I. La finalitat i la importància de la mesura de la inductància síncrona
(1) Propòsit de mesurar els paràmetres de la inductància síncrona (és a dir, la inductància de l'eix creuat)
Els paràmetres d'inductància AC i DC són els dos paràmetres més importants en un motor síncron d'imant permanent. 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 la 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 de l'induït, la potència i altres paràmetres. En el sistema de control del motor d'imants permanents mitjançant 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 imprecisió dels paràmetres del motor pot conduir a una reducció significativa del parell. i poder. Això mostra la importància dels paràmetres de l'inductor síncron.
(2) Problemes a tenir en compte en la mesura de la inductància síncrona
Per obtenir una alta densitat de potència, l'estructura dels motors síncrons d'imants permanents sovint està dissenyada 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 de el circuit magnètic. En altres paraules, els paràmetres canviaran amb les condicions de funcionament del motor, completament amb les condicions de funcionament nominal dels paràmetres d'inductància síncrona no poden reflectir amb precisió la naturalesa dels paràmetres del motor. Per tant, cal mesurar els valors de la inductància en diferents condicions de funcionament.
2. Mètodes de mesura de la inductància síncrona del motor d'imant permanent
Aquest article recull diversos mètodes de mesura de 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 a més en proves estàtiques de CA i proves estàtiques de CC. 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. Normalment, els motors d'imants permanents es poden analitzar utilitzant 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 següent. 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 supera 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 del motor síncron d'imant permanent
(a) Estat del generador (b) Estat del motor
D'acord amb aquest diagrama de fases es pot obtenir: quan l'operació de càrrega del motor d'imant permanent, mesura la força electromotriu d'excitació sense càrrega E0, la tensió terminal de l'induït U, el corrent I, l'angle del factor de potència φ i l'angle de potència θ i així successivament, es pot obtenir induït corrent de l'eix recte, component transversal Id = Isin (θ - φ) i Iq = Icos (θ - φ), llavors Xd i Xq es poden obtenir a partir de l'equació següent:
Quan el generador està en marxa:
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 de l'induït, tant Xd com Xq canvien. 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 pel 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 U del motor 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 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 de pas enterrat i la bobina original del motor de diverses voltes de fil fi com a bobina de mesura, per tal d'obtenir la mateixa fase amb el bobinatge del motor sota el senyal de comparació de tensió de prova, mitjançant la comparació de es pot obtenir l'angle del factor de potència.
2) Instal·leu un motor síncron a l'eix del motor a prova que sigui idèntic al motor a prova. El mètode de mesura de la fase de tensió [2], que es descriu 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'imant permanent 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 CC. motor, B és el fre i el DBO és un oscil·loscopi de doble feix. Les fases B i C del TSM i 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 de manera sincrònica, el potencial de retrocés sense càrrega del TSM del provador i el potencial de retrocés 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 molt habitualment, principalment perquè: ① a l'eix del rotor muntat un petit motor síncron o un transformador rotatiu que cal mesurar, el motor té dos extrems estesos, que sovint és difícil de fer. ② La precisió de la mesura de l'angle de potència depèn en gran mesura de l'alt contingut harmònic del VTSM i E0ASM, i si el contingut harmònic és relativament gran, la precisió de la mesura es reduirà.
3) Per millorar la precisió de la prova d'angle de potència i la facilitat d'ús, ara més ús de sensors de posició per detectar el senyal de posició del rotor i, a continuació, comparar les fases amb l'enfocament 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 a prova. . Quan el disc gira una volta amb el motor, el sensor fotoelèctric rep senyals de posició del rotor i genera p polsos de baixa tensió. Quan el motor funciona de manera sincrònica, la freqüència d'aquest senyal de posició del rotor és igual a la freqüència de la tensió del terminal de l'induït, 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. Estableix quan el motor funciona sense càrrega, la diferència de fase és θ1 (aproximadament que en aquest moment l'angle de potència θ = 0), quan la càrrega està en funcionament, la diferència de fase és θ2, llavors la diferència de fase θ2 - θ1 és la mesura mesurada. Valor de l'angle de potència de càrrega del motor síncron d'imant permanent. El diagrama esquemàtic es mostra a la figura 3.
Fig. 3 Diagrama esquemàtic de la mesura de l'angle de potència
Com en el disc fotoelèctric recobert uniformement amb la marca en blanc i negre és més difícil, i quan els pols del motor síncron d'imants permanents mesurats al mateix temps, el disc de marcatge no pot ser comú entre si. Per simplificar, també es pot provar a 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 reflectiva del sensor fotoelèctric emesa per la llum reunida en aquest cercle a la superfície de la cinta. D'aquesta manera, cada volta del motor, el sensor fotoelèctric del transistor fotosensible ha de rebre una llum reflectida i conducció una vegada, donant lloc a un senyal de pols elèctric, després de l'amplificació i la conformació per obtenir un senyal de comparació E1. des de l'extrem del bobinat de l'induït del motor de prova de qualsevol tensió bifàsica, pel transformador de tensió PT fins a una baixa tensió, enviada al comparador de tensió, la formació d'un representant de la fase rectangular del senyal de pols de tensió U1. U1 per la freqüència de la 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 la 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 evitar les dues quantitats restants i reduir 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 magnituds de la resta de la fase a la suma. El diagrama de quantitat de fase es mostra a la figura 4.
Fig. 4 Principi del mètode d'addició de fases per calcular la diferència de fase
Un altre mètode millorat no utilitza la divisió de freqüència del senyal de forma d'ona rectangular de tensió, sinó que utilitza un microordinador per gravar simultàniament la forma d'ona del senyal, respectivament, a través de la interfície d'entrada, enregistrar les formes d'ona del senyal de la posició del rotor i la tensió sense càrrega U0, E0, així com la tensió de càrrega i els senyals de forma d'ona rectangulars de la posició del rotor U1, E1 i, a continuació, moure les formes d'ona dels dos enregistraments entre si fins que les formes d'ona de dos senyals de forma d'ona rectangulars de tensió es superposen completament, quan la diferència de fase entre els dos rotors La diferència de fase entre els dos senyals de posició del rotor hi ha l'angle de potència; o moure la forma d'ona a les dues formes d'ona del senyal de posició del rotor coincideixen, aleshores la diferència de fase entre els dos senyals de tensió és l'angle de potència.
Cal assenyalar que l'operació real sense càrrega del motor síncron d'imant permanent, l'angle de potència no és zero, especialment per a motors petits, a causa del funcionament sense càrrega de la pèrdua sense càrrega (incloent la pèrdua de coure de l'estator, la pèrdua de ferro, pèrdua mecànica, pèrdua periòdica) és relativament gran, si penseu que l'angle de potència sense càrrega de zero, provocarà un gran error en la mesura de l'angle de potència, que es pot utilitzar per fer que el motor de corrent continu funcioni a l'estat. del motor, la direcció de la direcció i la direcció del motor de prova coherent, amb la direcció del motor de CC, el motor de CC pot funcionar en el mateix estat i el motor de CC es pot utilitzar com a motor de prova. Això pot fer que el motor de corrent continu funcioni en l'estat del motor, la direcció i la direcció del motor de prova siguin coherents amb el motor de corrent continu per proporcionar tota la pèrdua d'eix del motor de prova (incloses les pèrdues de ferro, pèrdues mecàniques, pèrdues perdudes, 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 la tensió i el corrent en fase. Aquesta vegada el θ1 mesurat correspon a l'angle de potència de 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, 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 ha de mesurar més quantitats al mateix temps (tensió trifàsica, corrent trifàsica, 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 de paràmetres, i tot tipus d'errors en la prova de paràmetres són fàcils d'acumular. Per tant, quan s'utilitza el mètode de càrrega directa per mesurar els paràmetres, s'ha de prestar atenció a l'anàlisi d'errors i seleccionar una major precisió de l'instrument de prova.
② El valor de la força electromotriu d'excitació E0 en aquest mètode de mesura es substitueix 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, el que significa que a diferents corrents de l'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 molt precís substituir la força electromotriu d'excitació en condicions de càrrega per la força electromotriu d'excitació sense càrrega.
Referències
[1] Tang Renyuan et al. Teoria i disseny moderns del motor d'imants permanents. Beijing: Premsa de la indústria de la maquinària. març de 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Tecnologia, disseny i aplicacions del motor d'imants permanents, 2a ed. Nova York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Drets d'autor: aquest article és una reimpressió del motor de números públics de WeChat (电机极客), l'enllaç originalhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Aquest article no representa les opinions de la nostra empresa. Si tens opinions o opinions diferents, corregeix-nos!
Hora de publicació: 18-jul-2024