I. Syftet med och betydelsen av att mäta synkron induktans
(1)Syftet med att mäta parametrarna för synkron induktans (dvs. korsaxelinduktans)
AC- och DC-induktansparametrarna är de två viktigaste parametrarna i en permanentmagnetsynkronmotor. Deras exakta inhämtning är förutsättningen och grunden för beräkning av motorkarakteristik, dynamisk simulering och hastighetskontroll. Den synkrona induktansen kan användas för att beräkna många stationära egenskaper såsom effektfaktor, verkningsgrad, vridmoment, ankarström, effekt och andra parametrar. I styrsystemet för permanentmagnetmotorer som använder vektorstyrning är de synkrona induktorparametrarna direkt involverade i styralgoritmen, och forskningsresultaten visar att i det svaga magnetiska området kan felaktigheten i motorparametrarna leda till en betydande minskning av vridmomentet och makt. Detta visar vikten av synkrona induktorparametrar.
(2) Problem att notera vid mätning av synkron induktans
För att erhålla en hög effekttäthet är strukturen hos permanentmagnetsynkronmotorer ofta utformad för att vara mer komplex, och motorns magnetiska krets är mer mättad, vilket resulterar i att motorns synkrona induktansparameter varierar med mättnaden av den magnetiska kretsen. Med andra ord kommer parametrarna att förändras med motorns driftsförhållanden, helt med de nominella driftsförhållandena för de synkrona induktansparametrarna kan inte exakt återspegla motorparametrarnas natur. Därför är det nödvändigt att mäta induktansvärdena under olika driftsförhållanden.
2. Permanent magnetmotor synkron induktansmätningsmetoder
Denna artikel samlar olika metoder för att mäta synkron induktans och gör en detaljerad jämförelse och analys av dem. Dessa metoder kan grovt delas in i två huvudtyper: direkt belastningstest och indirekt statiskt test. Statisk testning är vidare uppdelad i AC statisk testning och DC statisk testning. Idag kommer den första delen av våra "Synchronous Inductor Test Methods" att förklara belastningstestmetoden.
Litteratur [1] introducerar principen för direktlastmetoden. Permanentmagnetmotorer kan vanligtvis analyseras genom att använda dubbelreaktionsteorin för att analysera deras belastningsdrift, och fasdiagrammen för generator- och motordrift visas i figur 1 nedan. Generatorns effektvinkel θ är positiv när E0 överstiger U, effektfaktorvinkeln φ är positiv med I som överstiger U, och den interna effektfaktorvinkeln ψ är positiv med E0 som överstiger I. Motorns effektvinkel θ är positiv med U som överstiger E0, är effektfaktorvinkeln φ positiv med U som överstiger I, och den interna effektfaktorvinkeln ψ är positiv när I överstiger E0.
Fig. 1 Fasdiagram över permanentmagnet synkronmotordrift
(a) Generatortillstånd (b) Motortillstånd
Enligt detta fasdiagram kan erhållas: när permanentmagnetmotorns belastningsdrift, uppmätt tomgångsexcitation elektromotorisk kraft E0, ankarterminalspänning U, ström I, effektfaktorvinkel φ och effektvinkel θ och så vidare, kan ankaret erhållas ström av den raka axeln, korsaxelkomponent Id = Isin (θ - φ) och Iq = Icos (θ - φ), då kan Xd och Xq vara fås från följande ekvation:
När generatorn är igång:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
När motorn är igång:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Parametrarna för stationärt tillstånd för permanentmagnetsynkronmotorer ändras när motorns driftsförhållanden ändras, och när ankarströmmen ändras ändras både Xd och Xq. Se därför till att även ange motordriftsförhållandena när du bestämmer parametrarna. (Mängden växel- och likaxelström eller statorström och intern effektfaktorvinkel)
Den största svårigheten vid mätning av de induktiva parametrarna med direktbelastningsmetoden ligger i mätningen av effektvinkeln θ. Som vi vet är det fasvinkelskillnaden mellan motorterminalspänningen U och den elektromotoriska excitationskraften. När motorn går stabilt kan slutspänningen erhållas direkt, men E0 kan inte erhållas direkt, så den kan endast erhållas med en indirekt metod för att erhålla en periodisk signal med samma frekvens som E0 och en fast fasskillnad att ersätta E0 för att göra en fasjämförelse med slutspänningen.
De traditionella indirekta metoderna är:
1) i ankarslitsen på motorn som testas nedgrävd stigning och motorns ursprungliga spole av flera varv fin tråd som en mätspole, för att erhålla samma fas med motorlindningen under testspänningsjämförelsesignal, genom jämförelse av effektfaktorvinkeln kan erhållas.
2) Installera en synkronmotor på motorns axel som testas som är identisk med motorn som testas. Spänningsfasmätmetoden [2], som kommer att beskrivas nedan, är baserad på denna princip. Det experimentella anslutningsschemat visas i figur 2. TSM är den permanentmagnetiska synkronmotorn som testas, ASM är en identisk synkronmotor som dessutom krävs, PM är drivkraften, som kan vara antingen en synkronmotor eller en DC motor, B är bromsen och DBO är ett dubbelstråleoscilloskop. Faserna B och C i TSM och ASM är anslutna till oscilloskopet. När TSM är ansluten till en trefas strömförsörjning tar oscilloskopet emot signalerna VTSM och E0ASM. eftersom de två motorerna är identiska och roterar synkront, är tomgångsbackpotentialen för testarens TSM och tomgångsbackpotentialen för ASM, som fungerar som en generator, E0ASM, i fas. Därför kan effektvinkeln θ, dvs fasskillnaden mellan VTSM och EOASM, mätas.
Fig. 2 Experimentellt kopplingsschema för mätning av effektvinkel
Denna metod är inte särskilt vanligt, främst på grund av att: ① i rotoraxeln monterad liten synkronmotor eller roterande transformator som krävs för att mätas motorn har två axlar utsträckt ände, vilket ofta är svårt att göra. ② Noggrannheten för effektvinkelmätningen beror till stor del på det höga övertonsinnehållet i VTSM och E0ASM, och om övertonsinnehållet är relativt stort kommer mätningens noggrannhet att minska.
3) För att förbättra effektvinkeltestets noggrannhet och användarvänlighet, nu mer användning av positionssensorer för att detektera rotorpositionssignalen och sedan fasjämförelse med slutspänningsmetoden
Grundprincipen är att installera en projicerad eller reflekterad fotoelektrisk skiva på axeln av den uppmätta permanentmagnetiska synkronmotorn, antalet likformigt fördelade hål på skivan eller svartvita markörer och antalet polpar av synkronmotorn som testas . När skivan roterar ett varv med motorn, tar den fotoelektriska sensorn emot p rotorpositionssignaler och genererar lågspänningspulser. När motorn körs synkront är frekvensen för denna rotorpositionssignal lika med frekvensen för ankarterminalspänningen, och dess fas återspeglar fasen för den elektromotoriska excitationskraften. Synkroniseringspulssignalen förstärks genom formning, fasförskjutning och testmotorns ankarspänning för fasjämförelse för att få fasskillnaden. Ställ in när motorn är tomgångsfri, fasskillnaden är θ1 (ungefär att vid denna tidpunkt effektvinkeln θ = 0), när lasten är igång är fasskillnaden θ2, då är fasskillnaden θ2 - θ1 den uppmätta permanent magnet synkron motor lasteffektvinkelvärde. Det schematiska diagrammet visas i figur 3.
Fig. 3 Schematiskt diagram av effektvinkelmätning
Som i den fotoelektriska skivan likformigt belagd med svart och vitt märke är svårare, och när den uppmätta permanentmagneten synkrona motorpoler samtidigt märkning skiva kan inte vara gemensamma med varandra. För enkelhetens skull, kan också testas i permanentmagnetmotorns drivaxel inlindad i en cirkel av svart tejp, belagd med ett vitt märke, den reflekterande fotoelektriska sensorljuskällan som emitteras av ljuset som samlas i denna cirkel på ytan av tejpen. På detta sätt kommer varje varv av motorn, fotoelektrisk sensor i den ljuskänsliga transistorn att ta emot ett reflekterat ljus och ledning en gång, vilket resulterar i en elektrisk pulssignal, efter förstärkning och formning för att få en jämförelsesignal E1. från testmotorns ankarlindningsände av valfri tvåfasspänning, av spänningstransformatorn PT ner till en låg spänning, skickad till spänningskomparatorn, bildandet av en representant för den rektangulära fasen av spänningspulssignalen U1. U1 med p-divisionsfrekvensen, fasjämförarens jämförelse för att få en jämförelse mellan fasen och faskomparatorn. U1 av p-divisionsfrekvensen, av faskomparatorn för att jämföra dess fasskillnad med signalen.
Nackdelen med ovanstående effektvinkelmätningsmetod är att skillnaden mellan de två mätningarna bör göras för att erhålla effektvinkeln. För att undvika de två storheterna subtraherade och minska noggrannheten, vid mätningen av lastfasskillnaden θ2, U2-signalomkastningen, är den uppmätta fasskillnaden θ2'=180 ° - θ2, effektvinkeln θ=180 ° - ( θ1 + θ2'), som omvandlar de två storheterna från subtraktionen av fasen till additionen. Faskvantitetsdiagrammet visas i fig. 4.
Fig. 4 Princip för fasadditionsmetod för beräkning av fasskillnad
En annan förbättrad metod använder inte den rektangulära spänningsvågformens signalfrekvensdelning, utan använder en mikrodator för att samtidigt registrera signalvågformen, respektive genom ingångsgränssnittet, registrera tomgångsspänningen och rotorpositionssignalvågformerna U0, E0, samt belastningsspänningen och rotorpositionens rektangulära vågformssignaler U1, E1, och flytta sedan vågformerna för de två inspelningarna i förhållande till varandra tills vågformer av två spännings rektangulära vågformssignaler överlappas fullständigt när fasskillnaden mellan de två rotorerna. Fasskillnaden mellan de två rotorpositionssignalerna är effektvinkeln; eller flytta vågformen till att de två rotorpositionssignalvågformerna sammanfaller, då är fasskillnaden mellan de två spänningssignalerna effektvinkeln.
Det bör påpekas att den faktiska tomgångsdriften av permanentmagnet synkronmotor, effektvinkeln inte är noll, särskilt för små motorer, på grund av tomgångsdrift av tomgångsförlust (inklusive statorkopparförlust, järnförlust, mekanisk förlust, ströförlust) är relativt stor, om du tror att tomgångseffektvinkeln är noll, kommer det att orsaka ett stort fel i mätningen av effektvinkeln, vilket kan användas för att få likströmsmotorn att köra in motorns tillstånd, styrningens riktning och testmotorns styrning överensstämmer, med DC-motorstyrningen kan DC-motorn köras i samma tillstånd och DC-motorn kan användas som en testmotor. Detta kan göra att likströmsmotorn körs i motortillstånd, styrningen och testmotorns styrning överensstämmer med likströmsmotorn för att ge alla axelförluster för testmotorn (inklusive järnförlust, mekanisk förlust, strökförlust, etc.). Bedömningsmetoden är att testmotorns ineffekt är lika med statorns kopparförbrukning, det vill säga P1 = pCu, och spänningen och strömmen i fas. Denna gång motsvarar den uppmätta θ1 effektvinkeln noll.
Sammanfattning: fördelarna med denna metod:
① Direktbelastningsmetoden kan mäta mättnadsinduktansen för stabilt tillstånd under olika belastningstillstånd och kräver ingen kontrollstrategi, som är intuitiv och enkel.
Eftersom mätningen görs direkt under belastning kan mättnadseffekten och inverkan av avmagnetiseringsström på induktansparametrarna tas med i beräkningen.
Nackdelar med denna metod:
① Direktbelastningsmetoden måste mäta fler kvantiteter samtidigt (trefasspänning, trefasström, effektfaktorvinkel etc.), mätningen av effektvinkeln är svårare och noggrannheten i testet av varje kvantitet har en direkt inverkan på noggrannheten i parameterberäkningar, och alla typer av fel i parametertestet är lätta att ackumulera. Därför, när man använder direktbelastningsmetoden för att mäta parametrarna, bör man vara uppmärksam på felanalysen och välja en högre noggrannhet för testinstrumentet.
② Värdet på den elektromotoriska excitationskraften E0 i denna mätmetod ersätts direkt av motoranslutningsspänningen utan belastning, och denna approximation medför också inneboende fel. Eftersom permanentmagnetens arbetspunkt ändras med belastningen, vilket innebär att vid olika statorströmmar är permeabiliteten och flödestätheten för permanentmagneten olika, så den resulterande excitationselektromotoriska kraften är också annorlunda. På detta sätt är det inte särskilt exakt att ersätta den magnetiska elektromotoriska kraften under belastningstillstånd med den magnetiska elektromotoriska kraften utan belastning.
Referenser
[1] Tang Renyuan et al. Modern permanentmagnetmotorteori och design. Peking: Machinery Industry Press. mars 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Permanent Magnet Motor Technology, Design and Applications, 2nd ed. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Upphovsrätt: Den här artikeln är ett omtryck av WeChats publika nummermotorkik (电机极客), den ursprungliga länkenhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Den här artikeln representerar inte vårt företags åsikter. Om du har olika åsikter eller åsikter, korrigera oss gärna!
Posttid: 2024-jul-18