I. O propósito e a importancia da medición da inductancia síncrona
(1) Obxectivo da medición dos parámetros da inductancia síncrona (é dicir, a inductancia no eixe transversal)
Os parámetros de inductancia de CA e CC 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 de 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 inexactitude dos parámetros do motor pode levar a unha redución significativa do par e da potencia. Isto demostra a importancia dos parámetros do indutor síncrono.
(2) Problemas que se deben ter en conta na medición da inductancia síncrona
Para obter unha alta densidade de potencia, a estrutura dos motores síncronos de imán permanente 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 do circuíto magnético. Noutras palabras, os parámetros cambian coas condicións de funcionamento do motor, e as condicións de funcionamento nominales 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 da inductancia síncrona do motor de imán permanente
Este artigo recompila varios métodos para medir a inductancia síncrona e fai unha comparación e análise detalladas dos mesmos. Estes métodos pódense clasificar aproximadamente en dous tipos principais: proba de carga directa e proba estática indirecta. As probas estáticas divídense á súa vez 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 imán permanente adoitan poder analizarse empregando a teoría da dobre reacción para analizar o seu funcionamento con 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 que supera U, o ángulo do factor de potencia φ é positivo con I que supera U e o ángulo do factor de potencia interno ψ é positivo con E0 que supera I. O ángulo de potencia θ do motor é positivo con U que supera E0, o ángulo do factor de potencia φ é positivo con U que supera I e o ángulo do factor de potencia interno ψ é positivo con I que supera E0.
Fig. 1 Diagrama de fases do funcionamento dun motor síncrono de imán permanente
(a) Estado do xerador (b) Estado do motor
Segundo este diagrama de fases, pódese obter o seguinte: cando o motor de imán permanente funciona con carga, mídese a forza electromotriz de excitación sen carga E0, a tensión do terminal de armadura U, a corrente I, o ángulo do factor de potencia φ e o ángulo de potencia θ, etc.; pódese obter a corrente de armadura do eixe recto, o compoñente do eixe transversal Id = Isin (θ - φ) e Iq = Icos (θ - φ), entón Xd e Xq pódense obter da seguinte ecuación:
Cando o xerador está en funcionamento:
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 imán permanente cambian a medida que cambian as condicións de funcionamento do motor e, cando cambia a corrente de armadura, cambian tanto Xd como Xq. 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 mediante o método de carga directa reside na medición do ángulo de potencia θ. Como sabemos, trátase da diferenza de ángulo de fase entre a tensión terminal do motor U 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 mediante un método indirecto para obter un sinal periódico coa mesma frecuencia que E0 e unha diferenza de fase fixa para substituír E0 para poder facer unha comparación de fase coa tensión final.
Os métodos indirectos tradicionais son:
1) na ranura da armadura do motor baixo proba, un paso enterrado e a bobina orixinal do motor de varias voltas de arame fino como bobina de medición, para obter a mesma fase co sinal de comparación de tensión do enrolamento do motor baixo proba, mediante a comparación do ángulo do factor de potencia pódese obter.
2) Instalar un motor síncrono no eixe do motor en proba que sexa idéntico ao motor en proba. O método de medición de 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 motor de CC, B é o freo e o DBO é un osciloscopio de dobre feixe. As fases B e C do TSM e do ASM están conectadas ao osciloscopio. Cando o TSM está conectado a unha fonte de alimentación trifásica, o osciloscopio recibe os sinais VTSM e E0ASM. Debido a que os dous motores son idénticos e xiran sincronicamente, o potencial inverso sen carga do TSM do probador e o potencial inverso 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 se usa con moita frecuencia, principalmente porque: ① no eixe do rotor montado un pequeno motor síncrono ou transformador rotatorio que se require medir o motor ten dous extremos estendidos do eixe, o que adoita ser difícil de facer. ② A precisión da medición do ángulo de potencia depende en gran medida do alto contido harmónico do VTSM e do E0ASM, e se o contido harmónico é relativamente grande, a precisión da medición reducirase.
3) Para mellorar a precisión e a facilidade de uso da proba do ángulo de potencia, agora úsanse máis sensores de posición para detectar o sinal de posición do rotor e, a continuación, a comparación de fases coa 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 uniformemente distribuídos no disco ou marcadores brancos e negros e o número de pares de polos do motor síncrono baixo proba. Cando o disco xira unha volta co motor, o sensor fotoeléctrico recibe p sinais de posición do rotor e xera p pulsos de baixa tensión. Cando o motor funciona de forma síncrona, a frecuencia deste sinal de posición do rotor é igual á frecuencia da tensión do terminal da armadura e a súa fase reflicte a fase da forza electromotriz de excitación. O sinal do pulso de sincronización amplifícase mediante a conformación, o desprazamento de fase e a tensión da armadura do motor de proba para a comparación de fases para obter a diferenza de fase. Cando o motor funciona sen carga, a diferenza de fase é θ1 (aproximadamente 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 o valor medido do ángulo de potencia da carga do motor síncrono de imán permanente. O diagrama esquemático móstrase na Figura 3.
Fig. 3 Diagrama esquemático da medición do ángulo de potencia
Como é máis difícil atopar un disco fotoeléctrico uniformemente revestido con marcas brancas e negras, e cando se miden os polos do motor síncrono de imán permanente, o disco de marcado non pode ser común entre si. Para simplificar, tamén se pode probar no eixe de accionamento do motor de imán permanente envolto nun círculo de cinta negra, revestido cunha marca branca, a fonte de luz do sensor fotoeléctrico reflectante emitida pola luz recollida neste círculo na superficie da cinta. Deste xeito, cada volta do motor, o sensor fotoeléctrico no transistor fotosensible recibe unha luz reflectida e condutiva unha vez, o que resulta nun sinal de pulso eléctrico, despois da amplificación e conformación para obter un sinal de comparación E1. Desde o extremo do enrolamento da armadura do motor de proba de calquera tensión bifásica, polo transformador de tensión PT a unha baixa tensión, envíase ao comparador de tensión, a formación dun representativo 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 desvantaxe do método de medición do ángulo de potencia anterior é que a diferenza entre as dúas medicións debe facerse para obter o ángulo de potencia. Para evitar que as dúas cantidades se subtraian e se reduza 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'), o que converte as dúas cantidades da subtracción da fase á suma. O diagrama de cantidade 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 do sinal de forma de onda rectangular de tensión, senón que usa un microcomputador para rexistrar simultaneamente a forma de onda do sinal, respectivamente, a través da interface de entrada, rexistra as formas de onda do sinal de tensión sen carga e posición do rotor U0, E0, así como os sinais de forma de onda rectangular de tensión de carga e posición do rotor U1, E1, e despois move as formas de onda das dúas gravacións entre si ata que as formas de onda dos dous sinais de forma de onda rectangular de tensión se solapan completamente, 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 move a forma de onda para que as dúas formas de onda do sinal de posición do rotor coincidan, entón a diferenza de fase entre os dous sinais de tensión é o ángulo de potencia.
Cómpre sinalar que no funcionamento real sen carga do motor síncrono de imán permanente, o ángulo de potencia non é cero, especialmente para motores pequenos, debido á perda de funcionamento sen carga sen carga (incluíndo a perda de cobre do estator, a perda de ferro, a perda mecánica, a perda de dispersión) é relativamente grande. Se se considera que o ángulo de potencia sen carga é cero, causará un gran erro na medición do ángulo de potencia, que se pode usar para facer que o motor de CC funcione no estado do motor, a dirección da dirección e a dirección do motor de proba sexan coherentes, 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 coherentes co motor de CC para proporcionar toda a perda do eixe do motor de proba (incluíndo a perda de ferro, a perda mecánica, a perda de dispersión, 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 a corrente en fase. Esta vez, o θ1 medido corresponde ao ángulo de potencia cero.
Resumo: as vantaxes deste método:
① O método de carga directa pode medir a inductancia de saturación en estado estacionario baixo varios estados de carga e non require unha estratexia de control, o que é intuitivo e sinxelo.
Dado que a medición se realiza directamente baixo carga, pódese ter en conta o efecto de saturación e a influencia da corrente de desmagnetización nos parámetros de inductancia.
Desvantaxes deste método:
① O método de carga directa necesita 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 é doado acumular todo tipo de erros na proba de parámetros. Polo tanto, ao usar o método de carga directa para medir os parámetros, débese prestar 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 dos terminais do motor sen carga, e esta aproximación tamén trae erros inherentes. Debido a que 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 de motores de imán permanente modernos. Pequín: Machinery Industry Press. Marzo de 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Tecnoloxía, deseño e aplicacións de motores de imán permanente, 2.ª ed. Nova York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Dereitos de autor: Este artigo é unha reimpresión do motor peek de números públicos de WeChat (电机极客), a ligazón orixinalhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Este artigo non representa os puntos de vista da nosa empresa. Se tes opinións ou puntos de vista diferentes, corríxenos!
Data de publicación: 18 de xullo de 2024