I. Senkron endüktansın ölçülmesinin amacı ve önemi
(1) Eşzamanlı Endüktans Parametrelerinin Ölçülmesinin Amacı (yani Çapraz Eksen Endüktansı)
AC ve DC endüktans parametreleri, kalıcı mıknatıslı senkron motordaki en önemli iki parametredir. Bunların doğru bir şekilde edinilmesi, motor karakteristik hesaplaması, dinamik simülasyon ve hız kontrolü için ön koşul ve temeldir. Senkron endüktans, güç faktörü, verimlilik, tork, armatür akımı, güç ve diğer parametreler gibi birçok sabit durum özelliğini hesaplamak için kullanılabilir. Vektör kontrolü kullanan kalıcı mıknatıslı motorun kontrol sisteminde, senkron endüktör parametreleri doğrudan kontrol algoritmasına dahil edilir ve araştırma sonuçları, zayıf manyetik bölgede motor parametrelerinin yanlışlığının tork ve güçte önemli bir azalmaya yol açabileceğini göstermektedir. Bu, senkron endüktör parametrelerinin önemini göstermektedir.
(2) Senkron endüktans ölçümünde dikkat edilmesi gereken sorunlar
Yüksek bir güç yoğunluğu elde etmek için, kalıcı mıknatıslı senkron motorların yapısı genellikle daha karmaşık olacak şekilde tasarlanır ve motorun manyetik devresi daha doymuş olur, bu da motorun senkron endüktans parametresinin manyetik devrenin doygunluğuna göre değişmesiyle sonuçlanır. Başka bir deyişle, parametreler motorun çalışma koşullarına göre değişecektir, senkron endüktans parametrelerinin nominal çalışma koşullarıyla tamamen aynı olması motor parametrelerinin doğasını doğru bir şekilde yansıtamaz. Bu nedenle, endüktans değerlerinin farklı çalışma koşulları altında ölçülmesi gerekir.
2.kalıcı mıknatıslı motor senkron endüktans ölçüm yöntemleri
Bu makale, senkron endüktansı ölçmenin çeşitli yöntemlerini toplar ve bunların ayrıntılı bir karşılaştırmasını ve analizini yapar. Bu yöntemler kabaca iki ana türe ayrılabilir: doğrudan yük testi ve dolaylı statik test. Statik test ayrıca AC statik test ve DC statik test olarak ayrılır. Bugün, "Senkron Endüktör Test Yöntemleri"mizin ilk bölümünde yük testi yöntemi açıklanacaktır.
Literatür [1], doğrudan yük yönteminin ilkesini tanıtır. Kalıcı mıknatıs motorları, yük operasyonlarını analiz etmek için genellikle çift reaksiyon teorisini kullanarak analiz edilebilir ve jeneratör ve motor operasyonunun faz diyagramları aşağıdaki Şekil 1'de gösterilmiştir. Jeneratörün güç açısı θ, E0 U'yu aştığında pozitiftir, güç faktörü açısı φ, I U'yu aştığında pozitiftir ve iç güç faktörü açısı ψ, E0 I'ı aştığında pozitiftir. Motorun güç açısı θ, U E0'ı aştığında pozitiftir, güç faktörü açısı φ, U I'ı aştığında pozitiftir ve iç güç faktörü açısı ψ, I E0'ı aştığında pozitiftir.
Şekil 1. Kalıcı mıknatıslı senkron motor çalışmasının faz diyagramı
(a) Jeneratör durumu (b) Motor durumu
Bu faz diyagramına göre; sabit mıknatıslı motorun yük altında çalışması durumunda, ölçülen boşta uyartım elektromotor kuvveti E0, armatür uç gerilimi U, akım I, güç faktörü açısı φ ve güç açısı θ vb. elde edilebilir, düz eksen armatür akımı, çapraz eksen bileşeni Id = Isin (θ - φ) ve Iq = Icos (θ - φ) ise, Xd ve Xq aşağıdaki denklemden elde edilebilir:
Jeneratör çalışırken:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Motor çalışırken:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Kalıcı mıknatıslı senkron motorların sabit durum parametreleri, motorun çalışma koşulları değiştikçe değişir ve armatür akımı değiştiğinde hem Xd hem de Xq değişir. Bu nedenle, parametreleri belirlerken, motor çalışma koşullarını da belirttiğinizden emin olun. (Alternatif ve doğrudan şaft akımı veya stator akımı miktarı ve dahili güç faktörü açısı)
Doğrudan yük yöntemi ile endüktif parametreleri ölçerken karşılaşılan temel zorluk, güç açısı θ'nin ölçülmesinde yatar. Bildiğimiz gibi, bu, motor terminal voltajı U ile uyarma elektromotor kuvveti arasındaki faz açısı farkıdır. Motor kararlı bir şekilde çalışırken, uç voltajı doğrudan elde edilebilir, ancak E0 doğrudan elde edilemez, bu nedenle yalnızca E0 ile aynı frekansta periyodik bir sinyal ve uç voltajıyla faz karşılaştırması yapmak için E0'ı değiştirecek sabit bir faz farkı elde etmek için dolaylı bir yöntemle elde edilebilir.
Geleneksel dolaylı yöntemler şunlardır:
1) Test edilen motorun armatür yuvasına gömülü adım ve motorun orijinal bobinine birkaç tur ince tel ölçüm bobini olarak bağlanır, böylece test edilen motor sargısıyla aynı fazı elde etmek için gerilim karşılaştırma sinyali, güç faktörü açısının karşılaştırılması yoluyla elde edilebilir.
2) Test edilen motorun şaftına, test edilen motorla aynı senkron bir motor takın. Aşağıda açıklanacak olan gerilim fazı ölçüm yöntemi [2], bu prensibe dayanmaktadır. Deneysel bağlantı şeması Şekil 2'de gösterilmiştir. TSM, test edilen kalıcı mıknatıslı senkron motordur, ASM ek olarak gereken aynı senkron motordur, PM, senkron motor veya DC motor olabilen birincil hareket ettiricidir, B frendir ve DBO çift ışınlı bir osiloskoptur. TSM ve ASM'nin B ve C fazları osiloskopa bağlanır. TSM üç fazlı bir güç kaynağına bağlandığında, osiloskop VTSM ve E0ASM sinyallerini alır. İki motor aynı olduğundan ve senkron olarak döndüğünden, test cihazının TSM'sinin boşta geri potansiyeli ile jeneratör görevi gören ASM'nin boşta geri potansiyeli E0ASM, fazdadır. Dolayısıyla VTSM ile E0ASM arasındaki güç açısı θ, yani faz farkı ölçülebilir.
Şekil 2 Güç açısını ölçmek için deneysel kablo şeması
Bu yöntem çok yaygın olarak kullanılmaz, bunun başlıca nedenleri şunlardır: ① rotor miline monte edilmiş küçük senkron motor veya döner trafoda ölçülmesi gereken motorun iki ucu dışarı doğru uzatılmış şafta sahiptir ve bu genellikle yapılması zor bir işlemdir. ② Güç açısı ölçümünün doğruluğu büyük ölçüde VTSM ve E0ASM'nin yüksek harmonik içeriğine bağlıdır ve harmonik içerik nispeten büyükse, ölçümün doğruluğu azalacaktır.
3) Güç açısı testinin doğruluğunu ve kullanım kolaylığını artırmak için, rotor konum sinyalini algılamak için artık daha fazla konum sensörü kullanılıyor ve ardından uç voltaj yaklaşımıyla faz karşılaştırması yapılıyor
Temel prensip, ölçülen sabit mıknatıslı senkron motorun şaftına yansıtılmış veya yansıtılmış bir fotoelektrik disk takmak, diskteki veya siyah beyaz işaretleyicilerdeki düzgün dağıtılmış delik sayısı ve test edilen senkron motorun kutup çifti sayısıdır. Disk motorla birlikte bir devir döndüğünde, fotoelektrik sensör p rotor konum sinyali alır ve p düşük voltaj darbesi üretir. Motor senkron olarak çalışırken, bu rotor konum sinyalinin frekansı armatür terminal voltajının frekansına eşittir ve fazı, uyarma elektromotor kuvvetinin fazını yansıtır. Senkronizasyon darbe sinyali şekillendirilerek yükseltilir, faz kaydırılır ve faz farkı elde etmek için faz karşılaştırması için test motoru armatür voltajı kullanılır. Motor yüksüz çalışırken faz farkı θ1'dir (bu anda güç açısı θ = 0'a yaklaşık olarak eşittir), yük çalışırken faz farkı θ2'dir, o zaman faz farkı θ2 - θ1 ölçülen sabit mıknatıslı senkron motor yük güç açısı değeridir. Şematik diyagram Şekil 3’te gösterilmiştir.
Şekil 3 Güç açısı ölçümünün şematik diyagramı
Fotoelektrik diskte siyah ve beyaz işaretle düzgün bir şekilde kaplandığında daha zordur ve ölçülen kalıcı mıknatıslı senkron motor kutupları aynı anda işaretleme diski birbirleriyle ortak olamaz. Basitleştirmek için, siyah banttan bir daireye sarılmış, beyaz bir işaretle kaplanmış kalıcı mıknatıslı motor tahrik milinde de test edilebilir, yansıtıcı fotoelektrik sensör ışık kaynağı, bant yüzeyinde bu dairede toplanan ışık tarafından yayılır. Bu şekilde, motorun her turunda, fotoelektrik sensördeki fotoelektrik sensör, yansıyan ışığı alır ve bir kez iletir, bunun sonucunda bir elektrik darbe sinyali elde edilir, amplifikasyon ve şekillendirmeden sonra bir karşılaştırma sinyali E1 elde edilir. Test motorunun armatür sargısının herhangi iki fazlı voltajından, voltaj transformatörü PT tarafından düşük bir voltaja düşürülür, voltaj karşılaştırıcısına gönderilir, dikdörtgen fazının temsilcisinin oluşumu gerilim darbe sinyali U1. U1, p-bölüm frekansı ile faz karşılaştırıcısı karşılaştırması, faz ve faz karşılaştırıcısı arasında bir karşılaştırma elde etmek için. U1, p-bölüm frekansı ile faz farkının sinyal ile karşılaştırılması için faz karşılaştırıcısı ile ölçülür.
Yukarıdaki güç açısı ölçüm yönteminin eksikliği, güç açısını elde etmek için iki ölçüm arasındaki farkın yapılması gerektiğidir. İki niceliğin çıkarılmasını önlemek ve doğruluğu azaltmak için, yük faz farkı θ2'nin ölçümünde, U2 sinyal tersine çevrilmesi, ölçülen faz farkı θ2'=180 ° - θ2, güç açısı θ=180 ° - (θ1 + θ2'), bu da iki niceliği fazın çıkarılmasından toplamaya dönüştürür. Faz niceliği diyagramı Şekil 4'te gösterilmiştir.
Şekil 4 Faz farkının hesaplanması için faz ekleme yönteminin prensibi
Başka bir geliştirilmiş yöntem, voltaj dikdörtgen dalga formu sinyal frekans bölümünü kullanmaz, bunun yerine giriş arayüzü üzerinden sırasıyla sinyal dalga formunu aynı anda kaydetmek için bir mikrobilgisayar kullanır, yüksüz voltaj ve rotor konumu sinyal dalga formlarını U0, E0 ile yük voltajı ve rotor konumu dikdörtgen dalga formu sinyallerini U1, E1 kaydeder ve ardından iki kaydın dalga formlarını, iki rotor arasındaki faz farkı iki rotor konumu sinyalinin dalga formları tamamen örtüşene kadar birbirine göre hareket ettirir. İki rotor konumu sinyali arasındaki faz farkı güç açısıdır; veya dalga formunu iki rotor konumu sinyal dalga formları çakışana kadar hareket ettirin, o zaman iki voltaj sinyali arasındaki faz farkı güç açısıdır.
Kalıcı mıknatıslı senkron motorun gerçek yüksüz çalışmasının, güç açısının sıfır olmadığı, özellikle küçük motorlar için, yüksüz çalışma nedeniyle yüksüz kayıpların (stator bakır kaybı, demir kaybı, mekanik kayıp, kaçak kayıp dahil) nispeten büyük olduğu belirtilmelidir, eğer yüksüz güç açısının sıfır olduğunu düşünürseniz, güç açısının ölçümünde büyük bir hataya neden olur, bu da DC motorun motor durumunda çalışmasını, direksiyon yönünü ve test motoru direksiyonunu tutarlı hale getirmek için kullanılabilir, DC motor direksiyonu ile DC motor aynı durumda çalışabilir ve DC motor test motoru olarak kullanılabilir. Bu, DC motorun motor durumunda çalışmasını, direksiyonu ve test motoru direksiyonunu DC motorla tutarlı hale getirerek test motorunun tüm şaft kaybını (demir kaybı, mekanik kayıp, kaçak kayıp vb. dahil) sağlayabilir. Yargılama yöntemi, test motoru giriş gücünün stator bakır tüketimine eşit olması, yani P1 = pCu ve fazdaki voltaj ve akımdır. Bu sefer ölçülen θ1 sıfır kuvvet açısına karşılık gelmektedir.
Özet: Bu yöntemin avantajları:
① Doğrudan yükleme yöntemi, çeşitli yük durumları altında sabit durum doygunluk endüktansını ölçebilir ve sezgisel ve basit olan bir kontrol stratejisi gerektirmez.
Ölçüm doğrudan yük altında yapıldığından, doyma etkisi ve demanyetizasyon akımının endüktans parametreleri üzerindeki etkisi hesaba katılabilir.
Bu yöntemin dezavantajları:
① Doğrudan yükleme yöntemi aynı anda daha fazla niceliği ölçmeyi gerektirir (üç fazlı voltaj, üç fazlı akım, güç faktörü açısı vb.), güç açısının ölçülmesi daha zordur ve her niceliğin testinin doğruluğu, parametre hesaplamalarının doğruluğu üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir ve parametre testindeki her türlü hatanın birikmesi kolaydır. Bu nedenle, parametreleri ölçmek için doğrudan yükleme yöntemini kullanırken, hata analizine dikkat edilmeli ve test cihazının daha yüksek doğruluğu seçilmelidir.
② Bu ölçüm yönteminde uyarım elektromotor kuvveti E0 değeri, doğrudan yük altında motor terminal voltajı ile değiştirilir ve bu yaklaşım da doğal hatalar getirir. Çünkü, kalıcı mıknatısın çalışma noktası yükle birlikte değişir, bu da farklı stator akımlarında kalıcı mıknatısın geçirgenliği ve akı yoğunluğunun farklı olduğu anlamına gelir, bu nedenle ortaya çıkan uyarım elektromotor kuvveti de farklıdır. Bu şekilde, yük koşulu altındaki uyarım elektromotor kuvvetini yük altında uyarım elektromotor kuvveti ile değiştirmek çok doğru değildir.
Referanslar
[1] Tang Renyuan ve diğerleri. Modern kalıcı mıknatıs motor teorisi ve tasarımı. Pekin: Makine Endüstrisi Basını. Mart 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Kalıcı Mıknatıs Motor Teknolojisi, Tasarım ve Uygulamaları, 2. baskı. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Telif Hakkı: Bu makale, orijinal bağlantı olan WeChat genel numarası motor peek'in (电机极客) yeniden basımıdırhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Bu makale şirketimizin görüşlerini temsil etmemektedir. Farklı görüşleriniz veya görüşleriniz varsa lütfen bizi düzeltin!
Gönderi zamanı: 18-Tem-2024