I. Призначення і значення вимірювання синхронної індуктивності
(1) Мета вимірювання параметрів синхронної індуктивності (тобто міжосьової індуктивності)
Параметри індуктивності змінного та постійного струму є двома найважливішими параметрами синхронного двигуна з постійним магнітом. Їх точне отримання є необхідною умовою та основою для розрахунку характеристик двигуна, динамічного моделювання та контролю швидкості. Синхронну індуктивність можна використовувати для розрахунку багатьох властивостей усталеного режиму, таких як коефіцієнт потужності, ККД, крутний момент, струм якоря, потужність та інші параметри. У системі керування двигуном з постійними магнітами, що використовує векторне керування, параметри синхронного індуктора беруть безпосередню участь в алгоритмі керування, а результати досліджень показують, що в області слабкого магнітного поля неточність параметрів двигуна може призвести до значного зниження крутного моменту і потужність. Це показує важливість параметрів синхронного індуктора.
(2) Проблеми, на які слід звернути увагу при вимірюванні синхронної індуктивності
Щоб отримати високу питому потужність, структура синхронних двигунів з постійними магнітами часто проектується як більш складна, а магнітне коло двигуна більш насичене, що призводить до того, що параметр синхронної індуктивності двигуна змінюється залежно від насичення магнітне коло. Іншими словами, параметри змінюватимуться залежно від умов роботи двигуна, повністю з номінальними умовами роботи параметрів синхронної індуктивності не можуть точно відображати природу параметрів двигуна. Тому необхідно вимірювати значення індуктивності за різних умов експлуатації.
2. Методи вимірювання синхронної індуктивності двигуна з постійним магнітом
У цій статті зібрано різні методи вимірювання синхронної індуктивності та зроблено їх детальне порівняння та аналіз. Ці методи можна умовно розділити на два основних типи: випробування прямим навантаженням і непряме випробування статичним струмом. Статичні випробування далі поділяються на статичні випробування змінним струмом і статичні випробування постійним струмом. Сьогодні в першому розділі «Методи випробування синхронної індуктивності» пояснюється метод випробування навантаженням.
У літературі [1] представлено принцип методу прямого навантаження. Двигуни з постійними магнітами зазвичай можна проаналізувати за допомогою теорії подвійної реакції для аналізу їх роботи під навантаженням, а фазові діаграми роботи генератора та двигуна показано на малюнку 1 нижче. Кут потужності θ генератора додатний, коли E0 перевищує U, кут коефіцієнта потужності φ є додатним, коли I перевищує U, а кут внутрішнього коефіцієнта потужності ψ є додатним, коли E0 перевищує I. Кут потужності θ двигуна є додатним, якщо U перевищує E0, кут коефіцієнта потужності φ додатний, якщо U перевищує I, а внутрішній кут коефіцієнта потужності ψ є позитивним, коли I перевищує E0.
Рис. 1. Фазова діаграма роботи синхронного двигуна з постійними магнітами
(a) Стан генератора (b) Стан двигуна
Згідно з цією фазовою діаграмою можна отримати: коли навантаження двигуна з постійним магнітом, виміряна електрорушійна сила збудження холостого ходу E0, напруга клеми якоря U, струм I, кут коефіцієнта потужності φ і кут потужності θ і так далі, можна отримати арматуру струм прямої осі, компонент поперечної осі Id = Isin (θ - φ) і Iq = Icos (θ - φ), тоді Xd і Xq можна отримати з наступного рівняння:
Коли генератор працює:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Коли двигун працює:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Параметри сталого стану синхронних двигунів з постійними магнітами змінюються в міру зміни робочих умов двигуна, а при зміні струму якоря змінюються як Xd, так і Xq. Тому при визначенні параметрів обов'язково вказуйте також умови роботи двигуна. (Змінний і постійний струм вала або струм статора і кут внутрішнього коефіцієнта потужності)
Основна складність при вимірюванні індуктивних параметрів методом прямого навантаження полягає у вимірюванні силового кута θ. Як ми знаємо, це різниця кутів фаз між напругою на клемі двигуна U та електрорушійною силою збудження. Коли двигун працює стабільно, кінцеву напругу можна отримати безпосередньо, але E0 не можна отримати безпосередньо, тому його можна отримати лише непрямим методом для отримання періодичного сигналу з такою ж частотою, як E0, і фіксованою різницею фаз для заміни E0, щоб порівняти фазу з кінцевою напругою.
Традиційними непрямими методами є:
1) у гніздо якоря двигуна, що перевіряється, заховали крок і початкову котушку двигуна з кількох витків тонкого дроту як вимірювальну котушку, щоб отримати ту саму фазу з обмоткою двигуна під час порівняння напруги порівняння через порівняння можна отримати кут коефіцієнта потужності.
2) Встановіть на вал досліджуваного двигуна синхронний двигун, ідентичний досліджуваному. На цьому принципі заснований метод вимірювання фази напруги [2], який буде описано нижче. Експериментальна схема підключення показана на малюнку 2. TSM – це синхронний двигун з постійним магнітом, який тестується, ASM – ідентичний синхронний двигун, який додатково потрібен, PM – це первинний двигун, який може бути або синхронним двигуном, або двигуном постійного струму. двигун, B — гальмо, а DBO — двопроменевий осцилограф. Фази B і C TSM і ASM під’єднані до осцилографа. При підключенні ТСМ до трифазної мережі живлення осцилограф отримує сигнали ВТСМ і Е0АСМ. оскільки два двигуни ідентичні та обертаються синхронно, протипотенціал холостого ходу TSM тестера та зворотний потенціал холостого ходу ASM, який діє як генератор, E0ASM, знаходяться в фазі. Таким чином, можна виміряти кут потужності θ, тобто різницю фаз між VTSM і E0ASM.
Рис. 2 Експериментальна схема підключення для вимірювання кута потужності
Цей метод не дуже широко використовується, головним чином через те, що: ① на валу ротора встановлений невеликий синхронний двигун або обертовий трансформатор, необхідний для вимірювання, двигун має два витягнуті кінці валу, що часто важко зробити. ② Точність вимірювання кута потужності значною мірою залежить від високого вмісту гармонік VTSM і E0ASM, і якщо вміст гармонік відносно великий, точність вимірювання буде знижена.
3) Щоб підвищити точність тестування кута потужності та простоту використання, тепер частіше використовуйте датчики положення для визначення сигналу положення ротора, а потім порівняйте фазу з підходом до кінцевої напруги
Основний принцип полягає в установці проектованого або відображеного фотоелектричного диска на валу вимірюваного синхронного двигуна з постійним магнітом, кількості рівномірно розподілених отворів на диску або чорно-білих маркерів і кількості пар полюсів синхронного двигуна, що перевіряється. . Коли диск обертається разом з двигуном на один оберт, фотоелектричний датчик отримує сигнали про положення ротора та генерує імпульси низької напруги. При синхронній роботі двигуна частота цього сигналу положення ротора дорівнює частоті напруги на клемах якоря, а його фаза відображає фазу електрорушійної сили збудження. Імпульсний сигнал синхронізації посилюється шляхом формування, фазового зсуву та напруги якоря тестового двигуна для порівняння фаз, щоб отримати різницю фаз. Встановіть, коли двигун працює без навантаження, різниця фаз дорівнює θ1 (приблизно, що в цей час кут потужності θ = 0), коли навантаження працює, різниця фаз дорівнює θ2, тоді вимірюється різниця фаз θ2 - θ1 значення кута потужності навантаження синхронного двигуна з постійним магнітом. Принципова діаграма показана на малюнку 3.
Рис. 3 Принципова схема вимірювання кута потужності
Оскільки в фотоелектричному диску рівномірно покрита чорно-білою міткою складніше, і коли виміряний постійний магніт синхронного двигуна полюсів одночасно маркувальний диск не може бути спільним один з одним. Для спрощення можна також перевірити приводний вал двигуна з постійним магнітом, обгорнутий у коло чорної стрічки, покритої білою міткою, джерело світла, що відбиває фотоелектричний датчик, випромінюване світлом, зібраним у цьому колі на поверхні стрічки. Таким чином, кожен оберт двигуна, фотоелектричний датчик у фоточутливому транзисторі отримує відбите світло та провідність один раз, що призводить до електричного імпульсного сигналу, після посилення та формування для отримання сигналу порівняння E1. від тестового кінця обмотки якоря двигуна будь-якої двофазної напруги, трансформатором напруги PT вниз до низької напруги, що надсилається на компаратор напруги, формування представника прямокутної фази сигналу імпульсу напруги U1. U1 за частотою p-ділення, порівняння фазового компаратора, щоб отримати порівняння між фазою та фазовим компаратором. U1 за частотою p-ділення, за допомогою фазового компаратора, щоб порівняти його різницю фаз із сигналом.
Недоліком наведеного вище методу вимірювання кута потужності є те, що різниця між двома вимірюваннями повинна бути зроблена для отримання кута потужності. Щоб уникнути віднімання двох величин і знизити точність, при вимірюванні різниці фаз навантаження θ2, реверсування сигналу U2, виміряна різниця фаз становить θ2'=180 ° - θ2, кут потужності θ=180 ° - ( θ1 + θ2'), який перетворює дві величини від віднімання фази до додавання. Кількісна діаграма фаз наведена на рис. 4.
Рис. 4 Принцип методу додавання фаз для розрахунку різниці фаз
Інший удосконалений метод не використовує поділ частоти сигналу прямокутної форми сигналу напруги, а використовує мікрокомп’ютер для одночасного запису форми сигналу, відповідно, через вхідний інтерфейс записує форми сигналу напруги холостого ходу та положення ротора U0, E0, а також сигнали прямокутної форми напруги навантаження та положення ротора U1, E1, а потім переміщуйте форми сигналів двох записів відносно одна одної, доки форми двох сигналів прямокутної форми напруги не будуть повністю перекриватися, коли різниця фаз між двома роторами різниця фаз між двома сигналами положення ротора є кут потужності; або перемістіть форму сигналу, щоб два сигнали положення ротора збігалися, тоді різниця фаз між двома сигналами напруги є кутом потужності.
Слід зазначити, що фактична робота без навантаження синхронного двигуна з постійним магнітом, кут потужності не дорівнює нулю, особливо для невеликих двигунів, через роботу без навантаження втрати без навантаження (включаючи втрати міді статора, втрати заліза, механічні втрати, паразитні втрати) відносно великі, якщо ви вважаєте, що кут потужності без навантаження дорівнює нулю, це призведе до великої похибки у вимірюванні кута потужності, яка може бути використана, щоб двигун постійного струму працював у стані двигуна, напрямок рульового керування та кермування тестового двигуна узгоджуються, з рульовим керуванням двигуна постійного струму, двигун постійного струму може працювати в тому самому стані, і двигун постійного струму можна використовувати як тестовий двигун. Це може зробити двигун постійного струму працюючим у стані двигуна, рульове керування та рульове керування випробувального двигуна узгоджено з двигуном постійного струму, щоб забезпечити всі втрати на валу випробувального двигуна (включаючи втрати в залізі, механічні втрати, паразитні втрати тощо). Метод оцінки полягає в тому, що вхідна потужність випробувального двигуна дорівнює споживанню міді статора, тобто P1 = pCu, а напруга та струм у фазі. Цього разу виміряне θ1 відповідає нульовому куту потужності.
Резюме: переваги цього методу:
① Метод прямого навантаження може вимірювати індуктивність насичення в стаціонарному стані за різних станів навантаження та не потребує стратегії керування, яка є інтуїтивно зрозумілою та простою.
Оскільки вимірювання проводиться безпосередньо під навантаженням, можна врахувати ефект насичення та вплив струму розмагнічування на параметри індуктивності.
Недоліки цього методу:
① Метод прямого навантаження потребує вимірювання більшої кількості величин одночасно (трифазна напруга, трифазний струм, кут коефіцієнта потужності тощо), вимірювання кута потужності складніше, а точність тесту кожна величина безпосередньо впливає на точність розрахунків параметрів, і всі види помилок у тесті параметрів легко накопичуються. Тому при використанні методу прямого навантаження для вимірювання параметрів слід звернути увагу на аналіз похибок і вибрати більш високу точність випробувального приладу.
② Значення електрорушійної сили збудження E0 у цьому методі вимірювання безпосередньо замінюється напругою на клемі двигуна без навантаження, і це наближення також приносить властиві похибки. Тому що робоча точка постійного магніту змінюється з навантаженням, а це означає, що при різних струмах статора проникність і щільність потоку постійного магніту різні, тому результуюча електрорушійна сила збудження також різна. Таким чином, не дуже точно замінити електрорушійну силу збудження за умов навантаження на електрорушійну силу збудження без навантаження.
Список літератури
[1] Tang Renyuan та ін. Сучасна теорія та дизайн двигуна з постійними магнітами. Пекін: Machinery Industry Press. Березень 2011 року
[2] JF Gieras, M. Wing. Технологія двигуна з постійним магнітом, проектування та застосування, 2-е видання. Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2002:170~171
Авторські права: ця стаття є передруком загальнодоступного номеру WeChat motor peek (电机极客), оригінальне посиланняhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Ця стаття не відображає поглядів нашої компанії. Якщо у вас є інші думки чи погляди, виправте нас!
Час публікації: 18 липня 2024 р