I. A finalidade e a importancia da medición da inductancia síncrona
(1)Obxecto da medición dos parámetros da inductancia síncrona (é dicir, a inductancia do eixe transversal)
Os parámetros de inductancia AC e DC son os dous parámetros máis importantes nun motor síncrono de imán permanente. A súa adquisición precisa é o requisito previo e a base para o cálculo das características do motor, a simulación dinámica e o control de velocidade. A inductancia síncrona pódese usar para calcular moitas propiedades de estado estacionario, como o factor de potencia, a eficiencia, o par, a corrente da armadura, a potencia e outros parámetros. No sistema de control do motor de imán permanente mediante control vectorial, os parámetros do indutor síncrono están directamente implicados no algoritmo de control e os resultados da investigación mostran que na rexión magnética débil, a imprecisión dos parámetros do motor pode levar a unha redución significativa do par. e poder. Isto mostra a importancia dos parámetros do indutor síncrono.
(2) Problemas que se deben observar na medición da inductancia síncrona
Para obter unha alta densidade de potencia, a estrutura dos motores síncronos de imáns permanentes adoita deseñarse para ser máis complexa e o circuíto magnético do motor está máis saturado, o que fai que o parámetro de inductancia síncrona do motor varíe coa saturación de o circuíto magnético. Noutras palabras, os parámetros cambiarán coas condicións de funcionamento do motor, completamente coas condicións de funcionamento nominal dos parámetros de inductancia síncrona non poden reflectir con precisión a natureza dos parámetros do motor. Polo tanto, é necesario medir os valores de inductancia en diferentes condicións de funcionamento.
2.Métodos de medición de inductancia síncrona do motor de imán permanente
Este traballo recolle varios métodos de medición da inductancia síncrona e fai unha comparación e análise detallada deles. Estes métodos pódense clasificar aproximadamente en dous tipos principais: proba de carga directa e proba estática indirecta. As probas estáticas divídense en probas estáticas de CA e probas estáticas de CC. Hoxe, a primeira entrega dos nosos "Métodos de proba de indutores síncronos" explicará o método de proba de carga.
A literatura [1] introduce o principio do método de carga directa. Os motores de imáns permanentes normalmente pódense analizar utilizando a teoría da dobre reacción para analizar o seu funcionamento en carga, e os diagramas de fase do funcionamento do xerador e do motor móstranse na Figura 1 a continuación. O ángulo de potencia θ do xerador é positivo con E0 superior a U, o ángulo do factor de potencia φ é positivo con I superior a U e o ángulo do factor de potencia interno ψ é positivo con E0 superior a I. O ángulo de potencia θ do motor é positivo con U é superior a E0, o ángulo do factor de potencia φ é positivo con U superior a I e o ángulo do factor de potencia interno ψ é positivo con I superior a E0.
Fig. 1 Diagrama de fases do funcionamento do motor síncrono de imáns permanentes
(a) Estado do xerador (b) Estado do motor
Segundo este diagrama de fase pódese obter: cando a operación de carga do motor de imán permanente, medido a forza electromotriz de excitación sen carga E0, a tensión do terminal do inducido U, a corrente I, o ángulo do factor de potencia φ e o ángulo de potencia θ, pódese obter unha armadura. corrente do eixe recto, compoñente transversal do eixe Id = Isin (θ - φ) e Iq = Icos (θ - φ), entón Xd e Xq pódense obter a partir do seguinte ecuación:
Cando o xerador está funcionando:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Cando o motor está en marcha:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Os parámetros de estado estacionario dos motores síncronos de imáns permanentes cambian a medida que cambian as condicións de funcionamento do motor, e cando cambia a corrente da armadura, tanto Xd como Xq cambian. Polo tanto, ao determinar os parámetros, asegúrese de indicar tamén as condicións de funcionamento do motor. (Cantidade de corrente alterna e continua do eixe ou corrente do estator e ángulo do factor de potencia interno)
A principal dificultade á hora de medir os parámetros indutivos polo método de carga directa reside na medición do ángulo de potencia θ. Como sabemos, é a diferenza de ángulo de fase entre a tensión terminal U do motor e a forza electromotriz de excitación. Cando o motor funciona de forma estable, a tensión final pódese obter directamente, pero E0 non se pode obter directamente, polo que só se pode obter por un método indirecto para obter un sinal periódico coa mesma frecuencia que E0 e unha diferenza de fase fixa para substituír. E0 para facer unha comparación de fase coa tensión final.
Os métodos indirectos tradicionais son:
1) na ranura da armadura do motor en proba de paso enterrado e a bobina orixinal do motor de varias voltas de fío fino como bobina de medición, para obter a mesma fase co enrolamento do motor baixo o sinal de comparación de tensión de proba, mediante a comparación de pódese obter o ángulo do factor de potencia.
2) Instale un motor síncrono no eixe do motor en proba que sexa idéntico ao motor en proba. O método de medición da fase de tensión [2], que se describirá a continuación, baséase neste principio. O diagrama de conexión experimental móstrase na Figura 2. O TSM é o motor síncrono de imán permanente en proba, o ASM é un motor síncrono idéntico que se require adicionalmente, o PM é o motor principal, que pode ser un motor síncrono ou un DC motor, B é o freo e o DBO é un osciloscopio de dobre feixe. As fases B e C do TSM e ASM están conectadas ao osciloscopio. Cando o TSM está conectado a unha fonte de alimentación trifásica, o osciloscopio recibe os sinais VTSM e E0ASM. porque os dous motores son idénticos e xiran sincrónicamente, o potencial de retroceso sen carga do TSM do comprobador e o potencial de retroceso sen carga do ASM, que actúa como xerador, E0ASM, están en fase. Polo tanto, pódese medir o ángulo de potencia θ, é dicir, a diferenza de fase entre VTSM e E0ASM.
Fig. 2 Diagrama de cableado experimental para medir o ángulo de potencia
Este método non é moi comúnmente usado, principalmente porque: ① no eixe do rotor montado pequeno motor síncrono ou transformador rotativo necesario para ser medido motor ten dous eixe estendido extremo, que moitas veces é difícil de facer. ② A precisión da medición do ángulo de potencia depende en gran medida do alto contido harmónico do VTSM e E0ASM, e se o contido harmónico é relativamente grande, a precisión da medición reducirase.
3) Para mellorar a precisión da proba do ángulo de potencia e a facilidade de uso, agora máis uso de sensores de posición para detectar o sinal de posición do rotor e, a continuación, comparación de fase co enfoque de tensión final
O principio básico é instalar un disco fotoeléctrico proxectado ou reflectido no eixe do motor síncrono de imán permanente medido, o número de orificios distribuídos uniformemente no disco ou marcadores en branco e negro e o número de pares de polos do motor síncrono en proba. . Cando o disco xira unha revolución co motor, o sensor fotoeléctrico recibe sinais de posición do rotor e xera p pulsos de baixa tensión. Cando o motor funciona de forma sincronizada, a frecuencia deste sinal de posición do rotor é igual á frecuencia da tensión do terminal do inducido e a súa fase reflicte a fase da forza electromotriz de excitación. O sinal de pulso de sincronización amplificase mediante a configuración, o desprazamento de fase e a tensión da armadura do motor de proba para a comparación de fases para obter a diferenza de fase. Establecido cando o motor funciona sen carga, a diferenza de fase é θ1 (aproximadamente que neste momento o ángulo de potencia θ = 0), cando a carga está funcionando, a diferenza de fase é θ2, entón a diferenza de fase θ2 - θ1 é a medida. valor do ángulo de potencia de carga do motor síncrono de imán permanente. O diagrama esquemático móstrase na figura 3.
Fig. 3 Diagrama esquemático da medida do ángulo de potencia
Como no disco fotoeléctrico revestido uniformemente con marca branca e negra é máis difícil, e cando os polos do motor síncrono de imán permanente medido ao mesmo tempo, o disco de marcación non pode ser común entre si. Por simplicidade, tamén se pode probar no eixe de accionamento do motor de imán permanente envolto nun círculo de cinta negra, recuberto cunha marca branca, a fonte de luz reflectora do sensor fotoeléctrico emitida pola luz reunida neste círculo na superficie da cinta. Deste xeito, cada volta do motor, sensor fotoeléctrico no transistor fotosensible debido a recibir unha luz reflectida e condución unha vez, obtendo un sinal de pulso eléctrico, despois da amplificación e conformación para obter un sinal de comparación E1. a partir do motor de proba de enrolamento da armadura final de calquera tensión de dúas fases, polo transformador de tensión PT ata unha baixa tensión, enviada ao comparador de tensión, a formación dun representante da fase rectangular do sinal de pulso de tensión U1. U1 pola frecuencia de división p, a comparación do comparador de fase para obter unha comparación entre a fase e o comparador de fase. U1 pola frecuencia de división p, polo comparador de fase para comparar a súa diferenza de fase co sinal.
A deficiencia do método de medición do ángulo de potencia anterior é que se debe facer a diferenza entre as dúas medicións para obter o ángulo de potencia. Para evitar que se restan dúas cantidades e reducir a precisión, na medición da diferenza de fase de carga θ2, a inversión do sinal U2, a diferenza de fase medida é θ2'=180 ° - θ2, o ángulo de potencia θ=180 ° - ( θ1 + θ2'), que converte as dúas cantidades da resta da fase á suma. O diagrama de cantidades de fase móstrase na figura 4.
Fig. 4 Principio do método de adición de fases para calcular a diferenza de fase
Outro método mellorado non usa a división de frecuencia de sinal de forma de onda rectangular de tensión, pero usa un microordenador para gravar simultaneamente a forma de onda do sinal, respectivamente, a través da interface de entrada, rexistra a tensión sen carga e as formas de onda do sinal de posición do rotor U0, E0, así como a tensión de carga e a posición do rotor sinais de forma de onda rectangular U1, E1 e despois move as formas de onda das dúas gravacións entre si ata que as formas de onda de dúas formas de onda rectangulares de tensión os sinais están completamente superpostos, cando a diferenza de fase entre os dous rotores A diferenza de fase entre os dous sinais de posición do rotor é o ángulo de potencia; ou mover a forma de onda ás dúas formas de onda do sinal de posición do rotor coinciden, entón a diferenza de fase entre os dous sinais de tensión é o ángulo de potencia.
Cabe sinalar que o funcionamento real sen carga do motor síncrono de imán permanente, o ángulo de potencia non é cero, especialmente para motores pequenos, debido ao funcionamento sen carga da perda sen carga (incluída a perda de cobre do estator, a perda de ferro, perda mecánica, perda perdida) é relativamente grande, se pensas que o ángulo de potencia sen carga é cero, provocará un gran erro na medición do ángulo de potencia, que se pode usar para facer funcionar o motor de CC. o estado do motor, a dirección da dirección e a dirección do motor de proba consistentes, coa dirección do motor de CC, o motor de CC pode funcionar no mesmo estado e o motor de CC pódese usar como motor de proba. Isto pode facer que o motor de CC funcione no estado do motor, a dirección e a dirección do motor de proba sexan compatibles co motor de CC para proporcionar toda a perda de eixe do motor de proba (incluídas as perdas de ferro, as perdas mecánicas, as perdas perdidas, etc.). O método de xuízo é que a potencia de entrada do motor de proba é igual ao consumo de cobre do estator, é dicir, P1 = pCu, e a tensión e corrente en fase. Esta vez o θ1 medido corresponde ao ángulo de potencia de cero.
Resumo: as vantaxes deste método:
① O método de carga directa pode medir a inductancia de saturación en estado estacionario en varios estados de carga e non require unha estratexia de control, que é intuitiva e sinxela.
Dado que a medición faise directamente baixo carga, pódese ter en conta o efecto de saturación e a influencia da corrente de desmagnetización sobre os parámetros de inductancia.
Desvantaxes deste método:
① O método de carga directa debe medir máis cantidades ao mesmo tempo (tensión trifásica, corrente trifásica, ángulo do factor de potencia, etc.), a medición do ángulo de potencia é máis difícil e a precisión da proba de cada cantidade ten un impacto directo na precisión dos cálculos dos parámetros, e todo tipo de erros na proba de parámetros son fáciles de acumular. Polo tanto, ao usar o método de carga directa para medir os parámetros, debe prestarse atención á análise de erros e seleccionar unha maior precisión do instrumento de proba.
② O valor da forza electromotriz de excitación E0 neste método de medición substitúese directamente pola tensión do terminal do motor sen carga, e esta aproximación tamén trae erros inherentes. Porque, o punto de funcionamento do imán permanente cambia coa carga, o que significa que a diferentes correntes do estator, a permeabilidade e a densidade de fluxo do imán permanente son diferentes, polo que a forza electromotriz de excitación resultante tamén é diferente. Deste xeito, non é moi preciso substituír a forza electromotriz de excitación en condicións de carga pola forza electromotriz de excitación sen carga.
Referencias
[1] Tang Renyuan et al. Teoría e deseño modernos do motor de imán permanente. Beijing: Machinery Industry Press. marzo 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Tecnoloxía, deseño e aplicacións de motores de imán permanente, 2ª ed. Nova York: Marcel Dekker, 2002: 170~171
Copyright: este artigo é unha reimpresión do número público de WeChat (电机极客), a ligazón orixinalhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Este artigo non representa as opinións da nosa empresa. Se tes opinións ou puntos de vista diferentes, corríxenos!
Hora de publicación: 18-Xul-2024