I. Scopo e significato della misurazione dell'induttanza sincrona
(1) Scopo della misurazione dei parametri dell'induttanza sincrona (ovvero induttanza dell'asse trasversale)
I parametri di induttanza CA e CC sono i due parametri più importanti in un motore sincrono a magnete permanente. La loro acquisizione accurata è il prerequisito e il fondamento per il calcolo delle caratteristiche del motore, la simulazione dinamica e il controllo della velocità. L'induttanza sincrona può essere utilizzata per calcolare molte proprietà stazionarie come fattore di potenza, efficienza, coppia, corrente di armatura, potenza e altri parametri. Nel sistema di controllo del motore a magnete permanente che utilizza il controllo vettoriale, i parametri dell'induttore sincrono sono direttamente coinvolti nell'algoritmo di controllo e i risultati della ricerca mostrano che nella regione magnetica debole, l'imprecisione dei parametri del motore può portare a una significativa riduzione della coppia e potere. Ciò dimostra l'importanza dei parametri dell'induttore sincrono.
(2)Problemi da notare nella misurazione dell'induttanza sincrona
Per ottenere un'elevata densità di potenza, la struttura dei motori sincroni a magneti permanenti è spesso progettata per essere più complessa e il circuito magnetico del motore è più saturo, il che fa sì che il parametro di induttanza sincrona del motore vari con la saturazione di il circuito magnetico. In altre parole, i parametri cambieranno con le condizioni operative del motore, completamente con le condizioni operative nominali dei parametri di induttanza sincrona non possono riflettere accuratamente la natura dei parametri del motore. Pertanto è necessario misurare i valori di induttanza in diverse condizioni operative.
2. metodi di misurazione dell'induttanza sincrona del motore a magnete permanente
Questo articolo raccoglie vari metodi di misurazione dell'induttanza sincrona e ne fa un confronto e un'analisi dettagliati. Questi metodi possono essere grossolanamente classificati in due tipologie principali: prova di carico diretta e prova statica indiretta. I test statici sono ulteriormente suddivisi in test statici CA e test statici CC. Oggi, la prima parte dei nostri "Metodi di test degli induttori sincroni" spiegherà il metodo di test di carico.
La letteratura [1] introduce il principio del metodo del carico diretto. I motori a magneti permanenti possono solitamente essere analizzati utilizzando la teoria della doppia reazione per analizzare il funzionamento del carico e i diagrammi di fase del funzionamento del generatore e del motore sono mostrati nella Figura 1 di seguito. L'angolo di potenza θ del generatore è positivo con E0 che supera U, l'angolo del fattore di potenza φ è positivo con I che supera U e l'angolo del fattore di potenza interno ψ è positivo con E0 che supera I. L'angolo di potenza θ del motore è positivo con U superiore a E0, l'angolo del fattore di potenza φ è positivo con U superiore a I e l'angolo del fattore di potenza interno ψ è positivo con I superiore a E0.
Fig. 1 Diagramma di fase del funzionamento del motore sincrono a magneti permanenti
(a) Stato del generatore (b) Stato del motore
Secondo questo diagramma di fase si può ottenere: quando il funzionamento del carico del motore a magnete permanente, la forza elettromotrice di eccitazione senza carico misurata E0, la tensione del terminale dell'armatura U, la corrente I, l'angolo del fattore di potenza φ e l'angolo di potenza θ e così via, si può ottenere l'armatura corrente dell'asse rettilineo, componente trasversale Id = Isin (θ - φ) e Iq = Icos (θ - φ), quindi Xd e Xq possono essere ottenuti dalla seguente equazione:
Quando il generatore è in funzione:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Quando il motore è in funzione:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
I parametri di stato stazionario dei motori sincroni a magneti permanenti cambiano al variare delle condizioni operative del motore e quando cambia la corrente di armatura, cambiano sia Xd che Xq. Pertanto, quando si determinano i parametri, assicurarsi di indicare anche le condizioni di funzionamento del motore. (Quantità di corrente d'albero alternata e continua o corrente di statore e angolo del fattore di potenza interno)
La difficoltà principale quando si misurano i parametri induttivi con il metodo del carico diretto risiede nella misurazione dell'angolo di potenza θ. Come sappiamo è la differenza di sfasamento tra la tensione U ai morsetti del motore e la forza elettromotrice di eccitazione. Quando il motore funziona stabilmente, la tensione finale può essere ottenuta direttamente, ma E0 non può essere ottenuta direttamente, quindi può essere ottenuta solo con un metodo indiretto per ottenere un segnale periodico con la stessa frequenza di E0 e una differenza di fase fissa da sostituire E0 per effettuare un confronto di fase con la tensione finale.
I metodi indiretti tradizionali sono:
1) nella fessura dell'armatura del motore sottoposto a prova, passo sepolto e la bobina originale del motore di diverse spire di filo sottile come bobina di misura, al fine di ottenere la stessa fase con l'avvolgimento del motore sotto segnale di confronto della tensione di prova, attraverso il confronto di è possibile ottenere l'angolo del fattore di potenza.
2) Installare sull'albero del motore in prova un motore sincrono identico al motore in prova. Su questo principio si basa il metodo di misurazione della fase di tensione [2], che verrà descritto di seguito. Lo schema di collegamento sperimentale è mostrato nella Figura 2. Il TSM è il motore sincrono a magnete permanente in prova, l'ASM è un motore sincrono identico che è inoltre richiesto, il PM è il motore primo, che può essere un motore sincrono o un motore DC motore, B è il freno e il DBO è un oscilloscopio a doppio raggio. Le fasi B e C del TSM e dell'ASM sono collegate all'oscilloscopio. Quando il TSM è collegato ad un'alimentazione trifase, l'oscilloscopio riceve i segnali VTSM e E0ASM. poiché i due motori sono identici e ruotano in modo sincrono, il potenziale posteriore a vuoto del TSM del tester e il potenziale posteriore a vuoto dell'ASM, che funge da generatore, E0ASM, sono in fase. Pertanto è possibile misurare l'angolo di potenza θ, ovvero la differenza di fase tra VTSM ed E0ASM.
Fig. 2 Schema elettrico sperimentale per la misurazione dell'angolo di potenza
Questo metodo non è molto utilizzato, principalmente perché: ① il piccolo motore sincrono o trasformatore rotativo montato sull'albero del rotore da misurare è dotato di due estremità allungate dell'albero, il che è spesso difficile da eseguire. ② La precisione della misurazione dell'angolo di potenza dipende in gran parte dall'elevato contenuto armonico di VTSM ed E0ASM e, se il contenuto armonico è relativamente elevato, la precisione della misurazione sarà ridotta.
3) Per migliorare la precisione del test dell'angolo di potenza e la facilità d'uso, ora maggiore utilizzo di sensori di posizione per rilevare il segnale di posizione del rotore e quindi confronto di fase con l'approccio della tensione finale
Il principio di base è installare un disco fotoelettrico proiettato o riflesso sull'albero del motore sincrono a magnete permanente misurato, il numero di fori uniformemente distribuiti sul disco o marcatori bianchi e neri e il numero di coppie di poli del motore sincrono in prova . Quando il disco fa un giro insieme al motore, il sensore fotoelettrico riceve p segnali di posizione del rotore e genera p impulsi a bassa tensione. Quando il motore funziona in modo sincrono, la frequenza di questo segnale di posizione del rotore è uguale alla frequenza della tensione del terminale dell'armatura e la sua fase riflette la fase della forza elettromotrice di eccitazione. Il segnale dell'impulso di sincronizzazione viene amplificato mediante modellazione, sfasamento e tensione di armatura del motore di prova per il confronto di fase per ottenere la differenza di fase. Impostato quando il motore funziona a vuoto, la differenza di fase è θ1 (approssimativamente in questo momento l'angolo di potenza θ = 0), quando il carico è in funzione, la differenza di fase è θ2, quindi la differenza di fase θ2 - θ1 è quella misurata valore dell'angolo di potenza del carico del motore sincrono a magnete permanente. Il diagramma schematico è mostrato nella Figura 3.
Fig. 3 Diagramma schematico della misurazione dell'angolo di potenza
Poiché il disco fotoelettrico è uniformemente rivestito con segni in bianco e nero, è più difficile e quando i poli del motore sincrono a magnete permanente misurati contemporaneamente contrassegnano il disco non possono essere comuni tra loro. Per semplicità, è anche possibile testare nell'albero di trasmissione del motore a magnete permanente avvolto in un cerchio di nastro nero, rivestito con un segno bianco, la sorgente luminosa del sensore fotoelettrico riflettente emessa dalla luce raccolta in questo cerchio sulla superficie del nastro. In questo modo, ad ogni giro del motore, il sensore fotoelettrico nel transistor fotosensibile riceve una luce riflessa e viene condotta una volta, risultando in un segnale di impulso elettrico, dopo l'amplificazione e la modellazione per ottenere un segnale di confronto E1. dall'estremità dell'avvolgimento dell'armatura del motore di prova di qualsiasi tensione bifase, dal trasformatore di tensione PT fino a una bassa tensione, inviata al comparatore di tensione, la formazione di un rappresentante della fase rettangolare del segnale di impulso di tensione U1. U1 dalla frequenza della divisione p, il confronto del comparatore di fase per ottenere un confronto tra la fase e il comparatore di fase. U1 dalla frequenza di divisione p, dal comparatore di fase per confrontare la sua differenza di fase con il segnale.
Lo svantaggio del metodo di misurazione dell'angolo di potenza sopra descritto è che per ottenere l'angolo di potenza è necessario fare la differenza tra le due misurazioni. Per evitare la sottrazione delle due quantità e ridurre la precisione, nella misura dello sfasamento del carico θ2, l'inversione del segnale U2, lo sfasamento misurato è θ2'=180 ° - θ2, l'angolo di potenza θ=180 ° - ( θ1 + θ2'), che converte le due quantità dalla sottrazione della fase all'addizione. Il diagramma della quantità di fase è mostrato in Fig. 4.
Fig. 4 Principio del metodo di addizione di fase per il calcolo della differenza di fase
Un altro metodo migliorato non utilizza la divisione della frequenza del segnale della forma d'onda rettangolare della tensione, ma utilizza un microcomputer per registrare simultaneamente la forma d'onda del segnale, rispettivamente, attraverso l'interfaccia di ingresso, registrare le forme d'onda della tensione a vuoto e del segnale di posizione del rotore U0, E0, nonché la tensione di carico e la posizione del rotore segnalano la forma d'onda rettangolare U1, E1, quindi spostano le forme d'onda delle due registrazioni l'una rispetto all'altra fino a quando le forme d'onda di due segnali di forma d'onda rettangolare di tensione sono completamente sovrapposte, quando la differenza di fase tra i due rotori La differenza di fase tra i due segnali di posizione del rotore c'è l'angolo di potenza; oppure spostare la forma d'onda sulle due forme d'onda del segnale di posizione del rotore che coincidono, quindi la differenza di fase tra i due segnali di tensione è l'angolo di potenza.
Va sottolineato che nell'effettivo funzionamento a vuoto del motore sincrono a magnete permanente, l'angolo di potenza non è zero, soprattutto per i motori di piccole dimensioni, a causa del funzionamento a vuoto delle perdite a vuoto (incluse perdite di rame nello statore, perdite di ferro, perdita meccanica, perdita vagante) è relativamente grande, se si pensa che l'angolo di potenza a vuoto è pari a zero, causerà un grande errore nella misurazione dell'angolo di potenza, che può essere utilizzato per far funzionare il motore CC nello stato del motore, la direzione dello sterzo e il test sterzo del motore coerente, con lo sterzo del motore DC, il motore DC può funzionare nello stesso stato e il motore DC può essere utilizzato come motore di prova. Ciò può far sì che il motore CC funzioni nello stato motore, lo sterzo e lo sterzo del motore di prova siano coerenti con il motore CC per fornire tutta la perdita dell'albero del motore di prova (incluse perdite di ferro, perdite meccaniche, perdite parassite, ecc.). Il metodo di valutazione prevede che la potenza in ingresso del motore di prova sia uguale al consumo di rame dello statore, ovvero P1 = pCu, e alla tensione e corrente in fase. Questa volta il θ1 misurato corrisponde all'angolo di potenza pari a zero.
Riepilogo: i vantaggi di questo metodo:
① Il metodo del carico diretto può misurare l'induttanza di saturazione allo stato stazionario in vari stati di carico e non richiede una strategia di controllo, che è intuitiva e semplice.
Poiché la misurazione viene effettuata direttamente sotto carico, è possibile tenere conto dell'effetto di saturazione e dell'influenza della corrente di smagnetizzazione sui parametri di induttanza.
Svantaggi di questo metodo:
① Il metodo del carico diretto deve misurare più quantità contemporaneamente (tensione trifase, corrente trifase, angolo del fattore di potenza, ecc.), la misurazione dell'angolo di potenza è più difficile e la precisione del test di ogni quantità ha un impatto diretto sull'accuratezza dei calcoli dei parametri e tutti i tipi di errori nel test dei parametri sono facili da accumulare. Pertanto, quando si utilizza il metodo del carico diretto per misurare i parametri, è necessario prestare attenzione all'analisi degli errori e selezionare una maggiore precisione dello strumento di prova.
② Il valore della forza elettromotrice di eccitazione E0 in questo metodo di misurazione viene sostituito direttamente dalla tensione del terminale del motore senza carico e questa approssimazione comporta anche errori intrinseci. Perché il punto di funzionamento del magnete permanente cambia con il carico, il che significa che a diverse correnti statoriche, la permeabilità e la densità di flusso del magnete permanente sono diverse, quindi anche la forza elettromotrice di eccitazione risultante è diversa. In questo modo non è molto accurato sostituire la forza elettromotrice di eccitazione in condizioni di carico con la forza elettromotrice di eccitazione a vuoto.
Riferimenti
[1] Tang Renyuan et al. Teoria e progettazione dei moderni motori a magneti permanenti. Pechino: Stampa dell'industria dei macchinari. Marzo 2011
[2] JF Gieras, M. Ala. Tecnologia, progettazione e applicazioni dei motori a magneti permanenti, 2a ed. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Copyright: questo articolo è una ristampa del numero pubblico di WeChat motor peek(电机极客), il collegamento originalehttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
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Orario di pubblicazione: 18 luglio 2024