I. Senkron endüktans ölçümünün amacı ve önemi
(1) Eşzamanlı Endüktans Parametrelerinin (yani Çapraz Eksen Endüktansı) Ölçülmesinin Amacı
AC ve DC endüktans parametreleri, kalıcı mıknatıslı senkron motorlardaki en önemli iki parametredir. Bu parametrelerin doğru bir şekilde belirlenmesi, motor karakteristik hesaplaması, dinamik simülasyon ve hız kontrolü için ön koşul ve temel teşkil eder. Senkron endüktans, güç faktörü, verim, tork, armatür akımı, güç ve diğer parametreler gibi birçok sabit durum özelliğinin hesaplanmasında kullanılabilir. Vektör kontrollü kalıcı mıknatıslı motor kontrol sisteminde, senkron endüktör parametreleri doğrudan kontrol algoritmasına dahil edilir ve araştırma sonuçları, zayıf manyetik bölgede motor parametrelerinin yanlışlığının tork ve güçte önemli bir düşüşe 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 doygun hale gelir; bu da motorun senkron endüktans parametresinin manyetik devrenin doygunluğuna göre değişmesine neden olur. Başka bir deyişle, parametreler motorun çalışma koşullarına göre değişecektir; senkron endüktans parametrelerinin nominal çalışma koşullarıyla tamamen uyumlu 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 endüktans ölçümü için çeşitli yöntemleri bir araya getirmekte ve bunların ayrıntılı bir karşılaştırmasını ve analizini yapmaktadır. Bu yöntemler kabaca iki ana kategoriye ayrılabilir: doğrudan yük testi ve dolaylı statik test. Statik test, AC statik testi ve DC statik testi olarak ikiye ayrılır. Bugün, "Senkron Endüktör Test Yöntemleri" serimizin ilk bölümünde yük testi yöntemini açıklayacağız.
Literatür [1], doğrudan yük yönteminin ilkesini tanıtır. Kalıcı mıknatıslı motorlar, 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'ın U'yu aştığı durumda pozitiftir; güç faktörü açısı φ, I'nin U'yu aştığı durumda pozitiftir ve iç güç faktörü açısı ψ, E0'ın I'yi aştığı durumda pozitiftir. Motorun güç açısı θ, U'nun E0'ı aştığı durumda pozitiftir; güç faktörü açısı φ, U'nun I'yi aştığı durumda pozitiftir ve iç güç faktörü açısı ψ, I'nin E0'ı aştığı durumda 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 terminal 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 doğru akım şaft akımı veya stator akımı miktarı ve dahili güç faktörü açısı)
Endüktif parametrelerin doğrudan yük yöntemiyle ölçülmesindeki temel zorluk, güç açısı θ'nin ölçülmesinde yatmaktadır. Bildiğimiz gibi, bu, motor terminal gerilimi U ile uyarma elektromotor kuvveti arasındaki faz açısı farkıdır. Motor kararlı bir şekilde çalışırken, uç gerilimi doğrudan elde edilebilir, ancak E0 doğrudan elde edilemez. Bu nedenle, E0 ile aynı frekansta periyodik bir sinyal ve uç gerilimiyle faz karşılaştırması yapmak için E0 yerine sabit bir faz farkı elde etmek için yalnızca dolaylı bir yöntemle elde edilebilir.
Geleneksel dolaylı yöntemler şunlardır:
1) Test edilen motorun armatür yuvasına gömülü adım ve motorun orijinal bobinine birkaç tur ince telden ölçüm bobini bağlanarak, 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 bağlıdır. 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 faz farkı yani güç açısı θ ölçülebilir.
Şekil 2 Güç açısını ölçmek için deneysel kablo şeması
Bu yöntem çok yaygın olarak kullanılmaz, çünkü: ① rotor miline monte edilmiş küçük senkron motor veya döner transformatörde ölçülmesi gereken motorun iki ucu dışarı doğru uzanmış mildir 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 faz karşılaştırması uç voltaj yaklaşımıyla yapılıyor.
Temel prensip, ölçülen sabit mıknatıslı senkron motorun şaftına yansıtılmış veya yansıtılmış bir fotoelektrik disk yerleştirmek, diskteki veya siyah beyaz işaretleyicilerdeki düzgün dağılmış delik sayısını ve test edilen senkron motorun kutup çifti sayısını belirlemektir. Disk motorla birlikte bir tur döndüğünde, fotoelektrik sensör p adet rotor konum sinyali alır ve p adet düşük voltaj darbesi üretir. Motor senkron çalışırken, bu rotor konum sinyalinin frekansı armatür terminal voltajının frekansına eşittir ve fazı, uyarma elektromotor kuvvetinin fazını yansıtır. Senkronizasyon darbe sinyali, faz kaydırması yapılarak yükseltilir ve faz karşılaştırması için test motoru armatür voltajı faz farkı elde edilir. Motor yüksüz çalışırken faz farkı θ1'dir (bu anda güç açısı θ = 0'dır), yük çalışırken faz farkı θ2'dir, bu durumda θ2 - θ1 faz farkı ölçülen sabit mıknatıslı senkron motor yük güç açısı değeridir. Şematik diyagram Şekil 3’te gösterilmiştir.
Şekil 3 Güç açısı ölçümünün şematik diyagramı
Siyah ve beyaz işaretlerle düzgün bir şekilde kaplanmış fotoelektrik disklerde olduğu gibi, ölçümler daha zordur ve sabit mıknatıslı senkron motor kutupları aynı anda işaretlendiğinde disk birbiriyle ortak olamaz. Basitlik açısından, siyah bantla sarılmış ve beyaz işaretle kaplanmış sabit mıknatıslı motor tahrik milinde de test yapılabilir; yansıtıcı fotoelektrik sensör, bu bant yüzeyinde toplanan ışığın yaydığı ışığın kaynağını oluşturur. Bu şekilde, motorun her dönüşünde, fotoelektrik sensördeki fotoelektrik sensör, yansıyan ışığı alır ve bir kez iletir, bu da bir elektrik darbe sinyaliyle sonuçlanır; amplifikasyon ve şekillendirmeden sonra bir karşılaştırma sinyali E1 elde edilir. Test motorunun armatür sargısının ucundan herhangi iki fazlı gerilim, gerilim trafosu PT tarafından düşük bir gerilime düşürülür, gerilim karşılaştırıcısına gönderilir ve U1 gerilim darbe sinyalinin dikdörtgen fazının bir temsilcisi U1 oluşur. P-bölüm frekansı ile faz karşılaştırıcısı karşılaştırılarak faz ve faz karşılaştırıcısı arasında bir karşılaştırma elde edilir. U1, p-bölüm frekansı ile faz farkının sinyal ile karşılaştırılması için faz karşılaştırıcısı ile ölçülür.
Yukarıdaki güç açısı ölçüm yönteminin dezavantajı, güç açısını elde etmek için iki ölçüm arasındaki farkın alınması gerekliliğidir. İki niceliğin çıkarılmasını önlemek ve doğruluğu azaltmak için, yük faz farkı θ2'nin, yani U2 sinyalinin ters çevrilmesinin ölçümünde ölçülen faz farkı θ2'=180° - θ2, güç açısı θ=180° - (θ1 + θ2') olur; bu da iki niceliği fazın çıkarılmasından toplanmasına dönüştürür. Faz niceliği diyagramı Şekil 4'te gösterilmiştir.
Şekil 4 Faz farkının hesaplanması için faz ekleme yönteminin prensibi
Başka bir geliştirilmiş yöntem, gerilim dikdörtgen dalga formu sinyal frekans bölmesini kullanmaz, ancak giriş arayüzü aracılığıyla sırasıyla sinyal dalga formunu kaydetmek için bir mikrobilgisayar kullanır, yüksüz gerilim ve rotor konumu sinyal dalga formları U0, E0'ın yanı sıra yük gerilimi ve rotor konumu dikdörtgen dalga formu sinyallerini U1, E1 kaydeder ve ardından iki rotor konumu sinyalinin dalga formları tamamen örtüşene kadar iki kaydın dalga formlarını birbirine göre hareket ettirir, iki rotor konumu sinyali arasındaki faz farkı güç açısıdır; veya dalga formunu iki rotor konumu sinyal dalga formları çakışana kadar hareket ettirin, o zaman iki gerilim sinyali arasındaki faz farkı güç açısıdır.
Kalıcı mıknatıslı senkron motorun gerçek yüksüz çalışmasında güç açısının sıfır olmadığı, özellikle küçük motorlar için, yüksüz çalışma nedeniyle yüksüz kayıpların (stator bakır kaybı, demir kaybı, mekanik kayıp, kaçak kayıp vb. dahil) nispeten büyük olduğu belirtilmelidir. Yüksüz güç açısının sıfır olduğunu düşünürseniz, güç açısının ölçümünde büyük bir hataya neden olur. Bu, 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 sıfırın güç 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 doygunluk etkisi ve demanyetizasyon akımının endüktans parametreleri üzerindeki etkisi hesaba katılabilir.
Bu yöntemin dezavantajları:
① Doğrudan yükleme yöntemi aynı anda daha fazla niceliği (üç fazlı voltaj, üç fazlı akım, güç faktörü açısı vb.) ölçmeyi gerektirir; güç açısının ölçümü daha zordur ve her niceliğin testinin doğruluğu, parametre hesaplamalarının doğruluğu üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Parametre testinde her türlü hatanın birikmesi kolaydır. Bu nedenle, parametreleri ölçmek için doğrudan yükleme yöntemini kullanırken hata analizine dikkat edilmeli ve daha yüksek doğrulukta bir test cihazı seçilmelidir.
② Bu ölçüm yönteminde, uyarma elektromotor kuvveti E0 değeri, yüksüz durumdaki motor terminal voltajıyla doğrudan değiştirilir ve bu yaklaşım da doğal hatalara yol açar. Çünkü, kalıcı mıknatısın çalışma noktası yükle birlikte değişir; bu da farklı stator akımlarında kalıcı mıknatısın geçirgenliği ve akı yoğunluğunun farklı olduğu ve dolayısıyla ortaya çıkan uyarma elektromotor kuvvetinin de farklı olduğu anlamına gelir. Bu nedenle, yük altındaki uyarma elektromotor kuvvetini yüksüz durumdaki uyarma elektromotor kuvvetiyle değiştirmek çok doğru değildir.
Referanslar
[1] Tang Renyuan ve diğerleri. Modern kalıcı mıknatıslı motor teorisi ve tasarımı. Pekin: Makine Endüstrisi Yayınları. Mart 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Kalıcı Mıknatıs Motor Teknolojisi, Tasarımı ve Uygulamaları, 2. baskı. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Telif Hakkı: Bu makale, orijinal bağlantı olan WeChat genel numara motor peek'in (电机极客) yeniden basımıdırhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Bu makale şirketimizin görüşlerini yansıtmamaktadır. Farklı görüş veya düşünceleriniz varsa lütfen düzeltin!
Gönderi zamanı: 18 Temmuz 2024