I. Ο σκοπός και η σημασία της μέτρησης της σύγχρονης επαγωγής
(1)Σκοπός της μέτρησης των παραμέτρων της σύγχρονης επαγωγής (δηλαδή Αγωγή διασταύρωσης)
Οι παράμετροι επαγωγής AC και DC είναι οι δύο πιο σημαντικές παράμετροι σε έναν σύγχρονο κινητήρα μόνιμου μαγνήτη. Η ακριβής απόκτησή τους είναι η προϋπόθεση και η βάση για τον υπολογισμό των χαρακτηριστικών του κινητήρα, τη δυναμική προσομοίωση και τον έλεγχο της ταχύτητας. Η σύγχρονη αυτεπαγωγή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό πολλών ιδιοτήτων σταθερής κατάστασης όπως ο συντελεστής ισχύος, η απόδοση, η ροπή, το ρεύμα οπλισμού, η ισχύς και άλλες παραμέτρους. Στο σύστημα ελέγχου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη χρησιμοποιώντας διανυσματικό έλεγχο, οι παράμετροι του σύγχρονου επαγωγέα εμπλέκονται άμεσα στον αλγόριθμο ελέγχου και τα αποτελέσματα της έρευνας δείχνουν ότι στην ασθενή μαγνητική περιοχή, η ανακρίβεια των παραμέτρων του κινητήρα μπορεί να οδηγήσει σε σημαντική μείωση της ροπής και δύναμη. Αυτό δείχνει τη σημασία των παραμέτρων του σύγχρονου επαγωγέα.
(2)Προβλήματα που πρέπει να σημειωθούν στη μέτρηση της σύγχρονης επαγωγής
Προκειμένου να επιτευχθεί υψηλή πυκνότητα ισχύος, η δομή των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη είναι συχνά σχεδιασμένη ώστε να είναι πιο περίπλοκη και το μαγνητικό κύκλωμα του κινητήρα είναι πιο κορεσμένο, με αποτέλεσμα η παράμετρος σύγχρονης επαγωγής του κινητήρα να ποικίλλει ανάλογα με τον κορεσμό το μαγνητικό κύκλωμα. Με άλλα λόγια, οι παράμετροι θα αλλάξουν με τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα, εντελώς με τις ονομαστικές συνθήκες λειτουργίας των παραμέτρων σύγχρονης επαγωγής δεν μπορούν να αντικατοπτρίζουν με ακρίβεια τη φύση των παραμέτρων του κινητήρα. Επομένως, είναι απαραίτητο να μετρηθούν οι τιμές αυτεπαγωγής υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας.
2.Μέθοδοι μέτρησης σύγχρονης επαγωγής κινητήρα μόνιμου μαγνήτη
Αυτή η εργασία συλλέγει διάφορες μεθόδους μέτρησης της σύγχρονης επαγωγής και κάνει μια λεπτομερή σύγκριση και ανάλυση τους. Αυτές οι μέθοδοι μπορούν να κατηγοριοποιηθούν χονδρικά σε δύο βασικούς τύπους: δοκιμή άμεσου φορτίου και έμμεση στατική δοκιμή. Η στατική δοκιμή χωρίζεται περαιτέρω σε στατική δοκιμή AC και στατική δοκιμή DC. Σήμερα, η πρώτη δόση των "Μεθόδων δοκιμής σύγχρονου επαγωγέα" θα εξηγήσει τη μέθοδο δοκιμής φορτίου.
Η βιβλιογραφία [1] εισάγει την αρχή της μεθόδου άμεσου φορτίου. Οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη μπορούν συνήθως να αναλυθούν χρησιμοποιώντας τη θεωρία διπλής αντίδρασης για την ανάλυση της λειτουργίας φορτίου τους και τα διαγράμματα φάσης της λειτουργίας της γεννήτριας και του κινητήρα φαίνονται στο σχήμα 1 παρακάτω. Η γωνία ισχύος θ της γεννήτριας είναι θετική με το E0 να υπερβαίνει το U, η γωνία συντελεστή ισχύος φ είναι θετική με το I να υπερβαίνει το U και η εσωτερική γωνία συντελεστή ισχύος ψ είναι θετική με το E0 να υπερβαίνει το I. Η γωνία ισχύος θ του κινητήρα είναι θετική με Το U υπερβαίνει το E0, η γωνία συντελεστή ισχύος φ είναι θετική με το U να υπερβαίνει το I και η γωνία εσωτερικού συντελεστή ισχύος ψ είναι θετική με το I να υπερβαίνει το E0.
Εικ. 1 Διάγραμμα φάσης λειτουργίας σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη
(α)Κατάσταση γεννήτριας (β) Κατάσταση κινητήρα
Σύμφωνα με αυτό το διάγραμμα φάσης μπορεί να ληφθεί: όταν η λειτουργία φορτίου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, η μετρούμενη ηλεκτροκινητική δύναμη διέγερσης χωρίς φορτίο E0, η τάση τερματικού οπλισμού U, το ρεύμα I, η γωνία συντελεστή ισχύος φ και η γωνία ισχύος θ και ούτω καθεξής, μπορούν να ληφθούν οπλισμός ρεύμα του ευθύ άξονα, συνιστώσα εγκάρσιου άξονα Id = Isin (θ - φ) και Iq = Icos (θ - φ), τότε τα Xd και Xq μπορούν να ληφθούν από τα ακόλουθα εξίσωση:
Όταν λειτουργεί η γεννήτρια:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Όταν ο κινητήρας λειτουργεί:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Οι παράμετροι σταθερής κατάστασης των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη αλλάζουν καθώς αλλάζουν οι συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα και όταν αλλάζει το ρεύμα του οπλισμού, αλλάζουν τόσο το Xd όσο και το Xq. Επομένως, κατά τον προσδιορισμό των παραμέτρων, βεβαιωθείτε ότι υποδεικνύετε και τις συνθήκες λειτουργίας του κινητήρα. (Ποσότητα εναλλασσόμενου και συνεχούς ρεύματος άξονα ή ρεύματος στάτη και γωνία εσωτερικού συντελεστή ισχύος)
Η κύρια δυσκολία κατά τη μέτρηση των επαγωγικών παραμέτρων με τη μέθοδο του άμεσου φορτίου έγκειται στη μέτρηση της γωνίας ισχύος θ. Όπως γνωρίζουμε, είναι η διαφορά γωνίας φάσης μεταξύ της τάσης ακροδεκτών του κινητήρα U και της ηλεκτροκινητικής δύναμης διέγερσης. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί σταθερά, η τελική τάση μπορεί να ληφθεί απευθείας, αλλά το E0 δεν μπορεί να ληφθεί άμεσα, επομένως μπορεί να ληφθεί μόνο με μια έμμεση μέθοδο για να ληφθεί ένα περιοδικό σήμα με την ίδια συχνότητα με το E0 και μια σταθερή διαφορά φάσης προς αντικατάσταση E0 για να γίνει σύγκριση φάσης με την τελική τάση.
Οι παραδοσιακές έμμεσες μέθοδοι είναι:
1) στην υποδοχή οπλισμού του υπό δοκιμή κινητήρα θαμμένο βήμα και στο αρχικό πηνίο του κινητήρα με πολλές στροφές λεπτού σύρματος ως πηνίο μέτρησης, προκειμένου να ληφθεί η ίδια φάση με την περιέλιξη του κινητήρα υπό το σήμα σύγκρισης τάσης δοκιμής, μέσω της σύγκρισης μπορεί να ληφθεί η γωνία συντελεστή ισχύος.
2) Εγκαταστήστε έναν σύγχρονο κινητήρα στον άξονα του υπό δοκιμή κινητήρα που είναι πανομοιότυπος με τον υπό δοκιμή κινητήρα. Η μέθοδος μέτρησης φάσης τάσης [2], η οποία θα περιγραφεί παρακάτω, βασίζεται σε αυτήν την αρχή. Το πειραματικό διάγραμμα σύνδεσης φαίνεται στο Σχήμα 2. Το TSM είναι ο υπό δοκιμή σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη, ο ASM είναι ένας ταυτόσημος σύγχρονος κινητήρας που απαιτείται επιπλέον, ο PM είναι ο κύριος κινητήρας, ο οποίος μπορεί να είναι είτε σύγχρονος κινητήρας είτε DC κινητήρας, το Β είναι το φρένο και το DBO είναι ένας παλμογράφος διπλής δέσμης. Οι φάσεις Β και Γ του TSM και του ASM συνδέονται με το παλμογράφος. Όταν το TSM συνδέεται σε τριφασικό τροφοδοτικό, ο παλμογράφος λαμβάνει τα σήματα VTSM και E0ASM. Επειδή οι δύο κινητήρες είναι πανομοιότυποι και περιστρέφονται συγχρόνως, το backpotential άνευ φορτίου του TSM του ελεγκτή και το backpotential άνευ φορτίου του ASM, το οποίο λειτουργεί ως γεννήτρια, E0ASM, είναι σε φάση. Επομένως, η γωνία ισχύος θ, δηλαδή η διαφορά φάσης μεταξύ VTSM και E0ASM μπορεί να μετρηθεί.
Εικ. 2 Πειραματικό διάγραμμα καλωδίωσης για τη μέτρηση της γωνίας ισχύος
Αυτή η μέθοδος δεν χρησιμοποιείται πολύ συχνά, κυρίως επειδή: ① στον άξονα του ρότορα τοποθετείται μικρός σύγχρονος κινητήρας ή περιστροφικός μετασχηματιστής που απαιτείται να μετρηθεί ο κινητήρας έχει δύο άξονες τεντωμένο άκρο, το οποίο είναι συχνά δύσκολο να γίνει. ② Η ακρίβεια της μέτρησης της γωνίας ισχύος εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το υψηλό αρμονικό περιεχόμενο των VTSM και E0ASM και εάν το αρμονικό περιεχόμενο είναι σχετικά μεγάλο, η ακρίβεια της μέτρησης θα μειωθεί.
3) Για να βελτιωθεί η ακρίβεια δοκιμής γωνίας ισχύος και η ευκολία χρήσης, τώρα περισσότερη χρήση αισθητήρων θέσης για την ανίχνευση του σήματος θέσης του ρότορα και, στη συνέχεια, σύγκριση φάσης με την προσέγγιση τελικής τάσης
Η βασική αρχή είναι η εγκατάσταση ενός προβαλλόμενου ή ανακλώμενου φωτοηλεκτρικού δίσκου στον άξονα του μετρούμενου σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, του αριθμού των ομοιόμορφα κατανεμημένων οπών στο δίσκο ή των ασπρόμαυρων δεικτών και του αριθμού των ζευγών πόλων του υπό δοκιμή σύγχρονου κινητήρα . Όταν ο δίσκος περιστρέφεται κατά μία περιστροφή με τον κινητήρα, ο φωτοηλεκτρικός αισθητήρας λαμβάνει σήματα θέσης p δρομέα και παράγει p παλμούς χαμηλής τάσης. Όταν ο κινητήρας λειτουργεί συγχρονισμένα, η συχνότητα αυτού του σήματος θέσης ρότορα είναι ίση με τη συχνότητα της τάσης ακροδεκτών του οπλισμού και η φάση του αντανακλά τη φάση της ηλεκτροκινητικής δύναμης διέγερσης. Το σήμα παλμού συγχρονισμού ενισχύεται με τη διαμόρφωση, τη μετατόπιση φάσης και την τάση οπλισμού του κινητήρα δοκιμής για σύγκριση φάσης για να ληφθεί η διαφορά φάσης. Ρυθμίστε όταν η λειτουργία του κινητήρα χωρίς φορτίο, η διαφορά φάσης είναι θ1 (κατά προσέγγιση ότι αυτή τη στιγμή η γωνία ισχύος θ = 0), όταν το φορτίο λειτουργεί, η διαφορά φάσης είναι θ2, τότε η διαφορά φάσης θ2 - θ1 είναι η μετρούμενη τιμή γωνίας ισχύος φορτίου μόνιμου μαγνήτη σύγχρονου κινητήρα. Το σχηματικό διάγραμμα φαίνεται στο σχήμα 3.
Εικ. 3 Σχηματικό διάγραμμα μέτρησης γωνίας ισχύος
Όπως και στο φωτοηλεκτρικό δίσκο ομοιόμορφα επικαλυμμένο με ασπρόμαυρο σημάδι είναι πιο δύσκολο, και όταν μετράται μόνιμος μαγνήτης σύγχρονοι πόλοι κινητήρα την ίδια στιγμή σήμανση δίσκος δεν μπορεί να είναι κοινή μεταξύ τους. Για απλότητα, μπορεί επίσης να δοκιμαστεί στον άξονα μετάδοσης κίνησης του κινητήρα μόνιμου μαγνήτη τυλιγμένο σε κύκλο μαύρης ταινίας, επικαλυμμένο με λευκό σημάδι, η ανακλαστική πηγή φωτός του φωτοηλεκτρικού αισθητήρα που εκπέμπεται από το φως που συγκεντρώνεται σε αυτόν τον κύκλο στην επιφάνεια της ταινίας. Με αυτόν τον τρόπο, κάθε στροφή του κινητήρα, φωτοηλεκτρικός αισθητήρας στο φωτοευαίσθητο τρανζίστορ λόγω λήψης ανακλώμενου φωτός και αγωγιμότητας μία φορά, με αποτέλεσμα ένα ηλεκτρικό παλμικό σήμα, μετά την ενίσχυση και τη διαμόρφωση για να ληφθεί ένα σήμα σύγκρισης Ε1. Από το άκρο περιέλιξης του οπλισμού δοκιμής κινητήρα οποιασδήποτε διφασικής τάσης, από τον μετασχηματιστή τάσης PT κάτω σε χαμηλή τάση, αποστέλλεται στον συγκριτή τάσης, ο σχηματισμός ενός αντιπροσωπευτικού της ορθογώνιας φάσης του σήματος παλμού τάσης U1. U1 από τη συχνότητα p-διαίρεσης, η σύγκριση του συγκριτή φάσης για να γίνει σύγκριση μεταξύ της φάσης και του συγκριτή φάσης. U1 από τη συχνότητα διαίρεσης p, από τον συγκριτή φάσης για να συγκρίνει τη διαφορά φάσης του με το σήμα.
Το μειονέκτημα της παραπάνω μεθόδου μέτρησης γωνίας ισχύος είναι ότι η διαφορά μεταξύ των δύο μετρήσεων πρέπει να γίνει για να ληφθεί η γωνία ισχύος. Προκειμένου να αποφευχθούν τα δύο μεγέθη που αφαιρούνται και να μειωθεί η ακρίβεια, στη μέτρηση της διαφοράς φάσης φορτίου θ2, της αντιστροφής σήματος U2, η μετρούμενη διαφορά φάσης είναι θ2'=180 ° - θ2, η γωνία ισχύος θ=180 ° - ( θ1 + θ2'), που μετατρέπει τις δύο ποσότητες από την αφαίρεση της φάσης στην πρόσθεση. Το διάγραμμα ποσότητας φάσης φαίνεται στο Σχ. 4.
Εικ. 4 Αρχή της μεθόδου προσθήκης φάσης για τον υπολογισμό της διαφοράς φάσης
Μια άλλη βελτιωμένη μέθοδος δεν χρησιμοποιεί τη διαίρεση συχνότητας σήματος ορθογώνιας κυματομορφής τάσης, αλλά χρησιμοποιεί έναν μικροϋπολογιστή για την ταυτόχρονη εγγραφή της κυματομορφής σήματος, αντίστοιχα, μέσω της διεπαφής εισόδου, καταγράφει την τάση χωρίς φορτίο και τις κυματομορφές σήματος θέσης ρότορα U0, E0, καθώς και η τάση φορτίου και η θέση του ρότορα ορθογώνιας κυματομορφής σηματοδοτούν U1, E1 και στη συνέχεια μετακινήστε το κυματομορφές των δύο εγγραφών σε σχέση μεταξύ τους έως ότου οι κυματομορφές δύο ορθογώνιων σημάτων κυματομορφής τάσης επικαλύπτονται πλήρως, όταν η διαφορά φάσης μεταξύ των δύο ρότορα Η διαφορά φάσης μεταξύ των δύο σημάτων θέσης ρότορα είναι η γωνία ισχύος. ή μετακινήστε την κυματομορφή στις δύο κυματομορφές σήματος θέσης ρότορα, τότε η διαφορά φάσης μεταξύ των δύο σημάτων τάσης είναι η γωνία ισχύος.
Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η πραγματική λειτουργία χωρίς φορτίο του σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη, η γωνία ισχύος δεν είναι μηδενική, ειδικά για μικρούς κινητήρες, λόγω της λειτουργίας χωρίς φορτίο χωρίς απώλεια φορτίου (συμπεριλαμβανομένης της απώλειας χαλκού στάτη, απώλειας σιδήρου, μηχανική απώλεια, αδέσποτη απώλεια) είναι σχετικά μεγάλη, εάν πιστεύετε ότι η γωνία ισχύος χωρίς φορτίο είναι μηδέν, θα προκαλέσει μεγάλο σφάλμα στη μέτρηση της γωνίας ισχύος, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή του DC κινητήρας που λειτουργεί στην κατάσταση του κινητήρα, η κατεύθυνση του συστήματος διεύθυνσης και η διεύθυνση του δοκιμαστικού κινητήρα είναι συνεπής, με το σύστημα διεύθυνσης του κινητήρα DC, ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος μπορεί να λειτουργεί στην ίδια κατάσταση και ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κινητήρας δοκιμής. Αυτό μπορεί να κάνει τον κινητήρα συνεχούς ρεύματος να λειτουργεί στην κατάσταση του κινητήρα, το σύστημα διεύθυνσης και το σύστημα διεύθυνσης του δοκιμαστικού κινητήρα να συνάδουν με τον κινητήρα συνεχούς ρεύματος για να παρέχουν όλες τις απώλειες άξονα του κινητήρα δοκιμής (συμπεριλαμβανομένης της απώλειας σιδήρου, μηχανικής απώλειας, απώλειας αδέσποτων κ.λπ.). Η μέθοδος κρίσης είναι ότι η ισχύς εισόδου του δοκιμαστικού κινητήρα είναι ίση με την κατανάλωση χαλκού του στάτη, δηλαδή P1 = pCu, και την τάση και το ρεύμα στη φάση. Αυτή τη φορά το μετρούμενο θ1 αντιστοιχεί στη γωνία ισχύος μηδέν.
Περίληψη: τα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου:
① Η μέθοδος άμεσου φορτίου μπορεί να μετρήσει την επαγωγή κορεσμού σταθερής κατάστασης κάτω από διάφορες καταστάσεις φορτίου και δεν απαιτεί στρατηγική ελέγχου, η οποία είναι διαισθητική και απλή.
Επειδή η μέτρηση γίνεται απευθείας υπό φορτίο, μπορεί να ληφθεί υπόψη το φαινόμενο κορεσμού και η επίδραση του ρεύματος απομαγνήτισης στις παραμέτρους της επαγωγής.
Μειονεκτήματα αυτής της μεθόδου:
① Η μέθοδος άμεσης φόρτισης χρειάζεται να μετρήσει περισσότερες ποσότητες ταυτόχρονα (τάση τριών φάσεων, τριφασικό ρεύμα, γωνία συντελεστή ισχύος κ.λπ.), η μέτρηση της γωνίας ισχύος είναι πιο δύσκολη και η ακρίβεια της δοκιμής κάθε ποσότητα έχει άμεσο αντίκτυπο στην ακρίβεια των υπολογισμών παραμέτρων και όλα τα είδη σφαλμάτων στη δοκιμή παραμέτρων είναι εύκολο να συσσωρευτούν. Επομένως, όταν χρησιμοποιείτε τη μέθοδο άμεσου φορτίου για τη μέτρηση των παραμέτρων, θα πρέπει να δίνεται προσοχή στην ανάλυση σφάλματος και να επιλέγεται μεγαλύτερη ακρίβεια του οργάνου δοκιμής.
② Η τιμή της ηλεκτροκινητικής δύναμης διέγερσης Ε0 σε αυτήν τη μέθοδο μέτρησης αντικαθίσταται απευθείας από την τάση ακροδεκτών του κινητήρα χωρίς φορτίο και αυτή η προσέγγιση φέρνει επίσης εγγενή σφάλματα. Επειδή, το σημείο λειτουργίας του μόνιμου μαγνήτη αλλάζει με το φορτίο, πράγμα που σημαίνει ότι σε διαφορετικά ρεύματα στάτη, η διαπερατότητα και η πυκνότητα ροής του μόνιμου μαγνήτη είναι διαφορετική, επομένως η ηλεκτροκινητική δύναμη διέγερσης που προκύπτει είναι επίσης διαφορετική. Με αυτόν τον τρόπο, δεν είναι πολύ ακριβές να αντικατασταθεί η ηλεκτροκινητική δύναμη διέγερσης υπό συνθήκες φορτίου με την ηλεκτροκινητική δύναμη διέγερσης χωρίς φορτίο.
Αναφορές
[1] Tang Renyuan et al. Σύγχρονη θεωρία και σχεδιασμός κινητήρα μόνιμου μαγνήτη. Beijing: Machinery Industry Press. Μάρτιος 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Permanent Magnet Motor Technology, Design and Applications, 2nd ed. Νέα Υόρκη: Marcel Dekker, 2002:170~171
Πνευματικά δικαιώματα: Αυτό το άρθρο είναι μια αναδημοσίευση του δημόσιου αριθμού μοτέρ του WeChat (电机极客), του αρχικού συνδέσμουhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Αυτό το άρθρο δεν αντιπροσωπεύει τις απόψεις της εταιρείας μας. Αν έχετε διαφορετικές απόψεις ή απόψεις, διορθώστε μας!
Ώρα δημοσίευσης: Ιουλ-18-2024