I. Sünkroonse induktiivsuse mõõtmise eesmärk ja tähtsus
(1) Sünkroonse induktiivsuse (st risttelje induktiivsuse) parameetrite mõõtmise eesmärk
Vahelduvvoolu ja alalisvoolu induktiivsuse parameetrid on püsimagnetiga sünkroonmootori kaks kõige olulisemat parameetrit. Nende täpne omandamine on mootori karakteristiku arvutamise, dünaamilise simulatsiooni ja kiiruse juhtimise eeltingimus ja alus. Sünkroonse induktiivsuse abil saab arvutada paljusid püsiseisundi omadusi, nagu võimsustegur, efektiivsus, pöördemoment, armatuurivool, võimsus ja muud parameetrid. Vektorjuhtimist kasutavas püsimagnetiga mootori juhtimissüsteemis on sünkroonse induktiivsuse parameetrid otseselt seotud juhtimisalgoritmiga ning uurimistulemused näitavad, et nõrga magnetvälja piirkonnas võib mootori parameetrite ebatäpsus viia pöördemomendi ja võimsuse olulise vähenemiseni. See näitab sünkroonse induktiivsuse parameetrite olulisust.
(2) Sünkroonse induktiivsuse mõõtmisel esinevad probleemid
Suure võimsustiheduse saavutamiseks on püsimagnetiga sünkroonmootorite struktuur sageli keerukam ja mootori magnetahel on küllastunud, mille tulemuseks on mootori sünkroonse induktiivsuse parameetri varieerumine vastavalt magnetahela küllastusele. Teisisõnu, parameetrid muutuvad vastavalt mootori töötingimustele ja nimitingimustes ei pruugi sünkroonse induktiivsuse parameetrid mootori parameetrite olemust täpselt kajastada. Seetõttu on vaja mõõta induktiivsuse väärtusi erinevates töötingimustes.
2. püsimagnetiga mootori sünkroonse induktiivsuse mõõtmise meetodid
See artikkel koondab erinevaid sünkroonse induktiivsuse mõõtmise meetodeid ning teeb nende üksikasjaliku võrdluse ja analüüsi. Need meetodid saab laias laastus jagada kahte põhitüüpi: otsene koormustest ja kaudne staatiline test. Staatiline testimine jaguneb omakorda vahelduvvoolu staatiliseks testimiseks ja alalisvoolu staatiliseks testimiseks. Täna selgitab meie "Sünkroonse induktiivsuse testimismeetodite" esimene osa koormustesti meetodit.
Kirjanduses [1] tutvustatakse otsese koormuse meetodi põhimõtet. Püsimagnetiga mootoreid saab tavaliselt analüüsida kaksikreaktsiooniteooria abil nende koormustaluvuse analüüsimiseks ning generaatori ja mootori talitluse faasiskeemid on näidatud allpool joonisel 1. Generaatori võimsusnurk θ on positiivne, kui E0 on suurem kui U, võimsusteguri nurk φ on positiivne, kui I on suurem kui U, ja sisemise võimsusteguri nurk ψ on positiivne, kui E0 on suurem kui I. Mootori võimsusnurk θ on positiivne, kui U on suurem kui E0, võimsusteguri nurk φ on positiivne, kui U on suurem kui I, ja sisemise võimsusteguri nurk ψ on positiivne, kui I on suurem kui E0.
Joonis 1. Püsimagnetiga sünkroonmootori faasiskeem
(a) Generaatori olek (b) Mootori olek
Selle faasiskeemi järgi saab arvutada järgmist: kui püsimagnetmootoril on koormus, mõõdetakse koormuseta ergastuselektromotoorjõudu E0, armatuuri klemmide pinget U, voolu I, võimsusteguri nurka φ ja võimsusnurka θ jne. Saadakse sirge telje armatuurivool, risttelje komponent Id = Isin (θ - φ) ja Iq = Icos (θ - φ), seejärel saab Xd ja Xq arvutada järgmise võrrandi abil:
Kui generaator töötab:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Kui mootor töötab:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Püsimagnetiga sünkroonmootorite püsiseisundi parameetrid muutuvad mootori töötingimuste muutudes ning armatuurivoolu muutudes muutuvad nii Xd kui ka Xq. Seetõttu tuleb parameetrite määramisel kindlasti ära märkida ka mootori töötingimused. (Vahelduv- ja alalisvoolu või staatori voolu suurus ja sisemine võimsusteguri nurk)
Induktiivsete parameetrite mõõtmise peamine raskus otsekoormuse meetodil seisneb võimsusnurga θ mõõtmises. Nagu me teame, on see mootori klemmpinge U ja ergastuselektromotoorjõu vaheline faasinurga erinevus. Kui mootor töötab stabiilselt, saab lõpppinge otse kätte, kuid E0-d ei saa otse kätte, seega saab seda saada ainult kaudse meetodi abil, et saada perioodiline signaal sama sagedusega kui E0 ja fikseeritud faaside erinevusega, et asendada E0, et teha faasivõrdlust lõpppingega.
Traditsioonilised kaudsed meetodid on järgmised:
1) testitava mootori armatuuripesasse on maetud sammu ja mootori algse mähise vahele mitu peent traati keerdu mõõtemähina, et saada testitava mootori mähise faasiga sama pinge võrdlussignaal ja võimsusteguri nurk võrdluse abil.
2) Paigaldage testitava mootori võllile sünkroonmootor, mis on identne testitava mootoriga. Sellel põhimõttel põhineb allpool kirjeldatud pinge faasi mõõtmise meetod [2]. Eksperimentaalne ühendusskeem on näidatud joonisel 2. TSM on testitav püsimagnetiga sünkroonmootor, ASM on identne sünkroonmootor, mida on lisaks vaja, PM on peamine liikumapanev jõud, mis võib olla kas sünkroonmootor või alalisvoolumootor, B on pidur ja DBO on kahekiireline ostsilloskoop. TSM-i ja ASM-i faasid B ja C on ühendatud ostsilloskoobiga. Kui TSM on ühendatud kolmefaasilise toiteallikaga, võtab ostsilloskoop vastu signaale VTSM ja E0ASM. Kuna kaks mootorit on identsed ja pöörlevad sünkroonselt, on testeri TSM-i koormuseta tagasipotentsiaal ja generaatorina toimiva ASM-i koormuseta tagasipotentsiaal E0ASM faasis. Seega saab mõõta võimsusnurka θ, st faaside erinevust VTSM-i ja E0ASM-i vahel.
Joonis 2. Võimsusnurga mõõtmise eksperimentaalne ühendusskeem
Seda meetodit ei kasutata eriti sageli, peamiselt seetõttu, et: ① väikese sünkroonmootori või pöördtrafo rootorivõllile paigaldatud mootoril on kaks väljaulatuvat võlli otsa, mida on sageli raske mõõta. ② Võimsusnurga mõõtmise täpsus sõltub suuresti VTSM-i ja E0ASM-i suurest harmoonilise sisaldusest ning kui harmooniline sisaldus on suhteliselt suur, väheneb mõõtmise täpsus.
3) Võimsusnurga testi täpsuse ja kasutusmugavuse parandamiseks kasutatakse nüüd rohkem positsiooniandureid rootori positsioonisignaali tuvastamiseks ja seejärel faaside võrdlemiseks lõpppinge lähenemisviisi.
Põhiprintsiip on paigaldada projitseeritud või peegelduv fotoelektriline ketas mõõdetava püsimagnetiga sünkroonmootori võllile, ketta ühtlaselt jaotatud aukude arv või mustvalged markerid ja testitava sünkroonmootori pooluste paaride arv. Kui ketas pöörleb mootoriga ühe pöörde, võtab fotoelektriline andur vastu p rootori asendisignaali ja genereerib p madalpinge impulssi. Kui mootor töötab sünkroonselt, on selle rootori asendisignaali sagedus võrdne armatuuri klemmide pinge sagedusega ja selle faas peegeldab ergastuselektromotoorjõu faasi. Sünkroniseerimisimpulsi signaali võimendatakse faaside võrdlemiseks, faasinihke ja testitava mootori armatuuri pinge abil, et saada faaside erinevus. Kui mootor töötab koormuseta, on faaside erinevus θ1 (ligikaudne võimsusnurk θ = 0), koormuse korral on faaside erinevus θ2, siis faaside erinevus θ2 - θ1 on mõõdetud püsimagnetiga sünkroonmootori koormuse võimsusnurga väärtus. Skemaatiline diagramm on näidatud joonisel 3.
Joonis 3. Võimsusnurga mõõtmise skemaatiline diagramm
Kuna fotoelektrilise ketta puhul on ühtlaselt musta ja valge märgistusega märgistamine keeruline, ei saa püsimagnetiga sünkroonmootori pooluste samaaegne märgistamine olla ühist. Lihtsuse mõttes saab testida ka püsimagnetiga mootori ajamivõlli, mis on mähitud musta teibiga ringi ja kaetud valge märgisega. Püsimagnetiga anduri peegeldav valgusallikas kogub valgust sellesse ringi teibi pinnal. Sel viisil võtab iga mootori pööre, mis on suunatud fotoelektrilise anduri valgustundlikule transistorile, peegeldunud valguse eest ja juhtivuse eest, mille tulemuseks on elektriline impulsssignaal. Pärast võimendamist ja kujundamist saadakse võrdlussignaal E1. Testmootori armatuurimähise otsast saab mis tahes kahefaasilise pinge pinge, mis pingetrafo PT abil madalpingele suunatakse pingevõrdlusandurile. Moodustub pingeimpulsssignaali U1 ristkülikukujuline faasiesindaja. U1 kasutab p-jaotusega sagedust, et võrrelda faasivõrdlusandurit faaside erinevusega. U1 kasutab p-jaotusega sagedust, et võrrelda faasivõrdlusandurit signaaliga, mis on faaside vahe. U1 kasutab p-jaotusega sagedust, et võrrelda faasivõrdlusandurit signaali faaside erinevusega. U1 kasutab p-jaotusega sagedust, et võrrelda faasivõrdlusandurit signaali faaside erinevusega.
Ülaltoodud võimsusnurga mõõtmise meetodi puuduseks on see, et võimsusnurga saamiseks tuleb kahe mõõtmise vahel teha vahe. Kahe suuruse lahutamise vältimiseks ja täpsuse vähendamiseks tuleb koormuse faaside erinevuse θ2 ehk U2 signaali ümberpööramise mõõtmisel mõõdetud faaside erinevus θ2'=180° - θ2, võimsusnurk θ=180° - (θ1 + θ2'), mis teisendab kaks suurust faasi lahutamise teel liitmiseks. Faasisuuruste diagramm on näidatud joonisel 4.
Joonis 4. Faasierinevuse arvutamise faaside liitmise meetodi põhimõte
Teine täiustatud meetod ei kasuta pinge ristkülikukujulise lainekuju signaali sagedusjaotust, vaid kasutab mikroarvutit signaali lainekuju samaaegseks salvestamiseks vastavalt sisendliidese kaudu, koormuseta pinge ja rootori asendi signaali lainekujude U0, E0 ning koormuspinge ja rootori asendi ristkülikukujulise lainekuju signaalide U1, E1 salvestamiseks ning seejärel kahe salvestuse lainekujude liigutamiseks üksteise suhtes, kuni kahe pinge ristkülikukujulise lainekuju signaali lainekujud on täielikult kattuvad, kui kahe rootori asendi signaali faaside vahe on võimsusnurk; või liigutades lainekuju nii, et kahe rootori asendi signaali lainekujud langevad kokku, on kahe pinge signaali faaside vahe võimsusnurk.
Tuleb märkida, et püsimagnetiga sünkroonmootori tegelikul koormuseta töötamisel ei ole võimsusnurk null, eriti väikeste mootorite puhul, kuna koormuseta töötamisel on tühikäigul kadu (sh staatori vase kadu, raua kadu, mehaaniline kadu ja hulkuv kadu) suhteliselt suur. Kui koormuseta töötamise võimsusnurk on null, põhjustab see võimsusnurga mõõtmisel suure vea. Nii saab alalisvoolumootori töötamise ajal tagada, et rooli suund ja katsemootori rool oleksid kooskõlas alalisvoolumootori rooliga. Nii saab alalisvoolumootori roolimine samas olekus toimida ja alalisvoolumootorit saab kasutada katsemootorina. See tagab, et alalisvoolumootori rooli suund ja katsemootori rool on kooskõlas alalisvoolumootori rooliga, et tagada kõik katsemootori võlli kaod (sh raua kadu, mehaaniline kadu, hulkuv kadu jne). Hinnangumeetodiks on see, et katsemootori sisendvõimsus on võrdne staatori vase tarbimisega, st P1 = pCu, ning pinge ja vool on faasis. Seekord vastab mõõdetud θ1 astmenurgale null.
Kokkuvõte: selle meetodi eelised:
① Otsese koormuse meetod võimaldab mõõta püsiseisundi küllastusinduktiivsust erinevate koormusseisundite korral ning see ei vaja intuitiivset ja lihtsat juhtimisstrateegiat.
Kuna mõõtmine toimub otse koormuse all, saab arvesse võtta küllastusefekti ja demagnetiseerimisvoolu mõju induktiivsuse parameetritele.
Selle meetodi puudused:
① Otsese koormuse meetodil tuleb samaaegselt mõõta rohkem suurusi (kolmefaasiline pinge, kolmefaasiline vool, võimsusteguri nurk jne), võimsusnurga mõõtmine on keerulisem ja iga suuruse mõõtmise täpsus mõjutab otseselt parameetrite arvutuste täpsust ning parameetrite mõõtmisel tekivad kergesti igasugused vead. Seetõttu tuleks parameetrite mõõtmisel otsese koormuse meetodi kasutamisel pöörata tähelepanu veaanalüüsile ja valida täpsem mõõteriist.
② Selles mõõtmismeetodis asendatakse ergastuselektromotoorjõu E0 väärtus otse mootori klemmide pingega koormuseta olekus ja see lähendus toob kaasa ka loomupäraseid vigu. Kuna püsimagneti tööpunkt muutub koos koormusega, mis tähendab, et erinevate staatori voolude korral on püsimagneti läbitavus ja voolutihedus erinevad, seega on ka tekkiv ergastuselektromotoorjõud erinev. Sel viisil ei ole koormuse all oleva ergastuselektromotoorjõu asendamine koormuseta olekus oleva ergastuselektromotoorjõuga eriti täpne.
Viited
[1] Tang Renyuan jt. Kaasaegne püsimagnetmootorite teooria ja disain. Peking: Machinery Industry Press. Märts 2011
[2] J. F. Gieras, M. Wing. Püsimagnetiga mootorite tehnoloogia, disain ja rakendused, 2. trükk. New York: Marcel Dekker, 2002:170–171
Autoriõigus: See artikkel on WeChati avaliku numbri mootoripeegu (电机极客), algse lingi, kordustrükk.https://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
See artikkel ei esinda meie ettevõtte seisukohti. Kui teil on teistsuguseid arvamusi või seisukohti, palun parandage meid!
Postituse aeg: 18. juuli 2024