I. Цель и значение измерения синхронной индуктивности
(1)Цель измерения параметров синхронной индуктивности (т.е. поперечной индуктивности)
Параметры индуктивности переменного и постоянного тока являются двумя наиболее важными параметрами в синхронном двигателе с постоянными магнитами. Их точное получение является предпосылкой и основой для расчета характеристик двигателя, динамического моделирования и управления скоростью. Синхронная индуктивность может использоваться для расчета многих стационарных свойств, таких как коэффициент мощности, эффективность, крутящий момент, ток якоря, мощность и другие параметры. В системе управления двигателем с постоянными магнитами, использующим векторное управление, параметры синхронного индуктора напрямую участвуют в алгоритме управления, и результаты исследований показывают, что в области слабого магнитного поля неточность параметров двигателя может привести к значительному снижению крутящего момента и мощности. Это показывает важность параметров синхронного индуктора.
(2)Проблемы, которые следует учитывать при измерении синхронной индуктивности
Для получения высокой плотности мощности структура синхронных двигателей с постоянными магнитами часто проектируется более сложной, а магнитная цепь двигателя более насыщенной, что приводит к изменению параметра синхронной индуктивности двигателя с насыщением магнитной цепи. Другими словами, параметры будут меняться в зависимости от условий эксплуатации двигателя, полностью при номинальных условиях эксплуатации параметры синхронной индуктивности не могут точно отражать характер параметров двигателя. Поэтому необходимо измерять значения индуктивности в различных условиях эксплуатации.
2. Методы измерения синхронной индуктивности двигателя с постоянными магнитами
В этой статье собраны различные методы измерения синхронной индуктивности и проведено их подробное сравнение и анализ. Эти методы можно грубо разделить на два основных типа: прямое нагрузочное испытание и косвенное статическое испытание. Статическое испытание далее подразделяется на статическое испытание переменного тока и статическое испытание постоянного тока. Сегодня в первой части наших «Методов испытания синхронных индукторов» будет объяснен метод нагрузочного испытания.
В литературе [1] представлен принцип метода прямой нагрузки. Двигатели с постоянными магнитами обычно можно анализировать, используя теорию двойной реакции для анализа их работы под нагрузкой, а фазовые диаграммы работы генератора и двигателя показаны на рисунке 1 ниже. Угол мощности θ генератора положителен, когда E0 превышает U, угол коэффициента мощности φ положителен, когда I превышает U, а угол внутреннего коэффициента мощности ψ положителен, когда E0 превышает I. Угол мощности θ двигателя положителен, когда U превышает E0, угол коэффициента мощности φ положителен, когда U превышает I, а угол внутреннего коэффициента мощности ψ положителен, когда I превышает E0.
Рис. 1 Фазовая диаграмма работы синхронного двигателя с постоянными магнитами
(a) Состояние генератора (b) Состояние двигателя
Согласно этой фазовой диаграмме можно получить: при работе нагрузки двигателя с постоянными магнитами, измеряя электродвижущую силу возбуждения холостого хода E0, напряжение на клеммах якоря U, ток I, угол коэффициента мощности φ и угол мощности θ и т. д., можно получить ток якоря по прямой оси, поперечную составляющую Id = Isin (θ - φ) и Iq = Icos (θ - φ), затем Xd и Xq можно получить из следующего уравнения:
Когда генератор работает:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Когда двигатель работает:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Параметры установившегося режима синхронных двигателей с постоянными магнитами изменяются при изменении условий работы двигателя, а при изменении тока якоря изменяются как Xd, так и Xq. Поэтому при определении параметров обязательно указывайте также условия работы двигателя. (Сумма переменного и постоянного тока вала или тока статора и угол внутреннего коэффициента мощности)
Основная сложность при измерении индуктивных параметров методом прямой нагрузки заключается в измерении угла мощности θ. Как мы знаем, это разность фазового угла между напряжением на клеммах двигателя U и электродвижущей силой возбуждения. Когда двигатель работает стабильно, конечное напряжение можно получить напрямую, но E0 нельзя получить напрямую, поэтому его можно получить только косвенным методом, чтобы получить периодический сигнал с той же частотой, что и E0, и фиксированной разностью фаз для замены E0, чтобы выполнить сравнение фаз с конечным напряжением.
Традиционные косвенные методы:
1) В пазу якоря испытуемого двигателя заглублен шаг и исходная катушка двигателя из нескольких витков тонкой проволоки в качестве измерительной катушки, чтобы получить одинаковую фазу с обмоткой испытуемого двигателя, сравнивая напряжение сигнала, можно получить путем сравнения угол коэффициента мощности.
2) Установите синхронный двигатель на вал испытуемого двигателя, идентичный испытуемому двигателю. Метод измерения фазы напряжения [2], который будет описан ниже, основан на этом принципе. Экспериментальная схема подключения показана на рисунке 2. TSM - это испытуемый синхронный двигатель с постоянными магнитами, ASM - это идентичный синхронный двигатель, который требуется дополнительно, PM - это первичный двигатель, который может быть как синхронным двигателем, так и двигателем постоянного тока, B - это тормоз, а DBO - это двухлучевой осциллограф. Фазы B и C TSM и ASM подключены к осциллографу. Когда TSM подключен к трехфазному источнику питания, осциллограф получает сигналы VTSM и E0ASM. поскольку два двигателя идентичны и вращаются синхронно, обратный потенциал холостого хода TSM тестера и обратный потенциал холостого хода ASM, который действует как генератор, E0ASM, находятся в фазе. Таким образом, можно измерить угол мощности θ, т. е. разность фаз между VTSM и E0ASM.
Рис. 2 Экспериментальная схема электропроводки для измерения угла мощности
Этот метод не очень часто используется, в основном потому, что: ① в роторе установлен небольшой синхронный двигатель или вращающийся трансформатор, требующий измерения, двигатель имеет два выдвинутых конца вала, что часто бывает трудно сделать. ② Точность измерения угла мощности во многом зависит от высокого гармонического содержания VTSM и E0ASM, и если гармоническое содержание относительно велико, точность измерения будет снижена.
3) Для повышения точности проверки угла мощности и простоты использования теперь больше используются датчики положения для обнаружения сигнала положения ротора, а затем сравнение фазы с конечным напряжением.
Основной принцип заключается в установке проецируемого или отраженного фотоэлектрического диска на валу измеряемого синхронного двигателя с постоянными магнитами, количества равномерно распределенных отверстий на диске или черно-белых маркеров и количества пар полюсов испытуемого синхронного двигателя. Когда диск вращается на один оборот вместе с двигателем, фотоэлектрический датчик получает p сигналов положения ротора и генерирует p импульсов низкого напряжения. Когда двигатель работает синхронно, частота этого сигнала положения ротора равна частоте напряжения на клеммах якоря, а его фаза отражает фазу электродвижущей силы возбуждения. Сигнал импульса синхронизации усиливается путем формирования, сдвига фазы и напряжения якоря тестового двигателя для сравнения фаз, чтобы получить разность фаз. Установите, когда двигатель работает без нагрузки, разность фаз составляет θ1 (приблизительно, что в это время угол мощности θ = 0), когда нагрузка работает, разность фаз составляет θ2, тогда разность фаз θ2 - θ1 является измеренным значением угла мощности нагрузки синхронного двигателя с постоянными магнитами. Принципиальная схема представлена на рисунке 3.
Рис. 3 Принципиальная схема измерения угла опережения зажигания
Как в фотоэлектрическом диске равномерно покрытом черно-белой отметкой сложнее, и когда измеряется постоянный магнит синхронного двигателя полюса в то же время маркировка диска не может быть общей друг с другом. Для простоты, также может быть испытан в приводном валу постоянного магнита двигателя, обернутом в круг черной ленты, покрытой белой отметкой, отражающий фотоэлектрический датчик источника света, излучаемый светом, собранным в этом круге на поверхности ленты. Таким образом, каждый поворот двигателя, фотоэлектрический датчик в фоточувствительном транзисторе из-за получения отраженного света и проводимости один раз, в результате чего электрический импульсный сигнал, после усиления и формирования, чтобы получить сигнал сравнения E1. от конца обмотки якоря испытательного двигателя любого двухфазного напряжения, трансформатором напряжения PT вниз до низкого напряжения, отправленного на компаратор напряжения, формирование представителя прямоугольной фазы импульсного сигнала напряжения U1. U1 по частоте p-деления, сравнение фазового компаратора, чтобы получить сравнение между фазой и фазовым компаратором. U1 по частоте p-деления, фазовым компаратором для сравнения его разности фаз с сигналом.
Недостатком вышеописанного метода измерения угла мощности является то, что для получения угла мощности необходимо вычислить разницу между двумя измерениями. Чтобы избежать вычитания двух величин и снижения точности, при измерении разности фаз нагрузки θ2, инверсии сигнала U2, измеренная разность фаз составляет θ2'=180 ° - θ2, угол мощности θ=180 ° - (θ1 + θ2'), что преобразует две величины из вычитания фазы в сложение. Диаграмма фазовых величин показана на рис. 4.
Рис. 4 Принцип метода сложения фаз для расчета разности фаз
Другой улучшенный метод не использует частотное разделение сигнала прямоугольной формы напряжения, а использует микрокомпьютер для одновременной записи формы сигнала, соответственно, через входной интерфейс, записывает формы сигналов напряжения холостого хода и положения ротора U0, E0, а также сигналы напряжения нагрузки и положения ротора прямоугольной формы U1, E1, а затем перемещает формы сигналов двух записей относительно друг друга до тех пор, пока формы сигналов двух сигналов прямоугольной формы напряжения полностью не перекроются, когда разность фаз между двумя сигналами положения ротора составляет угол мощности; или перемещает форму сигнала так, чтобы формы сигналов двух сигналов положения ротора совпадали, тогда разность фаз между двумя сигналами напряжения составляет угол мощности.
Следует отметить, что при фактической работе синхронного двигателя с постоянными магнитами без нагрузки угол мощности не равен нулю, особенно для небольших двигателей, из-за работы без нагрузки потери холостого хода (включая потери в меди статора, потери в стали, механические потери, паразитные потери) относительно велики, если вы думаете, что угол мощности холостого хода равен нулю, это вызовет большую погрешность в измерении угла мощности, который можно использовать для того, чтобы заставить двигатель постоянного тока работать в состоянии двигателя, направление рулевого управления и рулевое управление тестового двигателя были согласованы, с рулевым управлением двигателя постоянного тока двигатель постоянного тока может работать в том же состоянии, и двигатель постоянного тока может использоваться в качестве тестового двигателя. Это может заставить двигатель постоянного тока работать в состоянии двигателя, рулевое управление и рулевое управление тестового двигателя соответствовать двигателю постоянного тока, чтобы обеспечить все потери на валу тестового двигателя (включая потери в стали, механические потери, паразитные потери и т. д.). Метод оценки заключается в том, что входная мощность тестового двигателя равна потреблению меди статора, то есть P1 = pCu, а напряжение и ток находятся в фазе. На этот раз измеренное значение θ1 соответствует нулевому углу мощности.
Резюме: преимущества этого метода:
① Метод прямой нагрузки позволяет измерять индуктивность насыщения в установившемся режиме при различных состояниях нагрузки и не требует стратегии управления, что является интуитивно понятным и простым.
Поскольку измерение производится непосредственно под нагрузкой, можно учесть эффект насыщения и влияние тока размагничивания на параметры индуктивности.
Недостатки этого метода:
① Метод прямой нагрузки требует одновременного измерения большего количества величин (трехфазное напряжение, трехфазный ток, угол коэффициента мощности и т. д.), измерение угла мощности является более сложным, а точность проверки каждой величины напрямую влияет на точность расчетов параметров, и все виды ошибок в проверке параметров легко накапливаются. Поэтому при использовании метода прямой нагрузки для измерения параметров следует уделять внимание анализу ошибок и выбирать более высокую точность испытательного прибора.
② Значение электродвижущей силы возбуждения E0 в этом методе измерения напрямую заменяется напряжением на клеммах двигателя без нагрузки, и это приближение также вносит неотъемлемые ошибки. Поскольку рабочая точка постоянного магнита изменяется с нагрузкой, что означает, что при разных токах статора проницаемость и плотность потока постоянного магнита различны, поэтому результирующая электродвижущая сила возбуждения также различна. Таким образом, не очень точно заменять электродвижущую силу возбуждения в условиях нагрузки на электродвижущую силу возбуждения без нагрузки.
Ссылки
[1] Тан Жэньюань и др. Современная теория и конструкция двигателей с постоянными магнитами. Пекин: Machinery Industry Press. Март 2011 г.
[2] Дж. Ф. Гиерас, М. Винг. Технология двигателей с постоянными магнитами, конструкция и применение, 2-е изд. Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2002:170~171
Авторские права: Эта статья является перепечаткой общедоступного номера WeChat motor peek(电机极客), оригинальная ссылкаhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Эта статья не отражает точку зрения нашей компании. Если у вас другие мнения или взгляды, пожалуйста, поправьте нас!
Время публикации: 18 июля 2024 г.