I. Sinhronās induktivitātes mērīšanas mērķis un nozīme
(1) Sinhronās induktivitātes parametru mērīšanas mērķis (t. i., šķērsvirziena induktivitāte)
Maiņstrāvas un līdzstrāvas induktivitātes parametri ir divi vissvarīgākie parametri pastāvīgā magnēta sinhronajā motorā. To precīza iegūšana ir priekšnoteikums un pamats motora raksturlielumu aprēķināšanai, dinamiskajai simulācijai un ātruma kontrolei. Sinhrono induktivitāti var izmantot, lai aprēķinātu daudzas stacionārās īpašības, piemēram, jaudas koeficientu, efektivitāti, griezes momentu, armatūras strāvu, jaudu un citus parametrus. Pastāvīgā magnēta motora vadības sistēmā, izmantojot vektoru vadību, sinhronā induktora parametri ir tieši iesaistīti vadības algoritmā, un pētījumu rezultāti liecina, ka vājā magnētiskā lauka apgabalā motora parametru neprecizitāte var izraisīt ievērojamu griezes momenta un jaudas samazināšanos. Tas parāda sinhronā induktora parametru nozīmi.
(2) Problēmas, kas jāņem vērā, mērot sinhrono induktivitāti
Lai iegūtu augstu jaudas blīvumu, pastāvīgo magnētu sinhrono motoru struktūra bieži tiek projektēta sarežģītāka, un motora magnētiskā ķēde ir piesātinātāka, kā rezultātā motora sinhronās induktivitātes parametrs mainās atkarībā no magnētiskās ķēdes piesātinājuma. Citiem vārdiem sakot, parametri mainās atkarībā no motora darbības apstākļiem, un nominālajos darba apstākļos sinhronās induktivitātes parametri nevar precīzi atspoguļot motora parametru raksturu. Tāpēc ir nepieciešams izmērīt induktivitātes vērtības dažādos darbības apstākļos.
2. pastāvīgā magnēta motora sinhronās induktivitātes mērīšanas metodes
Šajā rakstā ir apkopotas dažādas sinhronās induktivitātes mērīšanas metodes un sniegts to detalizēts salīdzinājums un analīze. Šīs metodes var aptuveni iedalīt divos galvenajos veidos: tiešā slodzes pārbaude un netiešā statiskā pārbaude. Statiskā pārbaude tiek tālāk iedalīta maiņstrāvas statiskajā pārbaudē un līdzstrāvas statiskajā pārbaudē. Šodien mūsu "Sinhrono induktoru pārbaudes metožu" pirmajā daļā tiks paskaidrota slodzes pārbaudes metode.
Literatūrā [1] ir ieviests tiešās slodzes metodes princips. Pastāvīgo magnētu motorus parasti var analizēt, izmantojot dubultās reakcijas teoriju, lai analizētu to slodzes darbību, un ģeneratora un motora darbības fāžu diagrammas ir parādītas 1. attēlā. Ģeneratora jaudas leņķis θ ir pozitīvs, ja E0 pārsniedz U, jaudas koeficienta leņķis φ ir pozitīvs, ja I pārsniedz U, un iekšējais jaudas koeficienta leņķis ψ ir pozitīvs, ja E0 pārsniedz I. Motora jaudas leņķis θ ir pozitīvs, ja U pārsniedz E0, jaudas koeficienta leņķis φ ir pozitīvs, ja U pārsniedz I, un iekšējais jaudas koeficienta leņķis ψ ir pozitīvs, ja I pārsniedz E0.
1. attēls. Pastāvīgā magnēta sinhronā motora darbības fāžu diagramma
(a) Ģeneratora stāvoklis (b) Motora stāvoklis
Saskaņā ar šo fāžu diagrammu var iegūt: pastāvīgā magnēta motora slodzes darbības laikā, izmērot tukšgaitas ierosmes elektromotora spēku E0, armatūras spailes spriegumu U, strāvu I, jaudas koeficienta leņķi φ un jaudas leņķi θ utt., var iegūt taisnas ass armatūras strāvu, šķērsass komponenti Id = Isin (θ - φ) un Iq = Icos (θ - φ), tad Xd un Xq var iegūt no šāda vienādojuma:
Kad ģenerators darbojas:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Kad motors darbojas:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Pastāvīgā magnēta sinhrono motoru stacionārā stāvokļa parametri mainās, mainoties motora darbības apstākļiem, un, mainoties armatūras strāvai, mainās gan Xd, gan Xq. Tāpēc, nosakot parametrus, noteikti jānorāda arī motora darbības apstākļi. (Maiņstrāvas un līdzstrāvas vārpstas strāvas vai statora strāvas lielums un iekšējais jaudas koeficienta leņķis)
Galvenās grūtības, mērot induktīvos parametrus ar tiešās slodzes metodi, ir jaudas leņķa θ mērīšana. Kā zināms, tā ir fāzes leņķa starpība starp motora spaiļu spriegumu U un ierosmes elektromotora spēku. Kad motors darbojas stabili, beigu spriegumu var iegūt tieši, bet E0 nevar iegūt tieši, tāpēc to var iegūt tikai ar netiešu metodi, lai iegūtu periodisku signālu ar tādu pašu frekvenci kā E0 un fiksētu fāzes starpību, lai aizstātu E0, lai veiktu fāzes salīdzinājumu ar beigu spriegumu.
Tradicionālās netiešās metodes ir šādas:
1) testējamā motora armatūras spraugā ir ierakts piķis un motora sākotnējā spole, kas sastāv no vairākiem smalkas stieples apgriezieniem kā mērīšanas spole, lai iegūtu tādu pašu fāzi ar motora tinuma testa sprieguma salīdzināšanas signālu, un, salīdzinot jaudas koeficienta leņķi, var iegūt.
2) Uz testējamā motora vārpstas uzstādiet sinhrono motoru, kas ir identisks testējamajam motoram. Sprieguma fāzes mērīšanas metode [2], kas tiks aprakstīta turpmāk, ir balstīta uz šo principu. Eksperimentālā savienojuma shēma ir parādīta 2. attēlā. TSM ir testējamais pastāvīgā magnēta sinhronais motors, ASM ir identisks sinhronais motors, kas ir nepieciešams papildus, PM ir galvenais dzinējs, kas var būt vai nu sinhronais motors, vai līdzstrāvas motors, B ir bremze, un DBO ir divu staru osciloskops. TSM un ASM fāzes B un C ir savienotas ar osciloskopu. Kad TSM ir pievienots trīsfāžu barošanas avotam, osciloskops saņem signālus VTSM un E0ASM. Tā kā abi motori ir identiski un rotē sinhroni, testera TSM tukšgaitas pretpotenciāls un ASM, kas darbojas kā ģenerators, tukšgaitas pretpotenciāls E0ASM, ir fāzē. Tāpēc var izmērīt jaudas leņķi θ, t. i., fāzes starpību starp VTSM un E0ASM.
2. attēls. Eksperimentāla elektroinstalācijas shēma jaudas leņķa mērīšanai
Šī metode netiek bieži izmantota, galvenokārt tāpēc, ka: ① mazam sinhronajam motoram vai rotācijas transformatoram, kas jāuzmontē uz rotora vārpstas, ir jāizmēra motors ar diviem izstieptiem vārpstas galiem, kas bieži vien ir grūti izdarāms. ② Jaudas leņķa mērījuma precizitāte lielā mērā ir atkarīga no VTSM un E0ASM augstā harmonisko satura, un, ja harmonisko saturs ir relatīvi liels, mērījuma precizitāte samazināsies.
3) Lai uzlabotu jaudas leņķa testa precizitāti un lietošanas ērtumu, tagad vairāk tiek izmantoti pozīcijas sensori rotora pozīcijas signāla noteikšanai un pēc tam fāzes salīdzināšanai ar gala sprieguma pieeju.
Pamatprincips ir uzstādīt projicētu vai atstarotu fotoelektrisko disku uz izmērītā pastāvīgā magnēta sinhronā motora vārpstas, vienmērīgi sadalītu caurumu skaitu uz diska vai melnbaltiem marķieriem un testējamā sinhronā motora polu pāru skaitu. Kad disks griežas vienu apgriezienu ar motoru, fotoelektriskais sensors saņem p rotora pozīcijas signālus un ģenerē p zemsprieguma impulsus. Kad motors darbojas sinhroni, šī rotora pozīcijas signāla frekvence ir vienāda armatūras spailes sprieguma frekvenci, un tā fāze atspoguļo ierosmes elektromotora spēka fāzi. Sinhronizācijas impulsa signāls tiek pastiprināts, veidojot, fāzes nobīdot un testējamā motora armatūras spriegumu, lai salīdzinātu fāzes starpību. Iestatot, kad motors darbojas bez slodzes, fāzes starpība ir θ1 (aptuveni, ka šajā laikā jaudas leņķis θ = 0), kad slodze darbojas, fāzes starpība ir θ2, tad fāzes starpība θ2 - θ1 ir izmērītā pastāvīgā magnēta sinhronā motora slodzes jaudas leņķa vērtība. Shematiska diagramma parādīta 3. attēlā.
3. attēls. Jaudas leņķa mērīšanas shematiska diagramma
Tā kā fotoelektriskajam diskam vienmērīgi pārklāts melns un balts marķējums ir sarežģītāks, un mērot pastāvīgā magnēta sinhronā motora polus, marķējuma disks nevar būt kopīgs vienam ar otru. Vienkāršības labad var arī pārbaudīt pastāvīgā magnēta motora piedziņas vārpstu, kas ietīta melnas lentes aplī un pārklāta ar baltu marķējumu, atstarojošā fotoelektriskā sensora gaismas avota izstaroto gaismu, kas savākta šajā aplī uz lentes virsmas. Tādā veidā katrs motora apgrieziens fotoelektriskajam sensoram gaismjutīgajā tranzistorā rada atstarotu gaismu, kas tiek vadīta vienu reizi, kā rezultātā rodas elektriskā impulsa signāls, kas pēc pastiprināšanas un formēšanas iegūst salīdzināšanas signālu E1. No testa motora armatūras tinuma gala jebkura divfāžu sprieguma, izmantojot sprieguma transformatoru PT, tiek pazemināts līdz zemam spriegumam, kas tiek nosūtīts uz sprieguma salīdzinātāju, veidojot taisnstūra fāzes reprezentatīvu sprieguma impulsa signālu U1. U1 ar p-dalījuma frekvenci, fāzes salīdzinātājs salīdzina fāzi un fāzes salīdzinātāju. U1 ar p-dalījuma frekvenci, fāzes salīdzinātājs salīdzina tā fāzes starpību ar signālu. U1 ar p-dalījuma frekvenci, fāzes salīdzinātājs salīdzina tā fāzes starpību ar signālu.
Iepriekš minētās jaudas leņķa mērīšanas metodes trūkums ir tāds, ka jaudas leņķa iegūšanai ir jāiegūst starpība starp abiem mērījumiem. Lai izvairītos no divu lielumu atņemšanas un samazinātu precizitāti, slodzes fāzes starpības θ2 mērījumā, U2 signāla inversijas gadījumā, izmērītā fāzes starpība ir θ2'=180° - θ2, jaudas leņķis θ=180° - (θ1 + θ2'), kas pārveido abus lielumus no fāzes atņemšanas uz saskaitīšanu. Fāzes lielumu diagramma ir parādīta 4. attēlā.
4. att. Fāžu saskaitīšanas metodes princips fāžu starpības aprēķināšanai
Cita uzlabota metode neizmanto sprieguma taisnstūra viļņu formas signāla frekvenču dalījumu, bet izmanto mikrodatoru, lai vienlaicīgi ierakstītu signāla viļņu formu, attiecīgi caur ieejas saskarni, ierakstītu tukšgaitas sprieguma un rotora pozīcijas signāla viļņu formas U0, E0, kā arī slodzes sprieguma un rotora pozīcijas taisnstūra viļņu formas signālus U1, E1, un pēc tam pārvietotu abu ierakstu viļņu formas vienu attiecībā pret otru, līdz divu sprieguma taisnstūra viļņu formas signālu viļņu formas pilnībā pārklājas, kad fāzes starpība starp abiem rotora pozīcijas signāliem ir jaudas leņķis; vai pārvietotu viļņu formu uz abiem rotora pozīcijas signāla viļņu formām, tad fāzes starpība starp abiem sprieguma signāliem ir jaudas leņķis.
Jāatzīmē, ka pastāvīgā magnēta sinhronā motora faktiskā tukšgaitas darbības laikā jaudas leņķis nav nulle, īpaši maziem motoriem, jo tukšgaitas darbības tukšgaitas zudumi (tostarp statora vara zudumi, dzelzs zudumi, mehāniskie zudumi, maldīgie zudumi) ir relatīvi lieli. Ja tukšgaitas jaudas leņķis ir nulle, tas radīs lielu kļūdu jaudas leņķa mērījumā. To var izmantot, lai nodrošinātu, ka līdzstrāvas motora darbības stāvoklis, stūres virziens un testa motora stūres virziens ir vienādi ar līdzstrāvas motora stūres virzienu. Līdzstrāvas motors var darboties vienā stāvoklī, un līdzstrāvas motoru var izmantot kā testa motoru. Tas var nodrošināt, ka līdzstrāvas motora darbības stāvoklis, stūres virziens un testa motora stūres virziens ir vienādi ar līdzstrāvas motora stūres virzienu, lai nodrošinātu visus testa motora vārpstas zudumus (tostarp dzelzs zudumus, mehāniskos zudumus, maldīgus zudumus utt.). Sprieduma metode ir tāda, ka testa motora ieejas jauda ir vienāda ar statora vara patēriņu, t. i., P1 = pCu, un spriegums un strāva ir fāzē. Šoreiz izmērītais θ1 atbilst nulles jaudas leņķim.
Kopsavilkums: šīs metodes priekšrocības:
① Tiešās slodzes metode var izmērīt piesātinājuma induktivitāti līdzsvara stāvoklī dažādos slodzes stāvokļos, un tai nav nepieciešama intuitīva un vienkārša vadības stratēģija.
Tā kā mērījums tiek veikts tieši slodzes apstākļos, var ņemt vērā piesātinājuma efektu un demagnetizācijas strāvas ietekmi uz induktivitātes parametriem.
Šīs metodes trūkumi:
① Tiešās slodzes metodei vienlaikus jāizmēra vairāki lielumi (trīsfāžu spriegums, trīsfāžu strāva, jaudas koeficienta leņķis utt.), jaudas leņķa mērīšana ir sarežģītāka, un katra lieluma pārbaudes precizitāte tieši ietekmē parametru aprēķinu precizitāti, un parametru pārbaudē viegli uzkrājas visa veida kļūdas. Tāpēc, izmantojot tiešās slodzes metodi parametru mērīšanai, uzmanība jāpievērš kļūdu analīzei un jāizvēlas testa instruments ar augstāku precizitāti.
② Šajā mērīšanas metodē ierosmes elektrodzinēja spēka E0 vērtība tiek tieši aizstāta ar motora spaiļu spriegumu tukšgaitā, un šī aproksimācija rada arī kļūdas. Jo pastāvīgā magnēta darbības punkts mainās līdz ar slodzi, kas nozīmē, ka pie dažādām statora strāvām pastāvīgā magnēta caurlaidība un plūsmas blīvums atšķiras, tāpēc arī iegūtais ierosmes elektrodzinēja spēks atšķiras. Tādā veidā nav īpaši precīzi aizstāt ierosmes elektrodzinēja spēku slodzes stāvoklī ar ierosmes elektrodzinēja spēku tukšgaitā.
Atsauces
[1] Tangs Renjuans u. c. Mūsdienu pastāvīgā magnēta motora teorija un konstrukcija. Pekina: Mašīnbūves nozares prese. 2011. gada marts
[2] J. F. Gieras, M. Wing. Pastāvīgā magnēta motora tehnoloģija, dizains un pielietojumi, 2. izd. Ņujorka: Marcels Dekers, 2002:170–171
Autortiesības: Šis raksts ir WeChat publiskā numura motora ieskata (电机极客), sākotnējās saites, atkārtots izdevums.https://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Šis raksts neatspoguļo mūsu uzņēmuma viedokli. Ja jums ir atšķirīgs viedoklis vai uzskati, lūdzu, palabojiet mūs!
Publicēšanas laiks: 2024. gada 18. jūlijs