Måling af synkron induktans af permanentmagnetmotorer

I. Formålet med og betydningen af ​​at måle synkron induktans
(1)Formål med at måle parametrene for synkron induktans (dvs. tværakse-induktans)
AC- og DC-induktansparametrene er de to vigtigste parametre i en permanent magnet synkronmotor. Deres nøjagtige indsamling er forudsætningen og grundlaget for beregning af motorkarakteristik, dynamisk simulering og hastighedskontrol. Den synkrone induktans kan bruges til at beregne mange steady-state egenskaber såsom effektfaktor, effektivitet, drejningsmoment, ankerstrøm, effekt og andre parametre. I kontrolsystemet for permanent magnetmotor ved hjælp af vektorstyring er de synkrone induktorparametre direkte involveret i kontrolalgoritmen, og forskningsresultaterne viser, at i det svage magnetiske område kan unøjagtigheden af ​​motorparametrene føre til en betydelig reduktion af drejningsmomentet og magt. Dette viser vigtigheden af ​​synkrone induktorparametre.
(2) Problemer, der skal bemærkes ved måling af synkron induktans
For at opnå en høj effekttæthed er strukturen af ​​permanentmagnet synkronmotorer ofte designet til at være mere kompleks, og motorens magnetiske kredsløb er mere mættet, hvilket resulterer i, at motorens synkroninduktansparameter varierer med mætning af motoren. det magnetiske kredsløb. Med andre ord vil parametrene ændre sig med motorens driftsbetingelser, helt med de nominelle driftsbetingelser for de synkrone induktansparametre kan ikke nøjagtigt afspejle arten af ​​motorparametrene. Derfor er det nødvendigt at måle induktansværdierne under forskellige driftsforhold.
2.permanent magnet motor synkron induktans målemetoder
Dette papir samler forskellige metoder til måling af synkron induktans og foretager en detaljeret sammenligning og analyse af dem. Disse metoder kan groft kategoriseres i to hovedtyper: direkte belastningstest og indirekte statisk test. Statisk test er yderligere opdelt i AC statisk test og DC statisk test. I dag vil den første del af vores "Synchronous Inductor Test Methods" forklare belastningstestmetoden.

Litteratur [1] introducerer princippet om direkte belastningsmetode. Permanentmagnetmotorer kan normalt analyseres ved at bruge dobbeltreaktionsteorien til at analysere deres belastningsdrift, og fasediagrammerne for generator- og motordrift er vist i figur 1 nedenfor. Generatorens effektvinkel θ er positiv med E0 over U, effektfaktorvinklen φ er positiv med I over U, og den indre effektfaktorvinkel ψ er positiv med E0 over I. Motorens effektvinkel θ er positiv med U overstiger E0, effektfaktorvinklen φ er positiv, hvor U overstiger I, og den indre effektfaktorvinkel ψ er positiv, når I overstiger E0.

Fig. 1 Fasediagram af permanent magnet synkron motordrift
(a) Generatortilstand (b) Motortilstand

I henhold til dette fasediagram kan opnås: når permanentmagnetmotorens belastningsdrift, målt tomgangsmagnetisering elektromotorisk kraft E0, ankerterminalspænding U, strøm I, effektfaktorvinkel φ og effektvinkel θ og så videre, kan opnås anker strøm af den lige akse, tværaksekomponent Id = Isin (θ - φ) og Iq = Icos (θ - φ), så kan Xd og Xq fås ud fra følgende ligning:

Når generatoren kører:

Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)

Når motoren kører:

Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)

De konstante parametre for synkronmotorer med permanent magnet ændres, efterhånden som motorens driftsbetingelser ændres, og når ankerstrømmen ændres, ændres både Xd og Xq. Derfor, når du bestemmer parametrene, skal du sørge for også at angive motorens driftsbetingelser. (Mængden af ​​vekselstrøm og jævn akselstrøm eller statorstrøm og intern effektfaktorvinkel)

Den største vanskelighed ved måling af de induktive parametre ved den direkte belastningsmetode ligger i måling af effektvinklen θ. Som vi ved, er det fasevinkelforskellen mellem motorterminalspændingen U og den elektromotoriske excitationskraft. Når motoren kører stabilt, kan slutspændingen opnås direkte, men E0 kan ikke opnås direkte, så den kan kun opnås ved en indirekte metode til at opnå et periodisk signal med samme frekvens som E0 og en fast faseforskel til erstatning E0 for at lave en fasesammenligning med slutspændingen.

De traditionelle indirekte metoder er:
1) i ankerspalten på motoren under test nedgravet pitch og motorens originale spole af flere vindinger af fintråd som en målespole, for at opnå samme fase med motorviklingen under testspændingssammenligningssignalet, gennem sammenligning af effektfaktorvinklen kan opnås.
2) Installer en synkronmotor på motorens aksel, der er identisk med den motor, der testes. Spændingsfasemålemetoden [2], som vil blive beskrevet nedenfor, er baseret på dette princip. Det eksperimentelle forbindelsesdiagram er vist i figur 2. TSM er den permanentmagnetiske synkronmotor, der testes, ASM er en identisk synkronmotor, som derudover er påkrævet, PM er drivkraften, som enten kan være en synkronmotor eller en DC motor, B er bremsen, og DBO er et dobbeltstråleoscilloskop. Faserne B og C af TSM og ASM er forbundet til oscilloskopet. Når TSM er tilsluttet en trefaset strømforsyning, modtager oscilloskopet signalerne VTSM og E0ASM. fordi de to motorer er identiske og roterer synkront, er tomgangsbagpotentialet for TSM for testeren og nullast-bagpotentialet for ASM, der fungerer som en generator, E0ASM, i fase. Derfor kan effektvinklen θ, dvs. faseforskellen mellem VTSM og E0ASM, måles.

Fig. 2 Eksperimentelt ledningsdiagram til måling af effektvinkel

Denne metode er ikke meget almindeligt anvendt, hovedsagelig fordi: ① i rotorakslen monteret lille synkronmotor eller roterende transformer, der skal måles motoren har to aksler udstrakt ende, hvilket ofte er svært at gøre. ② Nøjagtigheden af ​​effektvinkelmålingen afhænger i høj grad af det høje harmoniske indhold i VTSM og E0ASM, og hvis det harmoniske indhold er relativt stort, vil målingens nøjagtighed blive reduceret.
3) For at forbedre effektvinkeltestens nøjagtighed og brugervenlighed, nu mere brug af positionssensorer til at detektere rotorpositionssignalet og derefter fasesammenligning med slutspændingstilgangen
Det grundlæggende princip er at installere en projiceret eller reflekteret fotoelektrisk skive på akslen af ​​den målte permanentmagnet synkronmotor, antallet af ensartet fordelte huller på skiven eller sorte og hvide markører og antallet af polpar af den synkronmotor, der testes . Når disken roterer en omdrejning med motoren, modtager den fotoelektriske sensor p rotorens positionssignaler og genererer lavspændingsimpulser. Når motoren kører synkront, er frekvensen af ​​dette rotorpositionssignal lig med frekvensen af ​​ankerterminalspændingen, og dens fase afspejler fasen af ​​den magnetiske elektromotoriske kraft. Synkroniseringsimpulssignalet forstærkes ved at forme, faseforskydes og testmotorens ankerspænding til fasesammenligning for at få faseforskellen. Indstillet, når motoren kører uden belastning, er faseforskellen θ1 (ca., at effektvinklen θ = 0 på dette tidspunkt), når belastningen kører, er faseforskellen θ2, så er faseforskellen θ2 - θ1 den målte permanent magnet synkron motorbelastningseffektvinkelværdi. Det skematiske diagram er vist i figur 3.

Fig. 3 Skematisk diagram af effektvinkelmåling

Som i den fotoelektriske disk ensartet belagt med sort og hvidt mærke er vanskeligere, og når den målte permanent magnet synkrone motorpoler på samme tid mærkning disk kan ikke være fælles med hinanden. For nemheds skyld kan den også testes i permanentmagnetmotorens drivaksel pakket ind i en cirkel af sort tape, belagt med et hvidt mærke, den reflekterende fotoelektriske sensor lyskilde udsendt af lyset samlet i denne cirkel på overfladen af ​​båndet. På denne måde, hver tur af motoren, fotoelektrisk sensor i den lysfølsomme transistor på grund af at modtage et reflekteret lys og ledning én gang, hvilket resulterer i et elektrisk pulssignal, efter forstærkning og formning for at få et sammenligningssignal E1. fra testmotorens ankerviklingsende af enhver tofaset spænding, af spændingstransformatoren PT ned til en lav spænding, sendt til spændingskomparatoren, dannelsen af ​​en repræsentant for den rektangulære fase af spændingsimpulssignalet U1. U1 ved p-divisionsfrekvensen, fasekomparatorsammenligningen for at få en sammenligning mellem fasen og fasekomparatoren. U1 ved p-delingsfrekvensen, af fasekomparatoren for at sammenligne dens faseforskel med signalet.
Manglen ved ovenstående effektvinkelmålingsmetode er, at forskellen mellem de to målinger skal foretages for at opnå effektvinklen. For at undgå de to størrelser, der trækkes fra og reducere nøjagtigheden, ved måling af belastningsfaseforskellen θ2, U2-signalvendingen, er den målte faseforskel θ2'=180° - θ2, effektvinklen θ=180° - ( θ1 + θ2'), som konverterer de to størrelser fra subtraktionen af ​​fasen til additionen. Fasemængdediagrammet er vist i fig. 4.

Fig. 4 Princip for faseadditionsmetode til beregning af faseforskel

En anden forbedret metode bruger ikke spændings rektangulære bølgeform signal frekvens division, men bruger en mikrocomputer til samtidig at optage signal bølgeformen, henholdsvis gennem input grænsefladen, registrere tomgangsspænding og rotor position signal bølgeformer U0, E0, samt belastningsspændingen og rotorpositionens rektangulære bølgeform signaler U1, E1, og flytter derefter bølgeformerne af de to optagelser i forhold til hinanden, indtil bølgeformerne af to spændings rektangulære bølgeformsignaler er fuldstændig overlappet, når faseforskellen mellem de to rotorer Faseforskellen mellem de to rotorpositionssignaler er effektvinklen; eller flyt bølgeformen til de to rotorpositionssignalbølgeformer falder sammen, så er faseforskellen mellem de to spændingssignaler effektvinklen.
Det skal påpeges, at den faktiske tomgangsdrift af permanentmagnet synkronmotor, effektvinklen ikke er nul, især for små motorer, på grund af tomgangsdrift af tomgangstab (inklusive statorkobbertab, jerntab, mekanisk tab, omstrejfende tab) er relativt stort, hvis du tror, ​​at den ubelastede effektvinkel på nul, vil det forårsage en stor fejl i målingen af ​​effektvinklen, som kan bruges til at få DC-motoren til at køre i tilstanden af motoren, retningen af ​​styringen og testmotorens styring i overensstemmelse med DC-motorstyringen, DC-motoren kan køre i samme tilstand, og DC-motoren kan bruges som en testmotor. Dette kan få DC-motoren til at køre i motortilstand, styretøjet og testmotorens styring i overensstemmelse med DC-motoren for at give alle testmotorens akseltab (inklusive jerntab, mekanisk tab, vildledende tab osv.). Bedømmelsesmetoden er, at testmotorens indgangseffekt er lig med statorens kobberforbrug, det vil sige P1 = pCu, og spændingen og strømmen i fase. Denne gang svarer den målte θ1 til effektvinklen på nul.
Sammenfatning: fordelene ved denne metode:
① Den direkte belastningsmetode kan måle steady state mætningsinduktansen under forskellige belastningstilstande og kræver ikke en kontrolstrategi, som er intuitiv og enkel.
Fordi målingen foretages direkte under belastning, kan mætningseffekten og påvirkningen af ​​afmagnetiseringsstrømmen på induktansparametrene tages i betragtning.
Ulemper ved denne metode:
① Den direkte belastningsmetode skal måle flere mængder på samme tid (trefaset spænding, trefaset strøm, effektfaktorvinkel osv.), måling af effektvinklen er vanskeligere, og nøjagtigheden af ​​testen af hver størrelse har direkte indflydelse på nøjagtigheden af ​​parameterberegninger, og alle slags fejl i parametertesten er nemme at akkumulere. Derfor, når du bruger den direkte belastningsmetode til at måle parametrene, skal du være opmærksom på fejlanalysen og vælge en højere nøjagtighed af testinstrumentet.
② Værdien af ​​den elektromotoriske excitationskraft E0 i denne målemetode erstattes direkte af motorterminalspændingen uden belastning, og denne tilnærmelse medfører også iboende fejl. Fordi permanentmagnetens driftspunkt ændres med belastningen, hvilket betyder, at ved forskellige statorstrømme er permeabiliteten og fluxtætheden af ​​den permanente magnet forskellige, så den resulterende elektromotoriske excitationskraft er også anderledes. På denne måde er det ikke særlig nøjagtigt at erstatte den magnetiske elektromotoriske kraft under belastningstilstand med den magnetiske elektromotoriske kraft uden belastning.
Referencer
[1] Tang Renyuan et al. Moderne permanent magnet motor teori og design. Beijing: Machinery Industry Press. marts 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Permanent Magnet Motor Technology, Design and Applications, 2. udg. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Copyright: Denne artikel er et genoptryk af WeChat's offentlige nummer motorkig (电机极客), det originale linkhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

Denne artikel repræsenterer ikke vores virksomheds synspunkter. Hvis du har forskellige meninger eller synspunkter, så ret os venligst!