati, 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, svaki okret motora, fotoelektrični senzor u fotosenzitivnom tranzistoru prima reflektiranu svjetlost i provodi je jednom, što rezultira električnim impulsnim signalom, koji se nakon pojačanja i oblikovanja pretvara u signal usporedbe E1. Bilo koji dvofazni napon s kraja namota armature ispitivanog motora, naponski transformator PT spušta na niski napon, koji se šalje na komparator napona, formirajući reprezentativnu pravokutnu fazu impulsnog signala U1. U1 se uspoređuje pomoću p-podjele frekvencije, a komparator faze uspoređuje fazu i komparator faze. U1 frekvencijom p-podjele, faznim komparatorom za usporedbu njegove fazne razlike sa signalom.
Nedostatak gore navedene metode mjerenja kuta snage je taj što se za dobivanje kuta snage mora izračunati razlika između dva mjerenja. Kako bi se izbjeglo oduzimanje dvije veličine i smanjila točnost, pri mjerenju fazne razlike opterećenja θ2, inverzije signala U2, izmjerena fazna razlika je θ2'=180° - θ2, kut snage θ=180° - (θ1 + θ2'), što pretvara dvije veličine iz oduzimanja faze u zbrajanje. Dijagram faznih veličina prikazan je na slici 4.
Sl. 4 Princip metode zbrajanja faza za izračunavanje fazne razlike
Druga poboljšana metoda ne koristi frekvencijsku podjelu signala pravokutnog valnog oblika napona, već koristi mikroračunalo za istovremeno snimanje valnog oblika signala putem ulaznog sučelja, snimanje valnih oblika napona bez opterećenja i signala položaja rotora U0, E0, kao i pravokutnih valnih oblika napona opterećenja i signala položaja rotora U1, E1, a zatim pomicanje valnih oblika dvaju snimaka jedan u odnosu na drugi dok se valni oblici dvaju signala pravokutnog valnog oblika napona potpuno ne preklapaju, kada fazna razlika između dva signala položaja rotora predstavlja kut snage; ili pomicanje valnog oblika tako da se dva valna oblika signala položaja rotora podudaraju, tada je fazna razlika između dva signala napona kut snage.
Treba istaknuti da stvarni rad sinkronog motora s permanentnim magnetima u praznom hodu, kut snage nije nula, posebno kod malih motora, zbog relativno velikih gubitaka u praznom hodu (uključujući gubitke bakra statora, gubitke željeza, mehaničke gubitke, gubitke od lutanja) u radu bez opterećenja. Ako se smatra da je kut snage u praznom hodu nula, to će uzrokovati veliku pogrešku u mjerenju kuta snage. To se može koristiti za usklađivanje rada istosmjernog motora u stanju motora, smjera upravljanja i upravljanja ispitivanim motorom. S upravljanjem istosmjernim motorom, istosmjerni motor može raditi u istom stanju, a istosmjerni motor se može koristiti kao ispitni motor. To može učiniti da rad istosmjernog motora u stanju motora, upravljanje i upravljanje ispitivanim motorom budu usklađeni s istosmjernim motorom kako bi se osigurali svi gubici na osovini ispitivanog motora (uključujući gubitke željeza, mehaničke gubitke, gubitke od lutanja 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:
① Metoda izravnog 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 provodi izravno pod opterećenjem, može se uzeti u obzir učinak zasićenja i utjecaj struje demagnetizacije na parametre induktiviteta.
Nedostaci ove metode:
① Metoda izravnog opterećenja zahtijeva istovremeno mjerenje više veličina (trofazni napon, trofazna struja, kut faktora snage itd.), mjerenje kuta snage je teže, a točnost ispitivanja svake veličine izravno utječe na točnost izračuna parametara, a sve vrste pogrešaka u ispitivanju parametara lako se akumuliraju. Stoga, prilikom korištenja metode izravnog opterećenja za mjerenje parametara, treba obratiti pozornost na analizu pogrešaka i odabrati veću točnost ispitnog instrumenta.
② Vrijednost pobudne elektromotorne sile E0 u ovoj metodi mjerenja izravno se zamjenjuje naponom na terminalima motora u praznom hodu, a ova aproksimacija također donosi inherentne pogreške. Budući da se radna točka permanentnog magneta mijenja s opterećenjem, što znači da su pri različitim strujama statora permeabilnost i gustoća fluksa permanentnog magneta različite, pa je i rezultirajuća pobudna elektromotorna sila također različita. Na taj način nije baš točno zamijeniti pobudnu elektromotornu silu pod opterećenjem s pobudnom elektromotornom silom u praznom hodu.
Reference
[1] Tang Renyuan i dr. Teorija i dizajn modernih motora s permanentnim magnetima. Peking: Machinery Industry Press. Ožujak 2011.
[2] JF Gieras, M. Wing. Tehnologija, dizajn i primjena motora s permanentnim magnetima, 2. izd. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Autorsko pravo: Ovaj članak je ponovni ispis WeChat javnog broja motora pregleda (电机极客), originalna poveznicahttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Ovaj članak ne predstavlja stavove naše tvrtke. Ako imate drugačija mišljenja ili stavove, ispravite nas!
Vrijeme objave: 18. srpnja 2024.