Мерење на синхрона индуктивност на мотори со перманентни магнети

I. Целта и значењето на мерењето на синхроната индуктивност
(1) Цел на мерење на параметрите на синхроната индуктивност (т.е. индуктивност по попречната оска)
Параметрите на AC и DC индуктивност се двата најважни параметри кај синхрониот мотор со перманентен магнет. Нивното точно собирање е предуслов и основа за пресметка на карактеристиките на моторот, динамичка симулација и контрола на брзината. Синхроната индуктивност може да се користи за пресметување на многу својства во стационарна состојба, како што се фактор на моќност, ефикасност, вртежен момент, струја на арматурата, моќност и други параметри. Во контролниот систем на мотор со перманентен магнет што користи векторска контрола, параметрите на синхрониот индуктивност се директно вклучени во алгоритмот за контрола, а резултатите од истражувањето покажуваат дека во слабата магнетна област, неточноста на параметрите на моторот може да доведе до значително намалување на вртежниот момент и моќноста. Ова ја покажува важноста на параметрите на синхрониот индуктивност.
(2) Проблеми што треба да се забележат при мерење на синхрона индуктивност
За да се добие висока густина на моќност, структурата на синхроните мотори со перманентни магнети често е дизајнирана да биде посложена, а магнетното коло на моторот е позаситено, што резултира со промена на параметарот на синхроната индуктивност на моторот со заситеноста на магнетното коло. Со други зборови, параметрите ќе се менуваат со работните услови на моторот, но номиналните работни услови на параметрите на синхроната индуктивност не можат целосно да ја одразат природата на параметрите на моторот. Затоа, потребно е да се измерат вредностите на индуктивноста под различни работни услови.
2. Методи за мерење на синхрона индуктивност на мотор со перманентен магнет
Овој труд собира различни методи за мерење на синхрона индуктивност и прави детална споредба и анализа на истите. Овие методи можат грубо да се категоризираат во два главни типа: тест со директно оптоварување и индиректен статички тест. Статичкото тестирање е понатаму поделено на статичко тестирање со наизменична струја и статичко тестирање со еднонасочна струја. Денес, првиот дел од нашите „Методи за тестирање на синхрони индуктивност“ ќе го објасни методот за тестирање на оптоварување.

Литературата [1] го воведува принципот на методот на директно оптоварување. Моторите со перманентни магнети обично може да се анализираат со користење на теоријата на двојна реакција за да се анализира нивното работење со оптоварување, а фазните дијаграми на работата на генераторот и моторот се прикажани на Слика 1 подолу. Аголот на моќност θ на генераторот е позитивен при што E0 надминува U, аголот на факторот на моќност φ е позитивен при што I надминува U, а аголот на внатрешниот фактор на моќност ψ е позитивен при што E0 надминува I. Аголот на моќност θ на моторот е позитивен при што U надминува E0, аголот на факторот на моќност φ е позитивен при што U надминува I, а аголот на внатрешниот фактор на моќност ψ е позитивен при што I надминува E0.

Сл. 1 Фазен дијаграм на работа на синхрон мотор со перманентен магнет
(a) Состојба на генераторот (b) Состојба на моторот

Според овој фазен дијаграм може да се добие: кога моторот со перманентен магнет работи со оптоварување, се мери електромоторната сила на побудување без оптоварување E0, напонот на терминалот на арматурата U, струјата I, аголот на факторот на моќност φ и аголот на моќност θ и така натаму, може да се добие струјата на арматурата на правата оска, компонентата на попречната оска Id = Isin (θ - φ) и Iq = Icos (θ - φ), тогаш Xd и Xq може да се добијат од следната равенка:

Кога генераторот работи:

Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)

Кога моторот работи:

Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)

Параметрите во стационарна состојба на синхроните мотори со перманентни магнети се менуваат како што се менуваат условите за работа на моторот, а кога се менува струјата на арматурата, се менуваат и Xd и Xq. Затоа, при одредување на параметрите, задолжително наведете ги и условите за работа на моторот. (Количина на наизменична и еднонасочна струја на вратилото или струја на статорот и агол на внатрешниот фактор на моќност)

Главната тешкотија при мерење на индуктивните параметри со методот на директно оптоварување лежи во мерењето на аголот на моќност θ. Како што знаеме, тоа е разликата на фазниот агол помеѓу напонот U на терминалот на моторот и електромоторната сила на побудување. Кога моторот работи стабилно, крајниот напон може да се добие директно, но E0 не може да се добие директно, па затоа може да се добие само со индиректен метод за да се добие периодичен сигнал со иста фреквенција како E0 и фиксна фазна разлика за да се замени E0 со цел да се направи фазна споредба со крајниот напон.

Традиционалните индиректни методи се:
1) во процепот на арматурата на моторот под тестот, закопајте го теренот и оригиналната намотка на моторот од неколку вртења на фина жица како мерна намотка, со цел да се добие иста фаза со намотката на моторот под тестот, споредувајќи го сигналот за споредба на факторот на моќност преку споредба на аголот на факторот на моќност.
2) Инсталирајте синхрон мотор на вратилото на тестираниот мотор кој е идентичен со тестираниот мотор. Методот за мерење на фазата на напонот [2], кој ќе биде опишан подолу, се базира на овој принцип. Експерименталната шема за поврзување е прикажана на Слика 2. TSM е тестираниот синхрон мотор со перманентен магнет, ASM е идентичен синхрон мотор кој е дополнително потребен, PM е главниот двигател, кој може да биде или синхрон мотор или еднонасочен мотор, B е сопирачката, а DBO е двоен сноп осцилоскоп. Фазите B и C на TSM и ASM се поврзани со осцилоскопот. Кога TSM е поврзан со трифазно напојување, осцилоскопот ги прима сигналите VTSM и E0ASM. Бидејќи двата мотори се идентични и ротираат синхроно, повратниот потенцијал без оптоварување на TSM на тестерот и повратниот потенцијал без оптоварување на ASM, кој делува како генератор, E0ASM, се во фаза. Затоа, може да се измери аголот на моќност θ, т.е. фазната разлика помеѓу VTSM и E0ASM.

Сл. 2 Експериментална шема за поврзување за мерење на аголот на моќност

Овој метод не се користи многу често, главно поради: ① Во вратилото на роторот е монтиран мал синхрон мотор или ротационен трансформатор, потребен е мерење на моторот со два раширени краеви на вратилото, што често е тешко да се направи. ② Точноста на мерењето на аголот на моќност во голема мера зависи од високата хармонична содржина на VTSM и E0ASM, и ако хармоничната содржина е релативно голема, точноста на мерењето ќе се намали.
3) За да се подобри точноста на тестот за агол на моќност и леснотијата на користење, сега се користи поголема употреба на сензори за позиција за откривање на сигналот за позиција на роторот, а потоа и фазна споредба со пристапот на крајниот напон.
Основниот принцип е да се инсталира проектиран или рефлектиран фотоелектричен диск на вратилото на измерениот синхрон мотор со перманентен магнет, бројот на рамномерно распределени дупки на дискот или црно-бели маркери и бројот на парови полови на тестираниот синхрон мотор. Кога дискот ротира една ротација со моторот, фотоелектричниот сензор прима p сигнали за позиција на роторот и генерира p импулси со низок напон. Кога моторот работи синхроно, фреквенцијата на овој сигнал за позиција на роторот е еднаква на фреквенцијата на напонот на терминалот на арматурата, а неговата фаза ја одразува фазата на електромоторната сила на возбудување. Сигналот на импулсот за синхронизација се засилува со обликување, фазно поместување и напонот на арматурата на тест моторот за споредба на фазите за да се добие фазната разлика. Поставете кога моторот работи без оптоварување, фазната разлика е θ1 (приближно дека во овој момент аголот на моќност θ = 0), кога оптоварувањето работи, фазната разлика е θ2, тогаш фазната разлика θ2 - θ1 е измерената вредност на аголот на моќност на оптоварувањето на синхрон мотор со перманентен магнет. Шематскиот дијаграм е прикажан на Слика 3.

Сл. 3 Шематски дијаграм на мерење на аголот на моќност

Како и кај фотоелектричниот диск, рамномерно обложениот со црно-бела ознака е потешко, и кога мерените перманентни магнетни полови на синхрониот мотор во исто време означуваат диск не можат да бидат заеднички едни со други. За поедноставување, може да се тестира и во погонското вратило на моторот со перманентни магнети завиткано во круг од црна лента, обложено со бела ознака, рефлективниот извор на светлина од фотоелектричниот сензор емитирана од светлината собрана во овој круг на површината на лентата. На овој начин, секој круг на моторот, фотоелектричниот сензор во фотосензитивниот транзистор треба да добие рефлектирана светлина и спроводливост еднаш, што резултира со електричен импулсен сигнал, по засилување и обликување за да се добие споредбен сигнал E1. Од тестот намотката на арматурата на моторот на крајот од кој било двофазен напон, од страна на напонскиот трансформатор PT до низок напон, испратен до компараторот на напон, формирајќи претставник на правоаголниот фазен сигнал на напонскиот импулсен сигнал U1. U1 од p-поделбата на фреквенцијата, фазниот компаратор споредува за да се добие споредба помеѓу фазата и фазниот компаратор. U1 со p-поделба на фреквенцијата, со фазен компаратор за да се спореди неговата фазна разлика со сигналот.
Недостатокот на горенаведениот метод за мерење на аголот на моќност е тоа што треба да се направи разликата помеѓу двете мерења за да се добие аголот на моќност. За да се избегне одземање на двете величини и да се намали точноста, при мерењето на фазната разлика на оптоварувањето θ2, пресвртот на сигналот U2, измерената фазна разлика е θ2'=180° - θ2, аголот на моќност θ=180° - (θ1 + θ2'), што ги претвора двете величини од одземањето на фазата во собирање. Дијаграмот на фазна количина е прикажан на Сл. 4.

Сл. 4 Принцип на методот на собирање фази за пресметување на фазната разлика

Друг подобрен метод не користи правоаголна бранова форма на напонот и фреквентната поделба на сигналот, туку користи микрокомпјутер за истовремено снимање на брановата форма на сигналот, соодветно, преку влезниот интерфејс, снимајќи ги брановите форми на напонот без оптоварување и позицијата на роторот U0, E0, како и напонот на оптоварување и правоаголните сигнали на позицијата на роторот U1, E1, а потоа ги поместува брановите форми на двете снимки во однос еден во однос на друг сè додека брановите форми на двата правоаголни сигнали на напонот не се преклопат целосно, кога фазната разлика помеѓу двата сигнали на позицијата на роторот е аголот на моќност; или поместувајќи го бранот така што двата сигнали на позицијата на роторот се совпаѓаат, тогаш фазната разлика помеѓу двата сигнали на напон е аголот на моќност.
Треба да се истакне дека при вистинското работење без оптоварување на синхрониот мотор со перманентен магнет, аголот на моќност не е нула, особено кај малите мотори, бидејќи работењето без оптоварување има релативно големи загуби (вклучувајќи загуба на бакар во статорот, загуба на железо, механички загуби, заскитани загуби) ако сметате дека аголот на моќност без оптоварување е нула, тоа ќе предизвика голема грешка во мерењето на аголот на моќност, што може да се користи за да се направи DC моторот да работи во состојба на моторот, насоката на управувањето и управувањето на тест моторот конзистентни, со управувањето на DC моторот, DC моторот може да работи во иста состојба, а DC моторот може да се користи како тест мотор. Ова може да го направи DC моторот да работи во состојба на моторот, управувањето и управувањето на тест моторот конзистентни со DC моторот за да се обезбеди целата загуба на вратило на тест моторот (вклучувајќи загуба на железо, механички загуби, заскитани загуби итн.). Методот на проценка е дека влезната моќност на тест моторот е еднаква на потрошувачката на бакар во статорот, односно P1 = pCu, а напонот и струјата се во фаза. Овој пат измерениот θ1 одговара на аголот на моќност од нула.
Резиме: предностите на овој метод:
① Методот со директно оптоварување може да ја измери индуктивноста на сатурација во стационарна состојба под различни состојби на оптоварување и не бара стратегија за контрола, што е интуитивно и едноставно.
Бидејќи мерењето се врши директно под оптоварување, може да се земат предвид ефектот на сатурација и влијанието на струјата на демагнетизација врз параметрите на индуктивност.
Недостатоци на овој метод:
① Методот со директно оптоварување бара мерење на повеќе величини истовремено (трифазен напон, трифазна струја, агол на факторот на моќност итн.), мерењето на аголот на моќност е потешко, а точноста на тестот на секоја величина има директно влијание врз точноста на пресметките на параметрите, а сите видови грешки во тестот на параметрите лесно се акумулираат. Затоа, при користење на методот со директно оптоварување за мерење на параметрите, треба да се обрне внимание на анализата на грешките и да се избере инструмент за тестирање со поголема точност.
② Вредноста на електромоторната сила на побудување E0 во овој метод на мерење директно се заменува со напонот на терминалот на моторот при празен товар, а оваа апроксимација, исто така, носи инхерентни грешки. Бидејќи работната точка на перманентниот магнет се менува со оптоварувањето, што значи дека при различни струи на статорот, пропустливоста и густината на флуксот на перманентниот магнет се различни, па затоа добиената електромоторна сила на побудување е исто така различна. На овој начин, не е многу точно да се замени електромоторната сила на побудување под оптоварување со електромоторната сила на побудување при празен товар.
Референци
[1] Танг Ренјуан и др. Теорија и дизајн на модерни мотори со перманентен магнет. Пекинг: Издавачка куќа за машинска индустрија. март 2011 година
[2] Џ.Ф. Гиерас, М. Винг. Технологија, дизајн и примена на перманентни магнетни мотори, 2-ро издание. Њујорк: Марсел Декер, 2002:170~171
Авторски права: Оваа статија е препечатување на јавниот број на WeChat motor peek (电机极客), оригиналниот линкhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

Оваа статија не ги претставува ставовите на нашата компанија. Доколку имате различни мислења или ставови, ве молиме исправете нè!