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 синхронного двигателя с постоянными магнитами. Их точное получение является предпосылкой и основой для расчета характеристик двигателя, динамического моделирования и управления скоростью. Синхронную индуктивность можно использовать для расчета многих характеристик установившегося режима, таких как коэффициент мощности, КПД, крутящий момент, ток якоря, мощность и другие параметры. В системе управления двигателем с постоянными магнитами, использующей векторное управление, параметры синхронного индуктора непосредственно участвуют в алгоритме управления, и результаты исследований показывают, что в слабой магнитной области неточность параметров двигателя может привести к значительному снижению крутящего момента. и власть. Это показывает важность синхронных параметров индуктора.
(2) Проблемы, на которые следует обратить внимание при измерении синхронной индуктивности.
Для получения высокой удельной мощности конструкция синхронных двигателей с постоянными магнитами часто проектируется более сложной, а магнитная цепь двигателя более насыщенной, что приводит к тому, что параметр синхронной индуктивности двигателя изменяется с насыщением магнитная цепь. Другими словами, параметры будут меняться в зависимости от условий эксплуатации двигателя, полностью в соответствии с номинальными условиями эксплуатации параметры синхронной индуктивности не могут точно отражать характер параметров двигателя. Поэтому необходимо измерять значения индуктивности в разных условиях эксплуатации.
2. методы измерения синхронной индуктивности двигателя с постоянными магнитами
В данной статье собраны различные методы измерения синхронной индуктивности, а также проведено их детальное сравнение и анализ. Эти методы можно грубо разделить на два основных типа: прямое нагрузочное испытание и косвенное статическое испытание. Статические испытания подразделяются на статические испытания переменного тока и статические испытания постоянного тока. Сегодня в первой части наших «Методов испытаний синхронных индукторов» будет объяснен метод нагрузочного испытания.
В литературе [1] представлен принцип метода прямой нагрузки. Двигатели с постоянными магнитами обычно можно анализировать с помощью теории 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, если E0 превышает U, угол коэффициента мощности φ положителен, если I превышает U, а угол внутреннего коэффициента мощности ψ положителен, если E0 превышает I. Угол мощности θ двигателя положителен, если U превышает E0, угол коэффициента мощности φ положителен, если U превышает I, и угол внутреннего коэффициента мощности ψ положителен, если I превышает E0.
Рис. 1 Фазовая диаграмма работы синхронного двигателя с постоянными магнитами
(a) Состояние генератора (b) Состояние двигателя
В соответствии с этой фазовой диаграммой можно получить: при работе двигателя с постоянными магнитами под нагрузкой можно получить измеренную электродвижущую силу возбуждения без нагрузки E0, напряжение на клеммах якоря U, ток I, угол коэффициента мощности φ и угол мощности θ и т. д. ток прямой оси, поперечная составляющая Id = Isin (θ - φ) и Iq = Icos (θ - φ), тогда 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 по мере изменения условий работы двигателя, а при изменении тока якоря изменяются как Xd, так и Xq. Поэтому при определении параметров обязательно указывайте также условия работы двигателя. (Величина переменного и постоянного тока вала или тока статора и угол внутреннего коэффициента мощности)
Основная трудность при измерении индуктивных параметров методом прямой нагрузки заключается в измерении угла мощности θ. Как мы знаем, это разность фаз 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 для получения периодического сигнала с той же частотой, что и E0, и фиксированной разностью фаз для замены E0, чтобы выполнить сравнение фаз с конечным напряжением.
Традиционными косвенными методами являются:
1) в прорези якоря испытуемого двигателя с заглубленным шагом и исходной катушкой двигателя несколько витков тонкой проволоки в качестве измерительной катушки, чтобы получить ту же фазу с сигналом сравнения напряжения испытуемой обмотки двигателя путем сравнения можно получить угол коэффициента мощности.
2) Установите на вал испытуемого двигателя синхронный двигатель, идентичный испытуемому двигателю. На этом принципе основан метод измерения фазы напряжения [2], который будет описан ниже. Экспериментальная схема подключения представлена на рисунке 2. TSM — испытуемый синхронный двигатель с постоянными магнитами, ASM — идентичный синхронный двигатель, который требуется дополнительно, PM — первичный двигатель, который может быть как синхронным двигателем, так и двигателем постоянного тока. двигатель, B — тормоз, а DBO — двухлучевой осциллограф. Фазы B и C TSM и ASM подключены к осциллографу. При подключении TSM к трехфазному источнику питания осциллограф принимает 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. Следовательно, может быть измерен угол мощности θ, т.е. разность фаз между VTSM и E0ASM.
Рис. 2 Экспериментальная схема подключения для измерения угла мощности
Этот метод не очень часто используется, главным образом потому, что: ① на валу ротора установлен небольшой синхронный двигатель или вращающийся трансформатор, который необходимо измерить. Двигатель имеет два вытянутых конца вала, что часто бывает трудно сделать. ② Точность измерения угла мощности во многом зависит от высокого содержания гармоник в VTSM и E0ASM, и если содержание гармоник относительно велико, точность измерения будет снижена.
3) Чтобы повысить точность измерения угла мощности и простоту использования, теперь более широко используются датчики положения для обнаружения сигнала положения ротора, а затем сравнение фаз с подходом по конечному напряжению.
Основной принцип заключается в установке на валу измеряемого синхронного двигателя с постоянными магнитами проецируемого или отраженного фотоэлектрического диска, количества равномерно распределенных отверстий на диске или черно-белых маркеров и количества пар полюсов испытуемого синхронного двигателя. . Когда диск совершает один оборот вместе с двигателем, фотоэлектрический датчик получает сигналы положения ротора и генерирует импульсы 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. Импульсный сигнал синхронизации усиливается путем формирования, сдвига фазы и напряжения якоря испытательного двигателя для сравнения фаз и получения разности 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 Значение угла мощности нагрузки синхронного двигателя с постоянными магнитами. Принципиальная схема представлена на рисунке 3.
Рис. 3 Принципиальная схема измерения угла мощности
Так как на фотоэлектрическом диске равномерно нанесенная черно-белая маркировка сложнее, а при измерении полюсов синхронного двигателя с постоянным магнитом одновременно маркировка диска не может совпадать друг с другом. Для простоты также можно протестировать приводной вал двигателя с постоянными магнитами, обернутый кругом черной ленты, покрытым белой меткой, отражающим источником света фотоэлектрического датчика, излучаемым светом, собранным в этом круге на поверхности ленты. Таким образом, каждый оборот двигателя, фотоэлектрический датчик в светочувствительном транзисторе должен получать отраженный свет и проводимость один раз, что приводит к образованию электрического импульсного сигнала, после усиления и формирования для получения сигнала сравнения E1. с конца обмотки якоря испытуемого двигателя любое двухфазное напряжение трансформатором напряжения ПТ понижается до низкого напряжения, подаваемого в 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, с помощью фазового компаратора для сравнения его разности фаз с сигналом.
Недостаток описанного выше метода измерения угла мощности заключается в том, что для получения угла мощности необходимо учитывать 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’), который преобразует две величины из вычитания фазы в сложение. Фазово-количественная диаграмма представлена 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, записи сигналов напряжения холостого хода и сигналов положения ротора U0, E0, а также напряжение нагрузки и прямоугольные сигналы положения ротора U1, E1, а затем перемещайте формы двух записей относительно друг друга до тех пор, пока формы двух прямоугольных сигналов напряжения не перекроются полностью, когда разность фаз между двумя роторами Разность фаз между двумя сигналами положения ротора находится угол мощности; или переместите сигнал так, чтобы два сигнала положения ротора совпали, тогда разность фаз между двумя сигналами напряжения будет углом мощности.
Следует отметить, что при фактической работе синхронного двигателя с постоянными магнитами на холостом ходу угол мощности не равен нулю, особенно для небольших двигателей, из-за потерь на холостом ходу (включая потери в меди статора, потери в железе, механические потери, паразитные потери) относительно велики, если вы считаете, что угол мощности холостого хода равен нулю, это вызовет большую ошибку в измерении угла мощности, которую можно использовать для запуска двигателя постоянного тока в состоянии двигателя, направление рулевого управления и рулевое управление испытательного двигателя совпадают, при рулевом управлении двигателем постоянного тока двигатель постоянного тока может работать в одном и том же состоянии, а двигатель постоянного тока может использоваться в качестве испытательного двигателя. Это может привести к тому, что двигатель постоянного тока будет работать в состоянии двигателя, рулевое управление и рулевое управление испытательного двигателя будут соответствовать двигателю постоянного тока, чтобы обеспечить все потери на валу испытательного двигателя (включая потери в железе, механические потери, паразитные потери и т. д.). Метод оценки заключается в том, что входная мощность испытательного двигателя равна потреблению меди статора, т. е. P1 = pCu, а также напряжению и току в фазе. На этот раз измеренное значение θ1 соответствует нулевому степенному углу.
Резюме: преимущества этого метода:
① Метод прямой нагрузки позволяет измерять индуктивность насыщения в установившемся режиме при различных состояниях нагрузки и не требует стратегии управления, которая интуитивно понятна и проста.
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 более сложное, а точность испытания каждая величина напрямую влияет на точность расчета параметров, и всевозможные ошибки при проверке параметров легко накапливаются. Поэтому при использовании метода прямой нагрузки для измерения параметров следует уделять внимание анализу погрешностей 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 приводит к внутренним ошибкам. Поскольку рабочая точка постоянного магнита меняется в зависимости от нагрузки, а это 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 электродвижущей силой возбуждения без нагрузки.
Ссылки
[1] Тан Ренюань и др. Современная теория и конструкция двигателя с постоянными магнитами. Пекин: Издательство машиностроительной промышленности. март 2011 г.
[2] Дж. Ф. Гирас, М. Винг. Технология, проектирование и применение двигателей с постоянными магнитами, 2-е изд. Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2002: 170–171.
Авторские права: Эта статья является перепечаткой обзора моторов по общедоступным номерам WeChat (电机极客), исходная ссылкаhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Эта статья не отражает точку зрения нашей компании. Если у вас другое мнение или взгляды, пожалуйста, поправьте нас!
Время публикации: 18 июля 2024 г.