I. El propòsit i la importància de mesurar la inductància síncrona
(1) Objectiu de mesurar els paràmetres de la inductància síncrona (és a dir, la inductància transversal)
Els paràmetres d'inductància de CA i CC són els dos paràmetres més importants en un motor síncron d'imants permanents. La seva adquisició precisa és el requisit previ i la base per al càlcul de les característiques del motor, la simulació dinàmica i el control de velocitat. La inductància síncrona es pot utilitzar per calcular moltes propietats en estat estacionari, com ara el factor de potència, l'eficiència, el parell, el corrent d'armadura, la potència i altres paràmetres. En el sistema de control del motor d'imants permanents que utilitza control vectorial, els paràmetres de l'inductor síncron estan directament implicats en l'algoritme de control, i els resultats de la investigació mostren que a la regió magnètica feble, la inexactitud dels paràmetres del motor pot conduir a una reducció significativa del parell i la potència. Això demostra la importància dels paràmetres de l'inductor síncron.
(2) Problemes a tenir en compte en la mesura de la inductància síncrona
Per tal d'obtenir una alta densitat de potència, l'estructura dels motors síncrons d'imants permanents sovint es dissenya per ser més complexa, i el circuit magnètic del motor està més saturat, cosa que fa que el paràmetre d'inductància síncrona del motor variï amb la saturació del circuit magnètic. En altres paraules, els paràmetres canviaran amb les condicions de funcionament del motor, completament amb les condicions de funcionament nominals dels paràmetres d'inductància síncrona no poden reflectir amb precisió la naturalesa dels paràmetres del motor. Per tant, cal mesurar els valors d'inductància en diferents condicions de funcionament.
2. Mètodes de mesura de la inductància síncrona del motor d'imants permanents
Aquest article recopila diversos mètodes per mesurar la inductància síncrona i en fa una comparació i anàlisi detallada. Aquests mètodes es poden classificar aproximadament en dos tipus principals: prova de càrrega directa i prova estàtica indirecta. Les proves estàtiques es divideixen al seu torn en proves estàtiques de corrent altern i proves estàtiques de corrent continu. Avui, la primera entrega dels nostres "Mètodes de prova d'inductor síncron" explicarà el mètode de prova de càrrega.
La literatura [1] introdueix el principi del mètode de càrrega directa. Els motors d'imants permanents normalment es poden analitzar mitjançant la teoria de la doble reacció per analitzar el seu funcionament de càrrega, i els diagrames de fase del funcionament del generador i del motor es mostren a la Figura 1 a continuació. L'angle de potència θ del generador és positiu amb E0 superior a U, l'angle del factor de potència φ és positiu amb I superior a U, i l'angle del factor de potència intern ψ és positiu amb E0 superior a I. L'angle de potència θ del motor és positiu amb U superior a E0, l'angle del factor de potència φ és positiu amb U superior a I, i l'angle del factor de potència intern ψ és positiu amb I superior a E0.
Fig. 1 Diagrama de fases del funcionament d'un motor síncron d'imants permanents
(a) Estat del generador (b) Estat del motor
Segons aquest diagrama de fases es pot obtenir: quan el motor d'imants permanents funciona amb càrrega, es mesura la força electromotriu d'excitació sense càrrega E0, la tensió del terminal d'induït U, el corrent I, l'angle del factor de potència φ i l'angle de potència θ, etc., i es pot obtenir el corrent d'induït de l'eix rectilini, el component de l'eix transversal Id = Isin (θ - φ) i Iq = Icos (θ - φ), aleshores Xd i Xq es poden obtenir a partir de la següent equació:
Quan el generador està en funcionament:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Quan el motor està en marxa:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Els paràmetres d'estat estacionari dels motors síncrons d'imants permanents canvien a mesura que canvien les condicions de funcionament del motor, i quan canvia el corrent d'induït, canvien tant Xd com Xq. Per tant, a l'hora de determinar els paràmetres, assegureu-vos d'indicar també les condicions de funcionament del motor. (Quantitat de corrent altern i continu de l'eix o corrent de l'estator i angle del factor de potència intern)
La principal dificultat a l'hora de mesurar els paràmetres inductius mitjançant el mètode de càrrega directa rau en la mesura de l'angle de potència θ. Com sabem, és la diferència d'angle de fase entre la tensió terminal del motor U i la força electromotriu d'excitació. Quan el motor funciona de manera estable, la tensió final es pot obtenir directament, però E0 no es pot obtenir directament, de manera que només es pot obtenir mitjançant un mètode indirecte per obtenir un senyal periòdic amb la mateixa freqüència que E0 i una diferència de fase fixa per substituir E0 per tal de fer una comparació de fase amb la tensió final.
Els mètodes indirectes tradicionals són:
1) a la ranura de l'induït del motor sota prova, enterreu el pas i la bobina original del motor de diverses voltes de filferro fi com a bobina de mesura, per tal d'obtenir la mateixa fase amb el senyal de comparació de tensió de l'enrotllament del motor sota prova, mitjançant la comparació de l'angle del factor de potència es pot obtenir.
2) Instal·leu un motor síncron a l'eix del motor que s'està provant que sigui idèntic al motor que s'està provant. El mètode de mesura de fase de voltatge [2], que es descriurà a continuació, es basa en aquest principi. El diagrama de connexió experimental es mostra a la Figura 2. El TSM és el motor síncron d'imants permanents que s'està provant, l'ASM és un motor síncron idèntic que es requereix addicionalment, el PM és el motor principal, que pot ser un motor síncron o un motor de corrent continu, B és el fre i el DBO és un oscil·loscopi de doble feix. Les fases B i C del TSM i l'ASM estan connectades a l'oscil·loscopi. Quan el TSM està connectat a una font d'alimentació trifàsica, l'oscil·loscopi rep els senyals VTSM i E0ASM. Com que els dos motors són idèntics i giren sincronitzadament, el potencial invers sense càrrega del TSM del provador i el potencial invers sense càrrega de l'ASM, que actua com a generador, E0ASM, estan en fase. Per tant, es pot mesurar l'angle de potència θ, és a dir, la diferència de fase entre VTSM i E0ASM.
Fig. 2 Diagrama de cablejat experimental per mesurar l'angle de potència
Aquest mètode no s'utilitza gaire habitualment, principalment perquè: ① a l'eix del rotor muntat un petit motor síncron o un transformador rotatiu que s'ha de mesurar, el motor té dos eixos amb els extrems estesos, cosa que sovint és difícil de fer. ② La precisió del mesurament de l'angle de potència depèn en gran mesura de l'alt contingut harmònic del VTSM i l'E0ASM, i si el contingut harmònic és relativament gran, la precisió del mesurament es reduirà.
3) Per millorar la precisió i la facilitat d'ús de la prova d'angle de potència, ara s'utilitza més sensors de posició per detectar el senyal de posició del rotor i, a continuació, es fa una comparació de fase amb l'aproximació de la tensió final.
El principi bàsic és instal·lar un disc fotoelèctric projectat o reflectit a l'eix del motor síncron d'imant permanent mesurat, el nombre de forats uniformement distribuïts al disc o marcadors en blanc i negre i el nombre de parells de pols del motor síncron sota prova. Quan el disc gira una volta amb el motor, el sensor fotoelèctric rep p senyals de posició del rotor i genera p polsos de baixa tensió. Quan el motor funciona síncronament, la freqüència d'aquest senyal de posició del rotor és igual a la freqüència de la tensió del terminal de l'armadura i la seva fase reflecteix la fase de la força electromotriu d'excitació. El senyal de pols de sincronització s'amplifica mitjançant la conformació, el desplaçament de fase i la tensió de l'armadura del motor de prova per a la comparació de fases per obtenir la diferència de fase. Quan el motor funciona sense càrrega, la diferència de fase s'estableix quan el funcionament és sense càrrega, la diferència de fase és θ1 (aproximadament que en aquest moment l'angle de potència θ = 0), quan la càrrega està funcionant, la diferència de fase és θ2, aleshores la diferència de fase θ2 - θ1 és el valor de l'angle de potència de càrrega del motor síncron d'imant permanent mesurat. El diagrama esquemàtic es mostra a la Figura 3.
Fig. 3 Diagrama esquemàtic de la mesura de l'angle de potència
Com que en el disc fotoelèctric recobert uniformement amb una marca blanca i negra és més difícil, i quan els pols del motor síncron d'imant permanent mesurats al mateix temps, el disc de marcatge no pot ser comú entre si. Per simplificar, també es pot provar en l'eix d'accionament del motor d'imant permanent embolicat en un cercle de cinta negra, recobert amb una marca blanca, la font de llum del sensor fotoelèctric reflectant emesa per la llum recollida en aquest cercle a la superfície de la cinta. D'aquesta manera, cada volta del motor, el sensor fotoelèctric al transistor fotosensible rep una llum reflectida i conductiva una vegada, donant lloc a un senyal d'impuls elèctric, després de l'amplificació i la conformació per obtenir un senyal de comparació E1. Des de l'extrem de l'enrotllament de l'induït del motor de prova de qualsevol voltatge bifàsic, pel transformador de voltatge PT fins a un voltatge baix, s'envia al comparador de voltatge, la formació d'un representant de la fase rectangular del senyal d'impuls de voltatge U1. U1 mitjançant la freqüència de divisió p, la comparació del comparador de fase per obtenir una comparació entre la fase i el comparador de fase. U1 per la freqüència de divisió p, pel comparador de fase per comparar la seva diferència de fase amb el senyal.
L'inconvenient del mètode de mesura de l'angle de potència anterior és que s'ha de fer la diferència entre les dues mesures per obtenir l'angle de potència. Per tal d'evitar que les dues quantitats es resten i es redueixi la precisió, en la mesura de la diferència de fase de càrrega θ2, la inversió del senyal U2, la diferència de fase mesurada és θ2'=180 ° - θ2, l'angle de potència θ=180 ° - (θ1 + θ2'), que converteix les dues quantitats de la subtracció de la fase a l'addició. El diagrama de quantitat de fase es mostra a la figura 4.
Fig. 4 Principi del mètode d'addició de fase per calcular la diferència de fase
Un altre mètode millorat no utilitza la divisió de freqüència del senyal de forma d'ona rectangular de voltatge, sinó que utilitza un microordinador per enregistrar simultàniament la forma d'ona del senyal, respectivament, a través de la interfície d'entrada, enregistra les formes d'ona del senyal de voltatge sense càrrega i de posició del rotor U0, E0, així com els senyals de forma d'ona rectangular de voltatge de càrrega i posició del rotor U1, E1, i després mou les formes d'ona dels dos enregistraments entre si fins que les formes d'ona de dos senyals de forma d'ona rectangular de voltatge se superposen completament, quan la diferència de fase entre els dos rotors La diferència de fase entre els dos senyals de posició del rotor és l'angle de potència; o moure la forma d'ona perquè les dues formes d'ona del senyal de posició del rotor coincideixin, aleshores la diferència de fase entre els dos senyals de voltatge és l'angle de potència.
Cal assenyalar que en el funcionament real sense càrrega del motor síncron d'imants permanents, l'angle de potència no és zero, especialment per a motors petits, a causa del funcionament sense càrrega amb pèrdues sense càrrega (incloses les pèrdues de coure de l'estator, les pèrdues de ferro, les pèrdues mecàniques i les pèrdues de dispersió) que són relativament grans. Si es considera que l'angle de potència sense càrrega és zero, es produirà un gran error en la mesura de l'angle de potència, que es pot utilitzar per fer que el motor de corrent continu funcioni en aquest estat, la direcció de la direcció i la direcció del motor de prova siguin coherents. Amb la direcció del motor de corrent continu, el motor de corrent continu pot funcionar en el mateix estat i es pot utilitzar com a motor de prova. Això pot fer que el motor de corrent continu funcioni en aquest estat, la direcció i la direcció del motor de prova siguin coherents amb el motor de corrent continu per proporcionar totes les pèrdues de l'eix del motor de prova (incloses les pèrdues de ferro, les pèrdues mecàniques i les pèrdues de dispersió, etc.). El mètode de judici és que la potència d'entrada del motor de prova és igual al consum de coure de l'estator, és a dir, P1 = pCu, i el voltatge i el corrent en fase. Aquesta vegada, el θ1 mesurat correspon a l'angle de potència zero.
Resum: els avantatges d'aquest mètode:
① El mètode de càrrega directa pot mesurar la inductància de saturació en estat estacionari sota diversos estats de càrrega i no requereix una estratègia de control, cosa que és intuïtiva i senzilla.
Com que la mesura es fa directament sota càrrega, es pot tenir en compte l'efecte de saturació i la influència del corrent de desmagnetització sobre els paràmetres d'inductància.
Desavantatges d'aquest mètode:
① El mètode de càrrega directa necessita mesurar més quantitats alhora (tensió trifàsica, corrent trifàsic, angle del factor de potència, etc.), la mesura de l'angle de potència és més difícil i la precisió de la prova de cada quantitat té un impacte directe en la precisió dels càlculs dels paràmetres, i és fàcil acumular tot tipus d'errors en la prova de paràmetres. Per tant, quan s'utilitza el mètode de càrrega directa per mesurar els paràmetres, cal prestar atenció a l'anàlisi d'errors i seleccionar una precisió més alta de l'instrument de prova.
② El valor de la força electromotriu d'excitació E0 en aquest mètode de mesurament es reemplaça directament per la tensió del terminal del motor sense càrrega, i aquesta aproximació també comporta errors inherents. Perquè el punt de funcionament de l'imant permanent canvia amb la càrrega, cosa que significa que a diferents corrents d'estator, la permeabilitat i la densitat de flux de l'imant permanent són diferents, de manera que la força electromotriu d'excitació resultant també és diferent. D'aquesta manera, no és gaire precís reemplaçar la força electromotriu d'excitació sota condicions de càrrega per la força electromotriu d'excitació sense càrrega.
Referències
[1] Tang Renyuan et al. Teoria i disseny moderns de motors d'imants permanents. Pequín: Machinery Industry Press. Març de 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Tecnologia, disseny i aplicacions de motors d'imants permanents, 2a ed. Nova York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Drets d'autor: Aquest article és una reimpressió del motor peek de números públics de WeChat (电机极客), l'enllaç originalhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Aquest article no representa els punts de vista de la nostra empresa. Si teniu opinions o punts de vista diferents, corregiu-nos!
Data de publicació: 18 de juliol de 2024