I. Formålet med og betydningen av å måle synkron induktans
(1) Formål med å måle parametrene for synkron induktans (dvs. kryssakse-induktans)
AC- og DC-induktansparametrene er de to viktigste parametrene i en permanentmagnetsynkronmotor. Nøyaktig registrering av disse er forutsetningen og grunnlaget for beregning av motorkarakteristikk, dynamisk simulering og hastighetskontroll. Den synkrone induktansen kan brukes til å beregne mange stasjonære egenskaper som effektfaktor, virkningsgrad, dreiemoment, ankerstrøm, effekt og andre parametere. I kontrollsystemet til permanentmagnetmotorer som bruker vektorkontroll, er de synkrone induktorparametrene direkte involvert i kontrollalgoritmen, og forskningsresultatene viser at i det svake magnetiske området kan unøyaktigheten i motorparametrene føre til en betydelig reduksjon av dreiemoment og effekt. Dette viser viktigheten av synkrone induktorparametre.
(2) Problemer som må bemerkes ved måling av synkron induktans
For å oppnå høy effekttetthet er strukturen til permanentmagnetsynkronmotorer ofte utformet for å være mer kompleks, og motorens magnetiske krets er mer mettet, noe som resulterer i at motorens synkrone induktansparameter varierer med metningen av magnetkretsen. Med andre ord vil parametrene endre seg med motorens driftsforhold, og de nominelle driftsforholdene til de synkrone induktansparametrene kan ikke nøyaktig gjenspeile motorparametrenes natur. Derfor er det nødvendig å måle induktansverdiene under forskjellige driftsforhold.
2. Målemetoder for synkron induktans med permanentmagnetmotorer
Denne artikkelen samler ulike metoder for måling av synkron induktans og foretar en detaljert sammenligning og analyse av dem. Disse metodene kan grovt sett deles inn i to hovedtyper: direkte lasttest og indirekte statisk test. Statisk testing er videre delt inn i statisk AC-testing og statisk DC-testing. I dag vil den første delen av våre "Testmetoder for synkrone induktorer" forklare lasttestmetoden.
Litteratur [1] introduserer prinsippet for direkte lastmetode. Permanentmagnetmotorer kan vanligvis analyseres ved å bruke dobbeltreaksjonsteorien for å analysere lastoperasjonen, og fasediagrammene for generator- og motordrift er vist i figur 1 nedenfor. Effektvinkelen θ til generatoren er positiv med E0 som overstiger U, effektfaktorvinkelen φ er positiv med I som overstiger U, og den interne effektfaktorvinkelen ψ er positiv med E0 som overstiger I. Effektvinkelen θ til motoren er positiv med U som overstiger E0, effektfaktorvinkelen φ er positiv med U som overstiger I, og den interne effektfaktorvinkelen ψ er positiv med I som overstiger E0.
Fig. 1 Fasediagram for drift av permanentmagnetsynkronmotor
(a) Generatorens tilstand (b) Motorens tilstand
I henhold til dette fasediagrammet kan man få følgende: Når permanentmagnetmotoren er i drift, måles den elektromotoriske kraften E0 uten belastning, ankerspenningen U, strømmen I, effektfaktorvinkelen φ og effektvinkelen θ osv., og ankerstrømmen til den rette aksen kan oppnås, der tverraksekomponenten Id = Isin (θ - φ) og Iq = Icos (θ - φ), og Xd og Xq kan da fås fra følgende ligning:
Når generatoren er i gang:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Når motoren går:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Steady-state-parametrene til permanentmagnetsynkronmotorer endres når motorens driftsforhold endres, og når ankerstrømmen endres, endres både Xd og Xq. Derfor må du også angi motorens driftsforhold når du bestemmer parametrene. (Mengde vekselstrøm og likestrøm eller statorstrøm og intern effektfaktorvinkel)
Hovedvanskeligheten ved måling av induktive parametere med direkte lastmetode ligger i målingen av effektvinkelen θ. Som vi vet, er det fasevinkelforskjellen mellom motorens terminalspenning U og den elektromotoriske eksitasjonskraften. Når motoren går stabilt, kan sluttspenningen oppnås direkte, men E0 kan ikke oppnås direkte, så den kan bare oppnås ved en indirekte metode for å oppnå et periodisk signal med samme frekvens som E0 og en fast faseforskjell for å erstatte E0 for å foreta en fasesammenligning med sluttspenningen.
De tradisjonelle indirekte metodene er:
1) I ankersporet på motoren som testes, brukes flere vindinger av fin tråd som målespole for å oppnå samme fase med spenningssammenligningssignalet i motorviklingen under test. Ved å sammenligne effektfaktorvinkelen kan man oppnå.
2) Installer en synkronmotor på akselen til motoren som testes, som er identisk med motoren som testes. Metoden for spenningsfasemåling [2], som vil bli beskrevet nedenfor, er basert på dette prinsippet. Det eksperimentelle koblingsskjemaet er vist i figur 2. TSM er den permanentmagnetiske synkronmotoren som testes, ASM er en identisk synkronmotor som i tillegg kreves, PM er drivmotoren, som kan være enten en synkronmotor eller en likestrømsmotor, B er bremsen, og DBO er et dobbeltstråleoscilloskop. Fasene B og C til TSM og ASM er koblet til oscilloskopet. Når TSM er koblet til en trefasestrømforsyning, mottar oscilloskopet signalene VTSM og E0ASM. Fordi de to motorene er identiske og roterer synkront, er tomgangsmotpotensialet til testeren TSM og tomgangsmotpotensialet til ASM, som fungerer som en generator, E0ASM, i fase. Derfor kan effektvinkelen θ, dvs. faseforskjellen mellom VTSM og E0ASM, måles.
Fig. 2 Eksperimentelt koblingsskjema for måling av effektvinkel
Denne metoden er ikke veldig vanlig brukt, hovedsakelig fordi: ① i rotorakselen er det en liten synkronmotor eller rotasjonstransformator som må måles, og motoren har to utstrakte aksler, noe som ofte er vanskelig å gjøre. ② Nøyaktigheten av effektvinkelmålingen avhenger i stor grad av det høye harmoniske innholdet i VTSM og E0ASM, og hvis det harmoniske innholdet er relativt stort, vil målenøyaktigheten bli redusert.
3) For å forbedre nøyaktigheten og brukervennligheten til effektvinkeltesten, brukes nå mer posisjonssensorer for å oppdage rotorens posisjonssignal, og deretter fasesammenligning med sluttspenningsmetoden.
Grunnprinsippet er å installere en projisert eller reflektert fotoelektrisk skive på akselen til den målte permanentmagnetsynkronmotoren, antallet jevnt fordelte hull på skiven eller svart-hvite markører og antall polpar på den synkronmotoren som testes. Når skiven roterer én omdreining med motoren, mottar den fotoelektriske sensoren p rotorposisjonssignaler og genererer p lavspenningspulser. Når motoren går synkront, er frekvensen til dette rotorposisjonssignalet lik frekvensen til ankerterminalspenningen, og fasen reflekterer fasen til den eksiterende elektromotoriske kraften. Synkroniseringspulssignalet forsterkes ved å forme, faseforskyve og testmotorankerspenningen for fasesammenligning for å få faseforskjellen. Når motoren er i tomgang, er faseforskjellen θ1 (omtrent at effektvinkelen θ = 0 på dette tidspunktet), når lasten går, er faseforskjellen θ2, og faseforskjellen θ2 - θ1 er den målte effektvinkelverdien for permanentmagnetsynkronmotorens last. Skjematisk diagram er vist i figur 3.
Fig. 3 Skjematisk diagram av effektvinkelmåling
Det er vanskeligere å merke den fotoelektriske skiven jevnt med svarte og hvite markeringer, og når polene på den synkrone permanentmagnetmotoren måles samtidig, kan ikke markeringen av skiven være felles med hverandre. For enkelhets skyld kan man også teste drivakselen til permanentmagnetmotoren pakket inn i en sirkel med svart tape, belagt med et hvitt merke. Den reflekterende fotoelektriske sensoren sender ut lyset som samles i denne sirkelen på tapeoverflaten. På denne måten vil den fotoelektriske sensoren i den lysfølsomme transistoren motta reflektert lys og lede det én gang, noe som resulterer i et elektrisk pulssignal. Etter forsterkning og fordeling får man et sammenligningssignal E1. Fra testmotorankerviklingsenden til en hvilken som helst tofasespenning sendes spenningstransformatoren PT ned til en lav spenning, som sendes til spenningskomparatoren. Der dannes et representativt rektangulært fasepulssignal U1. U1 sammenlignes med p-frekvensen og fasekomparatoren for å få en sammenligning mellom fase og fasekomparator. U1 sammenlignes med p-frekvensen og fasekomparatoren for å sammenligne faseforskjellen med faseforskjellen.
Ulempen med ovennevnte effektvinkelmålingsmetode er at differansen mellom de to målingene må beregnes for å få effektvinkelen. For å unngå at de to mengdene subtraheres og redusere nøyaktigheten, i måling av lastfaseforskjellen θ2, U2-signalreverseringen, er den målte faseforskjellen θ2'=180 ° - θ2, effektvinkelen θ=180 ° - (θ1 + θ2'), som konverterer de to mengdene fra subtraksjon av fasen til addisjonen. Fasemengdediagrammet er vist i figur 4.
Fig. 4 Prinsipp for faseaddisjonsmetoden for beregning av faseforskjell
En annen forbedret metode bruker ikke frekvensdeling av spenningsrektangulære bølgeformsignaler, men bruker en mikrodatamaskin til å registrere signalbølgeformen samtidig via inngangsgrensesnittet, registrerer henholdsvis tomgangsspenningen og rotorposisjonssignalbølgeformene U0, E0, samt lastspenningen og rotorposisjonsrektangulære bølgeformsignaler U1, E1, og flytter deretter bølgeformene til de to opptakene i forhold til hverandre inntil bølgeformene til de to rektangulære spenningsbølgeformsignalene overlapper hverandre fullstendig. Når faseforskjellen mellom de to rotorposisjonssignalene er effektvinkelen; eller når bølgeformen flyttes slik at de to rotorposisjonssignalbølgeformene sammenfaller, er faseforskjellen mellom de to spenningssignalene effektvinkelen.
Det skal påpekes at effektvinkelen ved faktisk tomgangsdrift for permanentmagnetsynkronmotorer ikke er null, spesielt for små motorer. På grunn av tomgangsdrift er det relativt stort tap (inkludert statorkobbertap, jerntap, mekanisk tap og spredtap). Hvis man tror at effektvinkelen ved tomgang er null, vil det føre til en stor målefeil for effektvinkelen. Dette kan brukes til å sikre at likestrømsmotoren kjører i samme tilstand, og at styringen og testmotoren er konsistente. Med likestrømsmotorstyringen kan likestrømsmotoren kjøre i samme tilstand, og likestrømsmotoren kan brukes som testmotor. Dette kan gjøre at likestrømsmotoren kjører i samme tilstand, og at styringen og testmotoren er konsistente. Dette gir alt akseltapet til testmotoren (inkludert jerntap, mekanisk tap og spredtap, osv.). Bedømmelsesmetoden er at testmotorens inngangseffekt er lik statorkobbertforbruket, det vil si at P1 = pCu, og spenningen og strømmen er i fase. Denne gangen tilsvarer den målte θ1 potensvinkelen null.
Sammendrag: fordelene med denne metoden:
① Den direkte lastmetoden kan måle metningsinduktansen i stasjonær tilstand under forskjellige lasttilstander, og krever ikke en kontrollstrategi, som er intuitiv og enkel.
Fordi målingen gjøres direkte under belastning, kan metningseffekten og påvirkningen av avmagnetiseringsstrømmen på induktansparametrene tas med i betraktningen.
Ulemper med denne metoden:
① Direktelastmetoden må måle flere mengder samtidig (trefasespenning, trefasestrøm, effektfaktorvinkel osv.). Målingen av effektvinkelen er vanskeligere, og nøyaktigheten av testen av hver mengde har en direkte innvirkning på nøyaktigheten av parameterberegningene, og alle slags feil i parametertesten er lett å akkumulere. Derfor, når du bruker direktelastmetoden til å måle parameterne, bør man være oppmerksom på feilanalysen, og velge et testinstrument med høyere nøyaktighet.
② Verdien av den eksiterende elektromotoriske kraften E0 i denne målemetoden erstattes direkte av motorens terminalspenning ved tomgang, og denne tilnærmingen medfører også iboende feil. Fordi driftspunktet til permanentmagneten endres med belastningen, noe som betyr at permeabiliteten og fluksdensiteten til permanentmagneten er forskjellig ved forskjellige statorstrømmer, slik at den resulterende eksiterende elektromotoriske kraften også er forskjellig. På denne måten er det ikke veldig nøyaktig å erstatte den eksiterende elektromotoriske kraften under belastning med den eksiterende elektromotoriske kraften ved tomgang.
Referanser
[1] Tang Renyuan et al. Moderne permanentmagnetmotorteori og design. Beijing: Machinery Industry Press. Mars 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Permanentmagnetmotorteknologi, design og anvendelser, 2. utg. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Opphavsrett: Denne artikkelen er et opptrykk av WeChat public number motor peek (电机极客), den opprinnelige lenkenhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Denne artikkelen representerer ikke selskapets synspunkter. Hvis du har andre meninger eller synspunkter, vennligst korriger oss!
Publisert: 18. juli 2024