I. Целта и значението на измерването на синхронна индуктивност
(1) Цел на измерване на параметрите на синхронната индуктивност (т.е. индуктивност на напречната ос)
Параметрите на AC и DC индуктивността са двата най-важни параметъра в синхронния двигател с постоянен магнит. Точното им придобиване е предпоставка и основа за изчисляване на характеристиките на двигателя, динамична симулация и контрол на скоростта. Синхронната индуктивност може да се използва за изчисляване на много свойства в стационарно състояние, като фактор на мощността, ефективност, въртящ момент, ток на котвата, мощност и други параметри. В системата за управление на двигател с постоянен магнит, използващ векторно управление, параметрите на синхронния индуктор са пряко включени в алгоритъма за управление и резултатите от изследването показват, че в слабата магнитна област неточността на параметрите на двигателя може да доведе до значително намаляване на въртящия момент и мощност. Това показва важността на параметрите на синхронния индуктор.
(2) Проблеми, които трябва да се отбележат при измерване на синхронна индуктивност
За да се получи висока плътност на мощността, структурата на синхронните двигатели с постоянен магнит често е проектирана да бъде по-сложна и магнитната верига на двигателя е по-наситена, което води до параметър на синхронната индуктивност на двигателя, вариращ в зависимост от насищането на магнитната верига. С други думи, параметрите ще се променят с условията на работа на двигателя, напълно с номиналните условия на работа на параметрите на синхронната индуктивност не могат да отразяват точно естеството на параметрите на двигателя. Следователно е необходимо да се измерват стойностите на индуктивността при различни работни условия.
2. Методи за измерване на синхронна индуктивност на двигателя с постоянен магнит
Тази статия събира различни методи за измерване на синхронна индуктивност и прави подробно сравнение и анализ на тях. Тези методи могат грубо да се категоризират в два основни типа: тест за директно натоварване и индиректен статичен тест. Статичното тестване се разделя допълнително на AC статично тестване и DC статично тестване. Днес, първата част от нашите „Методи за изпитване на синхронен индуктор“ ще обясни метода за изпитване на натоварване.
Литературата [1] въвежда принципа на метода на директно натоварване. Двигателите с постоянни магнити обикновено могат да бъдат анализирани с помощта на теорията на двойната реакция, за да се анализира тяхното натоварване, а фазовите диаграми на работата на генератора и двигателя са показани на фигура 1 по-долу. Ъгълът на мощността θ на генератора е положителен с E0 над U, ъгълът на фактора на мощността φ е положителен с I над U, а вътрешният ъгъл на фактора на мощността ψ е положителен с E0 над I. Ъгълът на мощността θ на двигателя е положителен с U надвишава E0, ъгълът на фактора на мощността φ е положителен с U надвишава I, а вътрешният ъгъл на фактора на мощността ψ е положителен с I надвишава E0.
Фиг. 1 Фазова диаграма на работа на синхронен двигател с постоянен магнит
(a) Състояние на генератора (b) Състояние на двигателя
Съгласно тази фазова диаграма може да се получи: когато работата на натоварване на двигателя с постоянен магнит, измерена електродвижеща сила на празен ход E0, клемно напрежение на котвата U, ток I, ъгъл на фактор на мощността φ и ъгъл на мощност θ и т.н., може да се получи арматура ток на правата ос, компонент на напречната ос Id = Isin (θ - φ) и Iq = Icos (θ - φ), тогава Xd и Xq могат да бъдат получени от следното уравнение:
Когато генераторът работи:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Когато двигателят работи:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Параметрите на стационарно състояние на синхронните двигатели с постоянен магнит се променят, когато работните условия на двигателя се променят, а когато токът на котвата се промени, Xd и Xq се променят. Следователно, когато определяте параметрите, не забравяйте да посочите и условията на работа на двигателя. (Количество променлив и постоянен ток на вала или ток на статор и ъгъл на вътрешния фактор на мощността)
Основната трудност при измерване на индуктивните параметри по метода на директното натоварване се състои в измерването на ъгъла на мощност θ. Както знаем, това е разликата във фазовия ъгъл между клемното напрежение на двигателя U и електродвижещата сила на възбуждане. Когато двигателят работи стабилно, крайното напрежение може да бъде получено директно, но E0 не може да бъде получено директно, така че може да бъде получено само чрез индиректен метод за получаване на периодичен сигнал със същата честота като E0 и фиксирана фазова разлика за заместване E0, за да се направи фазово сравнение с крайното напрежение.
Традиционните индиректни методи са:
1) в процепа на арматурата на изпитвания двигател е заровена стъпка и оригиналната намотка на двигателя от няколко навивки фина жица като измервателна намотка, за да се получи същата фаза с намотката на двигателя при тестов сигнал за сравнение на напрежението, чрез сравнение на може да се получи ъгълът на фактора на мощността.
2) Инсталирайте синхронен двигател на вала на изпитвания двигател, който е идентичен на изпитвания двигател. Методът за измерване на фазата на напрежението [2], който ще бъде описан по-долу, се основава на този принцип. Експерименталната схема на свързване е показана на Фигура 2. TSM е тестваният синхронен двигател с постоянен магнит, ASM е идентичен синхронен двигател, който се изисква допълнително, PM е основният двигател, който може да бъде или синхронен двигател, или DC мотор, B е спирачката, а DBO е двулъчев осцилоскоп. Фазите B и C на TSM и ASM са свързани към осцилоскопа. Когато TSM е свързан към трифазно захранване, осцилоскопът получава сигналите VTSM и E0ASM. тъй като двата двигателя са идентични и се въртят синхронно, обратният потенциал на празен ход на TSM на тестера и обратният потенциал на празен ход на ASM, който действа като генератор, E0ASM, са във фаза. Следователно ъгълът на мощност θ, т.е. фазовата разлика между VTSM и E0ASM може да бъде измерена.
Фиг. 2 Експериментална електрическа схема за измерване на ъгъл на мощност
Този метод не се използва много често, главно защото: ① във вала на ротора, монтиран малък синхронен двигател или въртящ се трансформатор, изискван за измерване, двигателят има два изпънати края на вала, което често е трудно да се направи. ② Точността на измерването на ъгъла на мощност зависи до голяма степен от високото хармонично съдържание на VTSM и E0ASM и ако хармоничното съдържание е сравнително голямо, точността на измерването ще бъде намалена.
3) За да се подобри точността на теста за ъгъл на мощност и лекотата на използване, сега повече използване на сензори за позиция за откриване на сигнала за позиция на ротора и след това фазово сравнение с подхода на крайното напрежение
Основният принцип е да се инсталира прожектиран или отразен фотоелектричен диск върху вала на измерения синхронен двигател с постоянен магнит, броят на равномерно разпределените отвори върху диска или черно-белите маркери и броят двойки полюси на синхронния двигател, който се изпитва . Когато дискът се завърти с един оборот с двигателя, фотоелектричният сензор получава p сигнали за положение на ротора и генерира p импулси с ниско напрежение. Когато двигателят работи синхронно, честотата на този сигнал за положение на ротора е равна на честотата на клемното напрежение на котвата и неговата фаза отразява фазата на електродвижещата сила на възбуждане. Синхронизиращият импулсен сигнал се усилва чрез оформяне, фазово изместване и изпитвателното напрежение на котвата на двигателя за фазово сравнение, за да се получи фазовата разлика. Задайте, когато двигателят работи без товар, фазовата разлика е θ1 (приблизително, че в този момент ъгълът на мощност θ = 0), когато товарът работи, фазовата разлика е θ2, тогава фазовата разлика θ2 - θ1 е измерената стойност на ъгъла на натоварване на синхронния двигател с постоянен магнит. Схематичната диаграма е показана на фигура 3.
Фиг. 3 Схематична диаграма на измерване на ъгъл на мощност
Както при фотоелектрическия диск, равномерно покрити с черно-бяла маркировка, това е по-трудно и когато измерените постоянни магнити на полюсите на синхронния двигател в същото време маркиращият диск не могат да бъдат общи един с друг. За простота може да се тества и в задвижващия вал на двигателя с постоянен магнит, увит в кръг от черна лента, покрита с бяла маркировка, отразяващият фотоелектричен сензор източник на светлина, излъчван от светлината, събрана в този кръг върху повърхността на лентата. По този начин при всяко завъртане на мотора, фотоелектрическият сензор във фоточувствителния транзистор получава веднъж отразена светлина и проводимост, което води до електрически импулсен сигнал, след усилване и оформяне, за да се получи сигнал за сравнение E1. от края на намотката на котвата на изпитвателния двигател на всяко двуфазно напрежение, от трансформатора на напрежението PT до ниско напрежение, изпратено до компаратора на напрежението, образуването на представител на правоъгълната фаза на импулсния сигнал на напрежение U1. U1 от честотата на p-деление, сравнението на фазовия компаратор, за да получите сравнение между фазата и фазовия компаратор. U1 от честотата на p-деление, от фазовия компаратор, за да сравни фазовата му разлика със сигнала.
Недостатъкът на горния метод за измерване на ъгъла на мощност е, че трябва да се направи разлика между двете измервания, за да се получи ъгълът на мощност. За да се избегнат извадените две величини и да се намали точността, при измерването на фазовата разлика на товара θ2, обръщането на сигнала U2, измерената фазова разлика е θ2'=180 ° - θ2, ъгълът на мощността θ=180 ° - ( θ1 + θ2'), който преобразува двете количества от изваждането на фазата в добавянето. Диаграмата на фазовото количество е показана на фиг. 4.
Фиг. 4 Принцип на метода на добавяне на фази за изчисляване на фазовата разлика
Друг подобрен метод не използва честотното разделяне на сигнала с правоъгълна форма на вълната на напрежението, а използва микрокомпютър за едновременно записване на формата на вълната на сигнала, съответно през входния интерфейс, запис на вълните на сигнала на напрежението без товар и положението на ротора U0, E0, както и напрежението на натоварването и позицията на ротора с правоъгълна форма на вълната U1, E1 и след това преместете вълните на двата записа един спрямо друг, докато вълните на два сигнала с правоъгълна форма на вълната на напрежението се припокрият напълно, когато фазовата разлика между двата ротора Фазовата разлика между двата сигнала за положение на ротора е ъгълът на мощността; или преместете формата на вълната, така че двете вълни на сигнала за положение на ротора съвпадат, тогава фазовата разлика между двата сигнала на напрежението е ъгълът на мощността.
Трябва да се отбележи, че действителната работа на празен ход на синхронен двигател с постоянен магнит, ъгълът на мощността не е нула, особено за малки двигатели, поради работа на празен ход на загуба на празен ход (включително загуба на мед в статора, загуба на желязо, механични загуби, разсейващи се загуби) е сравнително голям, ако смятате, че ъгълът на мощността без товар е нула, това ще причини голяма грешка в измерването на ъгъла на мощността, която може да се използва, за да накара DC двигателя да работи в състояние на двигателя, посоката на кормилното управление и управлението на тестовия мотор са съгласувани, с кормилното управление на DC мотора, DC моторът може да работи в същото състояние и DC моторът може да се използва като тестов двигател. Това може да накара двигателя за постоянен ток да работи в състояние на двигателя, кормилното управление и управлението на изпитвателния двигател да съответстват на двигателя за постоянен ток, за да се осигурят всички загуби на вала на изпитвателния двигател (включително загуба на желязо, механична загуба, загуба на отклонение и т.н.). Методът за преценка е, че входната мощност на тестовия двигател е равна на потреблението на мед на статора, тоест P1 = pCu и напрежението и тока във фаза. Този път измереното θ1 съответства на нулевия ъгъл на мощността.
Резюме: предимствата на този метод:
① Методът на директно натоварване може да измерва индуктивността на насищане в стационарно състояние при различни състояния на натоварване и не изисква стратегия за управление, която е интуитивна и проста.
Тъй като измерването се извършва директно под товар, ефектът на насищане и влиянието на тока на размагнитване върху параметрите на индуктивността могат да бъдат взети под внимание.
Недостатъци на този метод:
① Методът на директно натоварване трябва да измерва повече количества едновременно (трифазно напрежение, трифазен ток, ъгъл на фактора на мощността и т.н.), измерването на ъгъла на мощността е по-трудно и точността на теста на всяко количество има пряко влияние върху точността на изчисленията на параметрите и всички видове грешки в теста на параметрите лесно се натрупват. Следователно, когато се използва методът на директно натоварване за измерване на параметрите, трябва да се обърне внимание на анализа на грешките и да се избере по-висока точност на тестовия инструмент.
② Стойността на електродвижещата сила на възбуждане E0 при този метод на измерване се замества директно от напрежението на клемите на двигателя при празен ход и това приближение също носи присъщи грешки. Тъй като работната точка на постоянния магнит се променя с натоварването, което означава, че при различни токове на статора, пропускливостта и плътността на потока на постоянния магнит са различни, така че получената електродвижеща сила на възбуждане също е различна. По този начин не е много точно да се замени електродвижещата сила на възбуждане при състояние на натоварване с електродвижещата сила на възбуждане при празен ход.
Референции
[1] Tang Renyuan и др. Модерна теория и дизайн на двигателя с постоянен магнит. Пекин: Machinery Industry Press. март 2011 г
[2] JF Gieras, M. Wing. Технология на двигателя с постоянен магнит, дизайн и приложения, 2-ро изд. Ню Йорк: Marcel Dekker, 2002:170~171
Авторски права: Тази статия е препечатка на публичния номер на WeChat motor peek (电机极客), оригиналната връзкаhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Тази статия не представя възгледите на нашата компания. Ако имате различни мнения или възгледи, моля, коригирайте ни!
Време на публикуване: 18 юли 2024 г