I. Synkronisen induktanssin mittaamisen tarkoitus ja merkitys
(1) Synkronisen induktanssin (eli ristiinduktanssin) parametrien mittaamisen tarkoitus
AC- ja DC-induktanssiparametrit ovat kestomagneettimoottorin kaksi tärkeintä parametria. Niiden tarkka mittaus on moottorin ominaisuuksien laskennan, dynaamisen simuloinnin ja nopeuden säädön edellytys ja perusta. Synkronista induktanssia voidaan käyttää monien vakiotilan ominaisuuksien, kuten tehokertoimen, hyötysuhteen, vääntömomentin, ankkurivirran, tehon ja muiden parametrien laskemiseen. Vektoriohjausta käyttävässä kestomagneettimoottorin ohjausjärjestelmässä synkronisen induktorin parametrit ovat suoraan mukana säätöalgoritmissa, ja tutkimustulokset osoittavat, että heikon magneettikentän alueella moottorin parametrien epätarkkuus voi johtaa vääntömomentin ja tehon merkittävään vähenemiseen. Tämä osoittaa synkronisen induktorin parametrien tärkeyden.
(2) Synkronisen induktanssin mittauksessa huomioitavat ongelmat
Suuren tehotiheyden saavuttamiseksi kestomagneettitahtimoottoreiden rakenne suunnitellaan usein monimutkaisemmaksi ja moottorin magneettipiiri kyllästyy enemmän, mikä johtaa moottorin synkronisen induktanssin parametrin vaihteluun magneettipiirin kyllästymisen mukaan. Toisin sanoen parametrit muuttuvat moottorin käyttöolosuhteiden mukaan, eivätkä synkronisen induktanssin parametrit nimellisissä käyttöolosuhteissa pysty tarkasti heijastamaan moottorin parametrien luonnetta. Siksi on tarpeen mitata induktanssin arvot eri käyttöolosuhteissa.
2. kestomagneettimoottorin synkronisen induktanssin mittausmenetelmät
Tässä artikkelissa kerätään erilaisia menetelmiä synkronisen induktanssin mittaamiseksi ja tehdään niistä yksityiskohtainen vertailu ja analyysi. Nämä menetelmät voidaan karkeasti luokitella kahteen päätyyppiin: suoraan kuormituskokeeseen ja epäsuoraan staattiseen kokeeseen. Staattinen testaus jaetaan edelleen staattiseen AC-testiin ja staattiseen DC-testiin. Tänään ensimmäisessä osassa "Synkronisten induktorien testausmenetelmät" selitetään kuormituskoemenetelmä.
Kirjallisuudessa [1] esitellään suorakuormitusmenetelmän periaate. Pysyvät magneettimoottorit voidaan yleensä analysoida käyttämällä kaksoisreaktioteoriaa niiden kuormitustoiminnan analysoimiseksi, ja generaattorin ja moottorin toiminnan vaihekaaviot on esitetty alla olevassa kuvassa 1. Generaattorin tehokulma θ on positiivinen, kun E0 on suurempi kuin U, tehokerroinkulma φ on positiivinen, kun I on suurempi kuin U, ja sisäinen tehokerroinkulma ψ on positiivinen, kun E0 on suurempi kuin I. Moottorin tehokulma θ on positiivinen, kun U on suurempi kuin E0, tehokerroinkulma φ on positiivinen, kun U on suurempi kuin I, ja sisäinen tehokerroinkulma ψ on positiivinen, kun I on suurempi kuin E0.
Kuva 1. Pysyvän magneettimoottorin toiminnan vaihekaavio
(a) Generaattorin tila (b) Moottorin tila
Tämän vaihekaavion mukaan voidaan saada: kun kestomagneettimoottori toimii kuormitettuna, mitataan kuormittamaton herätesähkömotorinen voima E0, ankkuriliittimen jännite U, virta I, tehokerroinkulma φ ja tehokulma θ jne., saadaan suoran akselin ankkurivirta, poikkiakselin komponentti Id = Isin (θ - φ) ja Iq = Icos (θ - φ), niin Xd ja Xq voidaan saada seuraavasta yhtälöstä:
Kun generaattori on käynnissä:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Kun moottori on käynnissä:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq = [Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Pysyvän magneettimoottorin vakiotilan parametrit muuttuvat moottorin käyttöolosuhteiden muuttuessa, ja ankkurivirran muuttuessa sekä Xd että Xq muuttuvat. Siksi parametreja määritettäessä on otettava huomioon myös moottorin käyttöolosuhteet. (Vaihto- ja tasavirta akselille tai staattorivirta ja sisäinen tehokerroinkulma)
Induktiivisten parametrien mittaamisen suurin vaikeus suorakuormitusmenetelmällä on tehokulman θ mittaaminen. Kuten tiedämme, se on moottorin napajännitteen U ja herätesähkömotorisen voiman välinen vaihekulmaero. Kun moottori käy vakaasti, loppujännite voidaan saada suoraan, mutta E0:aa ei voida saada suoraan, joten se voidaan saada vain epäsuoralla menetelmällä. Näin saadaan jaksollinen signaali, jolla on sama taajuus kuin E0:lla ja kiinteä vaihe-ero E0:n korvaamiseksi, jotta vaihetta voidaan verrata loppujännitteeseen.
Perinteiset epäsuorat menetelmät ovat:
1) Testattavan moottorin ankkuriuraan on haudattu nousu ja moottorin alkuperäinen kela, jossa on useita hienolankakierroksia mittauskelana, jotta saadaan sama vaihe testattavan moottorin käämityksen kanssa vertailujännitesignaalin avulla tehokertoimen kulman vertailun avulla.
2) Asenna testattavan moottorin akselille tahtimoottori, joka on identtinen testattavan moottorin kanssa. Jännitteen vaihemittausmenetelmä [2], jota kuvataan jäljempänä, perustuu tähän periaatteeseen. Kokeellinen kytkentäkaavio on esitetty kuvassa 2. TSM on testattava kestomagneettitahtimoottori, ASM on identtinen tahtimoottori, jota lisäksi tarvitaan, PM on päämoottori, joka voi olla joko tahtimoottori tai tasavirtamoottori, B on jarru ja DBO on kaksoissädeoskilloskooppi. TSM:n ja ASM:n vaiheet B ja C on kytketty oskilloskooppiin. Kun TSM on kytketty kolmivaiheiseen virtalähteeseen, oskilloskooppi vastaanottaa signaalit VTSM ja E0ASM. Koska kaksi moottoria ovat identtisiä ja pyörivät synkronisesti, testerin TSM:n tyhjäkäyntipotentiaali ja generaattorina toimivan ASM:n tyhjäkäyntipotentiaali E0ASM ovat vaiheessa. Siksi tehokulma θ eli VTSM:n ja E0ASM:n välinen vaihe-ero voidaan mitata.
Kuva 2. Kokeellinen kytkentäkaavio tehokulman mittaamiseksi
Tätä menetelmää ei käytetä kovin yleisesti, pääasiassa siksi, että: ① roottorin akselille asennetussa pienessä tahtimoottorissa tai pyörivässä muuntajassa, jota tarvitaan mitattavan moottorin mittaamiseen, on kaksi akselin ulosvedetyn pään omaavaa osaa, mikä on usein vaikeaa. ② Tehokulman mittauksen tarkkuus riippuu suuresti VTSM:n ja E0ASM:n suuresta harmonisten sisällöstä, ja jos harmonisten sisältö on suhteellisen suuri, mittauksen tarkkuus heikkenee.
3) Tehokulmatestin tarkkuuden ja helppokäyttöisyyden parantamiseksi käytetään nyt enemmän asentoantureita roottorin asentosignaalin havaitsemiseen ja sitten vaihevertailua päätejännitelähestymistavalla.
Perusperiaatteena on asentaa heijastettu tai heijastettu valosähköinen kiekko mitattavan pysyvän magneetin tahtimoottorin akselille. Kiekon tasaisesti jakautuneiden reikien lukumäärä tai mustavalkoiset merkit ja testattavan tahtimoottorin napaparien lukumäärä merkitään kiekon ympäri. Kun kiekko pyörii yhden kierroksen moottorin kanssa, valosähköinen anturi vastaanottaa p roottorin asentosignaalia ja tuottaa p pienjännitepulssia. Kun moottori käy synkronisesti, tämän roottorin asentosignaalin taajuus on yhtä suuri kuin ankkuriliittimen jännitteen taajuus, ja sen vaihe heijastaa herätesähkömotorisen voiman vaihetta. Synkronointipulssisignaali vahvistetaan muotoilulla, vaihesiirrolla ja testattavan moottorin ankkurijännitteellä vaihe-eron vertailua varten. Asetettu arvo on θ1 (eli tehokulma θ = 0), kun moottori on kuormittamaton. Kuormituksen aikana vaihe-ero on θ2. Tällöin vaihe-ero θ2 - θ1 on mitattu pysyvän magneetin tahtimoottorin kuormitustehokulman arvo. Kaavio on esitetty kuvassa 3.
Kuva 3. Tehokulman mittauksen kaaviokuva
Koska valosähköisellä levyllä on tasaisesti mustavalkoinen merkintä, on vaikeampaa, ja kun mitataan kestomagneettimoottorin synkronimoottorin napoja samanaikaisesti, merkintälevyllä ei voi olla yhteisiä napoja. Yksinkertaisuuden vuoksi voidaan testata myös kestomagneettimoottorin käyttöakselia, joka on kiedottu mustaan teippiympyrään ja päällystetty valkoisella merkillä. Heijastavan valosähköisen anturin valonlähde kerää valoa teipin pinnalle tästä ympyrästä. Tällä tavoin moottorin jokainen kierros, valosähköinen anturi, vastaanottaa heijastuneen valon ja johtaa valoon valoherkän transistorin sisällä, jolloin muodostuu sähköinen pulssisignaali. Vahvistuksen ja muotoilun jälkeen saadaan vertailusignaali E1. Testattavan moottorin ankkurikäämin päästä tulevasta kaksivaihejännitteestä jännitemuuntaja PT alentaa jännitteen matalaksi ja lähettää sen jännitevertailijalle. Suorakulmaisen vaiheen edustajan muodostaa jännitepulssisignaali U1. U1:n p-jakotaajuuden avulla vaihevertailija vertaa vaihetta ja vaihevertailijaa. U1:n p-jakotaajuuden avulla vaihevertailija vertaa vaihe-eroa signaaliin. Vaihevertailija vertaa U1:n vaihe-eroa signaaliin p-jakotaajuuden avulla.
Yllä olevan tehokulman mittausmenetelmän puute on se, että tehokulman saamiseksi on tehtävä kahden mittauksen erotus. Kahden suureen vähentämisen välttämiseksi ja tarkkuuden heikentämiseksi kuormitusvaihe-eron θ2, U2-signaalin suunnan kääntymisen mittauksessa mitattu vaihe-ero on θ2'=180° - θ2, tehokulma θ=180° - (θ1 + θ2'), mikä muuntaa kaksi suuretta vaiheen vähennyksestä yhteenlasketuksi. Vaihesuureiden kaavio on esitetty kuvassa 4.
Kuva 4. Vaihe-eron laskemiseen käytettävän vaiheiden yhteenlaskumenetelmän periaate
Toinen parannettu menetelmä ei käytä jännitteen suorakulmaisen aaltomuodon signaalin taajuusjakoa, vaan mikrotietokoneella tallennetaan samanaikaisesti signaaliaaltomuoto tuloliitännän kautta, tallennetaan kuormittamattoman jännitteen ja roottorin asentosignaalin aaltomuodot U0, E0 sekä kuormitusjännitteen ja roottorin asentosignaalin suorakulmaisen aaltomuodon signaalit U1, E1, ja sitten näiden kahden tallennuksen aaltomuotoja siirretään toisiinsa nähden, kunnes kahden jännitteen suorakulmaisen aaltomuodon signaalin aaltomuodot ovat täysin päällekkäin. Kun kahden roottorin asentosignaalin välinen vaihe-ero on tehokulma, tai kun aaltomuotoa siirretään niin, että kahden roottorin asentosignaalin aaltomuodot ovat samat, kahden jännitesignaalin välinen vaihe-ero on tehokulma.
On huomattava, että kestomagneettimoottorin todellisessa tyhjäkäynnissä tehokulma ei ole nolla, erityisesti pienillä moottoreilla. Tyhjäkäynnin tyhjäkäynnin häviöt (mukaan lukien staattorin kuparihäviö, rautahäviö, mekaaninen häviö ja hajahäviö) ovat suhteellisen suuria. Jos tyhjäkäynnin tehokulma on nolla, se aiheuttaa suuren virheen tehokulman mittauksessa. Tätä voidaan käyttää moottorin ohjaussuunnan ja testimoottorin ohjauksen yhdenmukaistamiseen tasavirtamoottorin ohjauksen kanssa. Tasavirtamoottori voi toimia samassa tilassa ja tasavirtamoottoria voidaan käyttää testimoottorina. Tämä voi varmistaa, että tasavirtamoottorin ohjaussuunta ja testimoottorin ohjaus ovat yhdenmukaisia tasavirtamoottorin kanssa, jolloin kaikki testimoottorin akselin häviöt (mukaan lukien rautahäviö, mekaaninen häviö ja hajahäviö) on kompensoitu. Arviointimenetelmänä on, että testimoottorin syöttöteho on yhtä suuri kuin staattorin kuparin kulutus, eli P1 = pCu, ja jännite ja virta ovat vaiheessa. Tällä kertaa mitattu θ1 vastaa tehokulmaa nolla.
Yhteenveto: tämän menetelmän edut:
① Suorakuormitusmenetelmällä voidaan mitata tasaisen tilan saturaatioinduktanssia eri kuormitustiloissa, eikä se vaadi intuitiivista ja yksinkertaista ohjausstrategiaa.
Koska mittaus tehdään suoraan kuormituksen alaisena, kyllästysvaikutus ja demagnetisointivirran vaikutus induktanssiparametreihin voidaan ottaa huomioon.
Tämän menetelmän haitat:
① Suorakuormitusmenetelmässä on mitattava useampia suureita samanaikaisesti (kolmivaihejännite, kolmivaihevirta, tehokerroinkulma jne.). Tehokulman mittaaminen on vaikeampaa, ja kunkin suureen testaustarkkuus vaikuttaa suoraan parametrilaskelmien tarkkuuteen. Parametritestissä kertyy helposti kaikenlaisia virheitä. Siksi suorakuormitusmenetelmää käytettäessä parametrien mittaamiseen on kiinnitettävä huomiota virheanalyysiin ja valittava tarkempi testauslaite.
② Tässä mittausmenetelmässä herätesähkömotorisen voiman E0 arvo korvataan suoraan moottorin napajännitteellä kuormittamattomana, ja tämä approksimaatio tuo mukanaan myös luonnostaan virheitä. Koska kestomagneetin toimintapiste muuttuu kuormituksen mukana, mikä tarkoittaa, että eri staattorivirroilla kestomagneetin permeabiliteetti ja vuontiheys ovat erilaiset, joten myös tuloksena oleva herätesähkömotorinen voima on erilainen. Tällä tavoin ei ole kovin tarkkaa korvata kuormitetun herätesähkömotorisen voiman kuormitetun herätesähkömotorisen voiman arvolla kuormittamattomana.
Viitteet
[1] Tang Renyuan ym. Nykyaikaisen kestomagneettimoottorin teoria ja suunnittelu. Peking: Machinery Industry Press. Maaliskuu 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Pysyvämagneettimoottoritekniikka, suunnittelu ja sovellukset, 2. painos. New York: Marcel Dekker, 2002:170–171
Tekijänoikeus: Tämä artikkeli on uusintapainos WeChatin julkisen numeron moottorin kurkistusvideosta (电机极客), alkuperäisestä linkistä.https://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Tämä artikkeli ei edusta yrityksemme näkemyksiä. Jos sinulla on eriäviä mielipiteitä tai näkemyksiä, korjathan ne!
Julkaisun aika: 18.7.2024