I. Сврха и значај мерења синхроне индуктивности
(1) Сврха мерења параметара синхроне индуктивности (тј. индуктивности унакрсне осе)
Параметри индуктивности наизменичне и једносмерне струје су два најважнија параметра код синхроног мотора са перманентним магнетом. Њихово тачно прикупљање је предуслов и основа за прорачун карактеристика мотора, динамичку симулацију и контролу брзине. Синхрона индуктивност се може користити за израчунавање многих стационарних својстава као што су фактор снаге, ефикасност, обртни момент, струја арматуре, снага и други параметри. У систему управљања мотором са перманентним магнетом који користи векторско управљање, параметри синхроне индукције су директно укључени у алгоритам управљања, а резултати истраживања показују да у области слабог магнетизма, нетачност параметара мотора може довести до значајног смањења обртног момента и снаге. Ово показује важност параметара синхроне индукције.
(2) Проблеми које треба напоменути при мерењу синхроне индуктивности
Да би се постигла висока густина снаге, структура синхроних мотора са перманентним магнетима је често пројектована да буде сложенија, а магнетно коло мотора је засићеније, што доводи до тога да параметар синхроне индуктивности мотора варира са засићењем магнетног кола. Другим речима, параметри ће се мењати са радним условима мотора, али у потпуности са номиналним радним условима параметри синхроне индуктивности не могу тачно одразити природу параметара мотора. Стога је неопходно мерити вредности индуктивности под различитим радним условима.
2. методе мерења синхроне индуктивности мотора са перманентним магнетима
Овај рад прикупља различите методе мерења синхроне индуктивности и даје детаљно поређење и анализу истих. Ове методе се могу грубо поделити у два главна типа: директно тестирање оптерећењем и индиректно статичко тестирање. Статичко тестирање се даље дели на статичко тестирање наизменичне струје и статичко тестирање једносмерне струје. Данас, први део наших „Метода тестирања синхроних индуктивних калемова“ објасниће методу тестирања оптерећењем.
Литература [1] уводи принцип методе директног оптерећења. Мотори са перманентним магнетима се обично могу анализирати коришћењем теорије двоструке реакције за анализу њиховог рада под оптерећењем, а фазни дијаграми рада генератора и мотора приказани су на слици 1 испод. Угао снаге θ генератора је позитиван када је E0 већи од U, угао фактора снаге φ је позитиван када је I већи од U, а угао унутрашњег фактора снаге ψ је позитиван када је E0 већи од I. Угао снаге θ мотора је позитиван када је U већи од E0, угао фактора снаге φ је позитиван када је U већи од I, а угао унутрашњег фактора снаге ψ је позитиван када је I већи од E0.
Сл. 1 Фазни дијаграм рада синхроног мотора са перманентним магнетом
(а) Стање генератора (б) Стање мотора
Према овом фазном дијаграму може се добити: када мотор са перманентним магнетом ради под оптерећењем, мерена је електромоторна сила побуде у празном ходу E0, напон на терминалима арматуре U, струја I, угао фактора снаге φ и угао снаге θ итд., може се добити струја арматуре праволинијске осе, попречна компонента Id = Isin (θ - φ) и Iq = Icos (θ - φ), а затим се Xd и Xq могу добити из следеће једначине:
Када генератор ради:
Ксд=[Е0-Уцосθ-ИР1цос(θ-φ)]/Ид (1)
Кск=[Усинθ+ИР1син(θ-φ)]/Ик (2)
Када мотор ради:
Ксд=[Е0-Уцосθ+ИР1цос(θ-φ)]/Ид (3)
Кск=[Усинθ-ИР1син(θ-φ)]/Ик (4)
Параметри стационарног стања синхроних мотора са перманентним магнетима мењају се са променом радних услова мотора, а када се промени струја арматуре, мењају се и Xd и Xq. Стога, приликом одређивања параметара, обавезно наведите и радне услове мотора. (Износ наизменичне и једносмерне струје вратила или струје статора и угао унутрашњег фактора снаге)
Главна потешкоћа при мерењу индуктивних параметара методом директног оптерећења лежи у мерењу угла снаге θ. Као што знамо, то је разлика фазног угла између напона на терминалима мотора U и електромоторне силе побуде. Када мотор ради стабилно, крајњи напон се може директно добити, али се E0 не може директно добити, па се може добити само индиректном методом како би се добио периодични сигнал исте фреквенције као E0 и фиксна фазна разлика која замењује E0 како би се извршило поређење фазе са крајњим напоном.
Традиционалне индиректне методе су:
1) у жлебу арматуре мотора који се тестира закопани корак и оригинални калем мотора од неколико намотаја фине жице као мерни калем, како би се добила иста фаза са сигналом упоређивања напона намотаја мотора под тестирањем, кроз упоређивање угла фактора снаге може се добити.
2) Инсталирајте синхрони мотор на вратило мотора који се тестира, а који је идентичан мотору који се тестира. Метод мерења напона фазе [2], који ће бити описан у наставку, заснива се на овом принципу. Експериментални дијаграм повезивања је приказан на слици 2. TSM је синхрони мотор са перманентним магнетом који се тестира, ASM је идентичан синхрони мотор који је додатно потребан, PM је главни покретач, који може бити или синхрони мотор или DC мотор, B је кочница, а DBO је осцилоскоп са два снопа. Фазе B и C TSM-а и ASM-а су повезане са осцилоскопом. Када је TSM повезан на трофазно напајање, осцилоскоп прима сигнале VTSM и E0ASM. Пошто су два мотора идентична и ротирају синхроно, потенцијал празног хода TSM-а тестера и потенцијал празног хода ASM-а, који делује као генератор, E0ASM, су у фази. Стога се може измерити угао снаге θ, тј. фазна разлика између VTSM и E0ASM.
Сл. 2 Експериментална шема ожичења за мерење угла снаге
Ова метода се не користи баш често, углавном зато што: ① мали синхрони мотор или ротациони трансформатор монтиран на вратилу ротора који се мора мерити има два испружена краја вратила, што је често тешко учинити. ② Тачност мерења угла снаге у великој мери зависи од садржаја високих хармоника VTSM и E0ASM, а ако је садржај хармоника релативно велики, тачност мерења ће бити смањена.
3) Да би се побољшала тачност теста угла снаге и једноставност коришћења, сада се више користе сензори положаја за детекцију сигнала положаја ротора, а затим се фазно поређење са приступом крајњег напона
Основни принцип је постављање пројектованог или рефлектованог фотоелектричног диска на вратило мереног синхроног мотора са перманентним магнетом, број равномерно распоређених рупа на диску или црно-белих маркера и број парова полова синхроног мотора који се тестира. Када се диск окреће за један обрт са мотором, фотоелектрични сензор прима p сигнала положаја ротора и генерише p импулса ниског напона. Када мотор ради синхроно, фреквенција овог сигнала положаја ротора једнака је фреквенцији напона на терминалу арматуре, а његова фаза одражава фазу електромоторне силе побуде. Сигнал синхронизационог импулса се појачава обликовањем, фазним померањем и напоном арматуре тестираног мотора ради фазног поређења да би се добила фазна разлика. Када је мотор у раду без оптерећења, фазна разлика је θ1 (приближно је да је у овом тренутку угао снаге θ = 0), када је оптерећење под оптерећењем, фазна разлика је θ2, тада је фазна разлика θ2 - θ1 измерена вредност угла снаге оптерећења синхроног мотора са перманентним магнетом. Шематски дијаграм је приказан на слици 3.
Сл. 3 Шематски дијаграм мерења угла снаге
Пошто је код фотоелектричног диска, равномерно обложен црно-белим ознакама, теже означити полове синхроног мотора са перманентним магнетом, а када се истовремено мере полови синхроног мотора са перманентним магнетом, обележавање диска не може бити заједничко. Ради једноставности, може се тестирати и погонско вратило мотора са перманентним магнетом, обмотано кружном црном траком, обложеном белом ознаком. Рефлектујући фотоелектрични сензор емитује светлост коју сакупља у овом кругу на површини траке. На овај начин, сваки обрт мотора, фотоелектрични сензор у фотосензитивном транзистору прима рефлектовану светлост и проводи је једном, што резултира електричним импулсним сигналом. Након појачавања и обликовања, добија се сигнал за поређење Е1. Двофазни напон са краја намотаја арматуре тестираног мотора, трансформатор напона ПТ спушта га на ниски напон, који се шаље на компаратор напона, формирајући представник правоугаоне фазе импулсног сигнала напона У1. У1 се поређа фреквенцијом п-дељења, а фазни компаратор поређује да би се добило поређење између фазе и фазног компаратора. U1 фреквенцијом p-дељења, фазним компаратором да би се упоредила његова фазна разлика са сигналом.
Недостатак горе наведене методе мерења угла снаге је тај што је потребно направити разлику између два мерења да би се добио угао снаге. Да би се избегло одузимање две величине и смањила тачност, при мерењу фазне разлике оптерећења θ2, обрта сигнала U2, измерена фазна разлика је θ2'=180° - θ2, угао снаге θ=180° - (θ1 + θ2'), што претвара две величине из одузимања фазе у сабирање. Дијаграм фазних величина је приказан на слици 4.
Сл. 4 Принцип методе сабирања фаза за израчунавање фазне разлике
Друга побољшана метода не користи фреквентну поделу правоугаоног таласног облика сигнала напона, већ користи микрорачунар за истовремено снимање таласног облика сигнала, респективно, преко улазног интерфејса, снима таласне облике напона без оптерећења и сигнала положаја ротора U0, E0, као и правоугаоне таласне облике сигнала напона оптерећења и положаја ротора U1, E1, а затим помера таласне облике два снимка један у односу на други док се таласни облици два правоугаона таласна облика сигнала напона потпуно не преклопе, када је фазна разлика између два ротора угао снаге; или померање таласног облика до поклапања таласних облика два сигнала положаја ротора угао снаге.
Треба напоменути да стварни рад синхроног мотора са перманентним магнетом без оптерећења, угао снаге није нула, посебно код малих мотора, због релативно великих губитака у празном ходу (укључујући губитке бакра статора, губитке гвожђа, механичке губитке, губитке од лутања) у раду без оптерећења. Ако сматрате да је угао снаге без оптерећења нула, то ће изазвати велику грешку у мерењу угла снаге. То се може користити да би се постигли конзистентни смер окретања једносмерног мотора у раду мотора, смер окретања и управљање тест мотором. Са управљањем једносмерним мотором, једносмерни мотор може радити у истом стању, а једносмерни мотор се може користити као тест мотор. Ово може учинити да једносмерни мотор у раду мотора, смер окретања и управљање тест мотором буду конзистентни са једносмерним мотором како би се обезбедили сви губици на вратилу тест мотора (укључујући губитке гвожђа, механичке губитке, губитке од лутања итд.). Метода процене је да је улазна снага тест мотора једнака потрошњи бакра статора, односно P1 = pCu, а напон и струја су у фази. Овог пута измерени θ1 одговара степеном углу једнаком нули.
Резиме: предности ове методе:
① Метода директног оптерећења може да мери индуктивност засићења у стационарном стању под различитим стањима оптерећења и не захтева стратегију управљања, што је интуитивно и једноставно.
Пошто се мерење врши директно под оптерећењем, може се узети у обзир ефекат засићења и утицај струје демагнетизације на параметре индуктивности.
Недостаци ове методе:
① Метода директног оптерећења захтева мерење више величина истовремено (трофазни напон, трофазна струја, угао фактора снаге итд.), мерење угла снаге је теже, а тачност испитивања сваке величине директно утиче на тачност прорачуна параметара, а све врсте грешака у испитивању параметара се лако акумулирају. Стога, када се користе методе директног оптерећења за мерење параметара, треба обратити пажњу на анализу грешака и одабрати инструмент за испитивање веће тачности.
② Вредност електромоторне силе побуде E0 у овој методи мерења директно се замењује напоном на терминалима мотора у празном ходу, а ова апроксимација такође доноси инхерентне грешке. Пошто се радна тачка перманентног магнета мења са оптерећењем, што значи да су при различитим струјама статора, пермеабилност и густина флукса перманентног магнета различите, па је и резултујућа електромоторна сила побуде такође различита. На овај начин, није баш прецизно заменити електромоторну силу побуде под оптерећењем електромоторном силом побуде у празном ходу.
Референце
[1] Танг Рењуан и др. Теорија и дизајн модерних мотора са сталним магнетима. Пекинг: Machinery Industry Press. Март 2011.
[2] ЈФ Гиерас, М. Винг. Технологија мотора са сталним магнетима, дизајн и примена, 2. издање. Њујорк: Марсел Декер, 2002:170~171
Ауторска права: Овај чланак је прештампано издање јавног WeChat броја (电机极客), оригинални линкхттпс://мп.веиксин.кк.цом/с/Свб2КнАпцЦВгбЛлт9јМп0А
Овај чланак не представља ставове наше компаније. Ако имате другачија мишљења или ставове, молимо вас да нас исправите!
Време објаве: 18. јул 2024.