I. Het doel en de betekenis van het meten van synchrone inductie
(1)Doel van het meten van de parameters van synchrone inductie (d.w.z. dwars-as inductie)
De AC- en DC-inductantieparameters zijn de twee belangrijkste parameters in een synchrone permanente magneetmotor. Hun nauwkeurige meting vormt de voorwaarde en basis voor de berekening van motorkarakteristieken, dynamische simulatie en toerentalregeling. De synchrone inductantie kan worden gebruikt om vele stationaire eigenschappen te berekenen, zoals arbeidsfactor, rendement, koppel, ankerstroom, vermogen en andere parameters. In het regelsysteem van een permanente magneetmotor met vectorregeling zijn de parameters van de synchrone inductor direct betrokken bij het regelalgoritme. De onderzoeksresultaten tonen aan dat in het zwakke magnetische gebied de onnauwkeurigheid van de motorparameters kan leiden tot een aanzienlijke vermindering van koppel en vermogen. Dit onderstreept het belang van parameters van synchrone inductoren.
(2)Problemen waarmee rekening moet worden gehouden bij het meten van synchrone inductie
Om een hoge vermogensdichtheid te bereiken, wordt de structuur van synchrone motoren met permanente magneet vaak complexer ontworpen en is het magnetische circuit van de motor meer verzadigd, wat resulteert in een synchrone inductantieparameter van de motor die varieert met de verzadiging van het magnetische circuit. Met andere woorden, de parameters veranderen afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden van de motor, terwijl de nominale bedrijfsomstandigheden de aard van de motorparameters niet nauwkeurig kunnen weerspiegelen. Daarom is het noodzakelijk om de inductantiewaarden onder verschillende bedrijfsomstandigheden te meten.
2. Meetmethoden voor synchrone inductie van permanente magneetmotoren
Dit artikel verzamelt verschillende methoden voor het meten van synchrone inductie en geeft een gedetailleerde vergelijking en analyse ervan. Deze methoden kunnen grofweg worden onderverdeeld in twee hoofdtypen: directe belastingstest en indirecte statische test. Statische testen worden verder onderverdeeld in AC-statische testen en DC-statische testen. Vandaag zal het eerste deel van onze "Testmethoden voor synchrone inductoren" de belastingstestmethode uitleggen.
In de literatuur [1] wordt het principe van de directe belastingmethode geïntroduceerd. Permanentmagneetmotoren kunnen doorgaans worden geanalyseerd met behulp van de dubbele-reactietheorie om hun belastingswerking te analyseren, en de fasediagrammen van generator- en motorwerking worden weergegeven in onderstaande figuur 1. De vermogenshoek θ van de generator is positief met E0 groter dan U, de vermogensfactorhoek φ is positief met I groter dan U, en de interne vermogensfactorhoek ψ is positief met E0 groter dan I. De vermogenshoek θ van de motor is positief met U groter dan E0, de vermogensfactorhoek φ is positief met U groter dan I, en de interne vermogensfactorhoek ψ is positief met I groter dan E0.
Figuur 1 Fasediagram van de werking van een synchrone permanente magneetmotor
(a)Generatorstatus (b) Motorstatus
Volgens dit fasediagram kan het volgende worden verkregen: wanneer de belasting van de permanente magneetmotor wordt gemeten, de onbelaste excitatie-elektromotorische kracht E0, de ankerklemspanning U, de stroom I, de vermogensfactorhoek φ en de vermogenshoek θ enzovoort, kan de ankerstroom van de rechte as, de dwarsascomponent Id = Isin (θ - φ) en Iq = Icos (θ - φ) worden verkregen, dan kunnen Xd en Xq worden verkregen uit de volgende vergelijking:
Wanneer de generator draait:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Als de motor draait:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
De stationaire parameters van synchrone motoren met permanente magneet veranderen naarmate de bedrijfsomstandigheden van de motor veranderen. Wanneer de ankerstroom verandert, veranderen zowel Xd als Xq. Vermeld daarom bij het bepalen van de parameters ook de bedrijfsomstandigheden van de motor. (Hoeveelheid wissel- en gelijkstroom of statorstroom en interne vermogensfactorhoek)
De grootste moeilijkheid bij het meten van inductieve parameters met de directe belastingmethode ligt in het meten van de vermogenshoek θ. Zoals we weten, is dit het fasehoekverschil tussen de motoraansluitspanning U en de elektromotorische excitatiekracht. Wanneer de motor stabiel loopt, kan de eindspanning direct worden gemeten, maar E0 niet direct. Deze kan daarom alleen worden gemeten met een indirecte methode, waarbij een periodiek signaal met dezelfde frequentie als E0 en een vast faseverschil ter vervanging van E0 wordt verkregen om een fasevergelijking met de eindspanning te maken.
De traditionele indirecte methoden zijn:
1) In de ankersleuf van de te testen motor worden de ingegraven spoed en de originele motorwikkeling van enkele windingen van fijn draad als meetspoel gebruikt, om dezelfde fase te verkrijgen met het te testen spanningsvergelijkingssignaal, door de vergelijking van de vermogensfactorhoek.
2) Installeer een synchrone motor op de as van de te testen motor die identiek is aan de te testen motor. De spanningsfasemeetmethode [2], die hieronder wordt beschreven, is gebaseerd op dit principe. Het experimentele aansluitschema is weergegeven in Figuur 2. De TSM is de te testen synchrone permanente magneetmotor, de ASM is een identieke synchrone motor die bovendien vereist is, de PM is de primaire aandrijving, die een synchrone motor of een gelijkstroommotor kan zijn, B is de rem en de DBO is een oscilloscoop met dubbele bundel. De fasen B en C van de TSM en ASM zijn verbonden met de oscilloscoop. Wanneer de TSM is aangesloten op een driefasenvoeding, ontvangt de oscilloscoop de signalen VTSM en E0ASM. Omdat de twee motoren identiek zijn en synchroon draaien, zijn de nullast-tegenpotentiaal van de TSM van de tester en de nullast-tegenpotentiaal van de ASM, die als generator fungeert, E0ASM, in fase. Daarmee kan de vermogenshoek θ, oftewel het faseverschil tussen VTSM en E0ASM, worden gemeten.
Figuur 2 Experimenteel bedradingsschema voor het meten van de vermogenshoek
Deze methode wordt niet vaak gebruikt, voornamelijk om de volgende redenen: ① In de rotoras gemonteerde kleine synchrone motor of roterende transformator die moet worden gemeten, heeft een motor met twee uitstekende assen, wat vaak moeilijk is om te doen. ② De nauwkeurigheid van de vermogenshoekmeting hangt grotendeels af van het hoge harmonische gehalte van de VTSM en E0ASM. Als het harmonische gehalte relatief groot is, zal de nauwkeurigheid van de meting worden verminderd.
3) Om de nauwkeurigheid en het gebruiksgemak van de vermogenshoektest te verbeteren, wordt er nu vaker gebruik gemaakt van positiesensoren om het rotorpositiesignaal te detecteren en vervolgens fasevergelijking met de eindspanningsbenadering.
Het basisprincipe is het installeren van een geprojecteerde of gereflecteerde foto-elektrische schijf op de as van de gemeten synchrone permanente magneetmotor, het aantal gelijkmatig verdeelde gaten op de schijf of zwart-witte markeringen en het aantal poolparen van de te testen synchrone motor. Wanneer de schijf één omwenteling met de motor meedraait, ontvangt de foto-elektrische sensor p rotorpositiesignalen en genereert p laagspanningspulsen. Wanneer de motor synchroon draait, is de frequentie van dit rotorpositiesignaal gelijk aan de frequentie van de ankerklemspanning en weerspiegelt de fase de fase van de elektromotorische excitatiekracht. Het synchronisatiepulssignaal wordt versterkt door middel van vormgeving, faseverschuiving en de testmotorankerspanning voor fasevergelijking om het faseverschil te bepalen. Ingesteld bij onbelaste werking van de motor, bedraagt het faseverschil θ1 (bij benadering is de vermogenshoek θ op dat moment 0). Wanneer de belasting loopt, bedraagt het faseverschil θ2. Het faseverschil θ2 - θ1 is dan de gemeten vermogenshoekwaarde van de synchrone permanente magneetmotor. Het schema is weergegeven in Figuur 3.
Figuur 3 Schematisch diagram van de vermogenshoekmeting
Omdat een foto-elektrische schijf gelijkmatig bedekt is met een zwarte en witte markering, is het moeilijker om de polen van de synchrone motor van de permanente magneet te meten en tegelijkertijd de markeringsschijf niet gemeenschappelijk met elkaar te laten zijn. Voor de eenvoud kan de reflecterende lichtbron van de foto-elektrische sensor ook worden getest in een aandrijfas van een permanente magneetmotor, gewikkeld in een cirkel van zwarte tape, bedekt met een witte markering. De reflecterende lichtbron van de foto-elektrische sensor wordt uitgezonden door het licht dat in deze cirkel op het oppervlak van de tape wordt verzameld. Op deze manier ontvangt de foto-elektrische sensor in de lichtgevoelige transistor bij elke omwenteling van de motor een gereflecteerd licht en een enkele geleiding, wat resulteert in een elektrisch pulssignaal. Na versterking en vorming wordt een vergelijkingssignaal E1 verkregen. Vanaf het uiteinde van de testwikkeling van de motorankerwikkeling wordt elke tweefasenspanning door de spanningstransformator PT verlaagd naar een lage spanning, die naar de spanningscomparator wordt gestuurd. Hier wordt een representatieve rechthoekige fase van het spanningspulssignaal U1 gevormd. Door de p-frequentie van U1 te vergelijken met de fasecomparator, wordt een vergelijking gemaakt tussen de fase en de fasecomparator. U1 door de p-frequentie, door de fasecomparator om het faseverschil met het signaal te vergelijken.
De tekortkoming van de bovenstaande meetmethode voor de vermogenshoek is dat het verschil tussen de twee metingen moet worden berekend om de vermogenshoek te bepalen. Om te voorkomen dat de twee grootheden van elkaar worden afgetrokken en de nauwkeurigheid afneemt, is bij de meting van het faseverschil θ2 (de omkering van het U2-signaal) het gemeten faseverschil θ2' = 180° - θ2, de vermogenshoek θ = 180° - (θ1 + θ2'), wat de twee grootheden omzet van de aftrekking van de fase naar de optelling. Het fasegrootheiddiagram is weergegeven in figuur 4.
Figuur 4 Principe van de fase-additiemethode voor het berekenen van het faseverschil
Een andere verbeterde methode gebruikt niet de frequentieverdeling van het spanningssignaal met rechthoekige golfvorm, maar gebruikt een microcomputer om respectievelijk gelijktijdig de signaalgolfvorm op te nemen via de invoerinterface, de nullastspanning en rotorpositiesignaalgolfvormen U0, E0 op te nemen, evenals de belastingspanning en rotorpositie rechthoekige golfvormsignalen U1, E1, en vervolgens de golfvormen van de twee opnamen ten opzichte van elkaar te verplaatsen totdat de golfvormen van twee spanningssignalen met rechthoekige golfvorm volledig overlappen, wanneer het faseverschil tussen de twee rotor Het faseverschil tussen de twee rotorpositiesignalen is de vermogenshoek; of verplaats de golfvorm naar de twee rotorpositiesignaalgolfvormen samenvallen, dan is het faseverschil tussen de twee spanningssignalen de vermogenshoek.
Opgemerkt dient te worden dat bij de werkelijke onbelaste werking van een synchrone permanente magneetmotor de vermogenshoek niet nul is, vooral niet bij kleine motoren. Dit komt door het relatief grote verlies (inclusief koperverlies, ijzerverlies, mechanisch verlies en strooiverlies) bij onbelaste werking. Als de onbelaste vermogenshoek nul is, zal dit een grote fout veroorzaken bij het meten van de vermogenshoek. Deze fout kan worden gebruikt om de DC-motor in dezelfde toestand te laten draaien als de motor, de stuurrichting en de besturing van de testmotor. De DC-motor kan dan in dezelfde toestand draaien en als testmotor worden gebruikt. Dit kan ervoor zorgen dat de DC-motor in dezelfde toestand draait, de stuurrichting en de besturing van de testmotor in overeenstemming zijn met de DC-motor, zodat alle asverliezen van de testmotor (inclusief ijzerverlies, mechanisch verlies en strooiverlies) worden meegerekend. De beoordelingsmethode is dat het ingangsvermogen van de testmotor gelijk is aan het koperverbruik van de stator, d.w.z. P1 = pCu, en de spanning en stroom in fase. Deze keer komt de gemeten θ1 overeen met de machtshoek nul.
Samenvatting: de voordelen van deze methode:
① Met de directe belastingsmethode kan de stationaire verzadigingsinductie worden gemeten onder verschillende belastingstoestanden. Er is geen regelstrategie nodig, maar de methode is intuïtief en eenvoudig.
Omdat de meting direct onder belasting wordt uitgevoerd, kan rekening worden gehouden met het verzadigingseffect en de invloed van de ontmagnetiseringsstroom op de inductieparameters.
Nadelen van deze methode:
① De directe belastingmethode vereist het meten van meer grootheden tegelijk (driefasespanning, driefasestroom, vermogensfactorhoek, enz.). Het meten van de vermogenshoek is moeilijker en de nauwkeurigheid van de test van elke grootheid heeft een directe invloed op de nauwkeurigheid van parameterberekeningen. Bovendien kunnen er gemakkelijk allerlei fouten in de parametertest ontstaan. Daarom is het bij het gebruik van de directe belastingmethode voor het meten van parameters belangrijk om aandacht te besteden aan de foutanalyse en een testinstrument met een hogere nauwkeurigheid te selecteren.
② De waarde van de excitatie-elektromotorische kracht E0 wordt in deze meetmethode direct vervangen door de spanning op de motoraansluiting bij nullast. Deze benadering brengt ook inherente fouten met zich mee. Omdat het werkpunt van de permanente magneet verandert met de belasting, betekent dit dat bij verschillende statorstromen de permeabiliteit en fluxdichtheid van de permanente magneet verschillen, waardoor de resulterende excitatie-elektromotorische kracht ook verschilt. Het is daarom niet erg nauwkeurig om de excitatie-elektromotorische kracht onder belasting te vervangen door de excitatie-elektromotorische kracht bij nullast.
Referenties
[1] Tang Renyuan et al. Moderne theorie en ontwerp van permanente magneetmotoren. Beijing: Machinery Industry Press. Maart 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Permanente magneetmotortechnologie, ontwerp en toepassingen, 2e editie. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Copyright: Dit artikel is een herdruk van de openbare nummermotor van WeChat (电机极客), de originele linkhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Dit artikel geeft niet de mening van ons bedrijf weer. Als u een andere mening of visie heeft, corrigeer ons dan!
Plaatsingstijd: 18-07-2024