اندازه گیری اندوکتانس سنکرون موتورهای آهنربای دائم

I. هدف و اهمیت اندازه گیری اندوکتانس سنکرون
(1)هدف از اندازه گیری پارامترهای اندوکتانس سنکرون (یعنی اندوکتانس متقاطع محور)
پارامترهای اندوکتانس AC و DC دو پارامتر مهم در موتور سنکرون آهنربای دائم هستند. به دست آوردن دقیق آنها پیش نیاز و پایه ای برای محاسبه ویژگی های موتور، شبیه سازی دینامیکی و کنترل سرعت است. اندوکتانس سنکرون را می توان برای محاسبه بسیاری از ویژگی های حالت پایدار مانند ضریب توان، راندمان، گشتاور، جریان آرمیچر، توان و سایر پارامترها استفاده کرد. در سیستم کنترل موتور آهنربای دائم با استفاده از کنترل برداری، پارامترهای سلف سنکرون مستقیماً در الگوریتم کنترل دخالت دارند و نتایج تحقیق نشان می دهد که در ناحیه مغناطیسی ضعیف، عدم دقت پارامترهای موتور می تواند منجر به کاهش قابل توجه گشتاور شود. و قدرت این نشان دهنده اهمیت پارامترهای سلف سنکرون است.
(2) مشکلاتی که باید در اندازه گیری اندوکتانس سنکرون ذکر شوند
به منظور دستیابی به چگالی توان بالا، ساختار موتورهای سنکرون آهنربای دائمی اغلب پیچیده‌تر طراحی می‌شود و مدار مغناطیسی موتور اشباع‌تر است، که منجر به تغییر پارامتر القای سنکرون موتور با اشباع مدار مغناطیسی به عبارت دیگر، پارامترها با شرایط عملیاتی موتور تغییر خواهند کرد، به طور کامل با شرایط عملیاتی نامی پارامترهای اندوکتانس سنکرون نمی توانند به طور دقیق ماهیت پارامترهای موتور را منعکس کنند. بنابراین، اندازه گیری مقادیر اندوکتانس در شرایط عملیاتی مختلف ضروری است.
2. روش های اندازه گیری اندوکتانس سنکرون موتور مغناطیس دائم
این مقاله روش‌های مختلف اندازه‌گیری اندوکتانس سنکرون را جمع‌آوری کرده و به مقایسه و تحلیل دقیق آنها می‌پردازد. این روش ها را می توان تقریباً به دو نوع اصلی تقسیم کرد: آزمایش بار مستقیم و آزمایش استاتیک غیر مستقیم. تست استاتیک بیشتر به تست استاتیک AC و تست استاتیک DC تقسیم می شود. امروز، اولین قسمت از "روش های تست سلف سنکرون" روش تست بار را توضیح می دهد.

ادبیات [1] اصل روش بارگذاری مستقیم را معرفی می کند. موتورهای آهنربای دائم را معمولاً می توان با استفاده از تئوری واکنش دوگانه برای تحلیل عملکرد بار آنها تجزیه و تحلیل کرد و نمودارهای فاز ژنراتور و عملکرد موتور در شکل 1 در زیر نشان داده شده است. زاویه توان θ ژنراتور با E0 بیشتر از U مثبت است، زاویه ضریب توان φ با I بیشتر از U مثبت است و زاویه ضریب توان داخلی ψ با E0 بیشتر از I مثبت است. زاویه توان θ موتور با مثبت است. U بیش از E0، زاویه ضریب توان φ با U بیشتر از I مثبت است، و زاویه ضریب توان داخلی ψ با I بیشتر از E0 مثبت است.

شکل 1 نمودار فاز عملکرد موتور سنکرون آهنربای دائم
(الف) وضعیت ژنراتور (ب) وضعیت موتور

با توجه به این نمودار فاز می توان به دست آورد: هنگامی که عملیات بار موتور آهنربای دائم، نیروی محرکه الکتریکی بدون بار اندازه گیری شده E0، ولتاژ پایانه آرمیچر U، جریان I، زاویه ضریب توان φ و زاویه توان θ و غیره، می توان آرمیچر را بدست آورد. جریان محور مستقیم، مولفه متقاطع Id = Isin (θ - φ) و Iq = Icos (θ - φ)، سپس Xd و Xq را می توان از معادله زیر به دست آورد:

هنگامی که ژنراتور در حال کار است:

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

هنگامی که موتور در حال کار است:

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

پارامترهای حالت پایدار موتورهای سنکرون آهنربای دائم با تغییر شرایط عملکرد موتور تغییر می‌کنند و زمانی که جریان آرمیچر تغییر می‌کند، هر دو Xd و Xq تغییر می‌کنند. بنابراین، هنگام تعیین پارامترها، حتماً شرایط عملکرد موتور را نیز مشخص کنید. (میزان جریان شفت متناوب و مستقیم یا جریان استاتور و زاویه ضریب توان داخلی)

مشکل اصلی هنگام اندازه گیری پارامترهای القایی با روش بار مستقیم در اندازه گیری زاویه توان θ نهفته است. همانطور که می دانیم، این اختلاف زاویه فاز بین ولتاژ ترمینال موتور U و نیروی الکتروموتور تحریک است. هنگامی که موتور به طور پایدار کار می کند، ولتاژ پایانی را می توان به طور مستقیم به دست آورد، اما E0 را نمی توان به طور مستقیم به دست آورد، بنابراین تنها با روش غیر مستقیم می توان سیگنال تناوبی با فرکانس مشابه E0 و اختلاف فاز ثابت را به دست آورد تا جایگزین شود. E0 به منظور مقایسه فاز با ولتاژ پایانی.

روشهای غیر مستقیم سنتی عبارتند از:
1) در شیار آرمیچر موتور تحت آزمایش گام مدفون و سیم پیچ اصلی موتور از چندین دور سیم ریز به عنوان یک سیم پیچ اندازه گیری، به منظور به دست آوردن همان فاز با سیم پیچ موتور تحت آزمایش سیگنال مقایسه ولتاژ، از طریق مقایسه زاویه ضریب توان را می توان به دست آورد.
2) یک موتور سنکرون روی شفت موتور مورد آزمایش نصب کنید که مشابه موتور مورد آزمایش است. روش اندازه گیری فاز ولتاژ [2] که در ادامه توضیح داده خواهد شد بر این اصل استوار است. نمودار اتصال آزمایشی در شکل 2 نشان داده شده است. TSM موتور سنکرون آهنربای دائمی است که مورد آزمایش قرار می گیرد، ASM یک موتور سنکرون یکسان است که علاوه بر این مورد نیاز است، PM محرک اصلی است که می تواند موتور سنکرون یا DC باشد. موتور، B ترمز، و DBO یک اسیلوسکوپ پرتو دوگانه است. فازهای B و C TSM و ASM به اسیلوسکوپ متصل هستند. هنگامی که TSM به منبع تغذیه سه فاز متصل می شود، اسیلوسکوپ سیگنال های VTSM و E0ASM را دریافت می کند. از آنجا که دو موتور یکسان هستند و به طور همزمان می چرخند، پتانسیل بدون بار TSM تستر و پتانسیل بدون بار ASM که به عنوان یک ژنراتور عمل می کند، E0ASM، در فاز هستند. بنابراین، زاویه توان θ، یعنی اختلاف فاز بین VTSM و E0ASM را می توان اندازه گیری کرد.

شکل 2 نمودار سیم کشی تجربی برای اندازه گیری زاویه قدرت

این روش بسیار متداول استفاده نمی شود، عمدتا به این دلیل: ① در محور روتور نصب شده موتور سنکرون کوچک یا ترانسفورماتور دوار مورد نیاز برای اندازه گیری موتور دارای دو شفت انتهای کشیده، که اغلب دشوار است انجام شود. ② دقت اندازه گیری زاویه قدرت تا حد زیادی به محتوای هارمونیک بالای VTSM و E0ASM بستگی دارد و اگر محتوای هارمونیک نسبتا زیاد باشد، دقت اندازه گیری کاهش می یابد.
3) برای بهبود دقت تست زاویه قدرت و سهولت استفاده، اکنون بیشتر از سنسورهای موقعیت برای تشخیص سیگنال موقعیت روتور و سپس مقایسه فاز با رویکرد ولتاژ پایانی استفاده کنید.
اصل اساسی نصب یک دیسک فوتوالکتریک پیش بینی شده یا منعکس شده بر روی شفت موتور سنکرون آهنربای دائم اندازه گیری شده، تعداد سوراخ های توزیع شده یکنواخت روی دیسک یا نشانگرهای سیاه و سفید و تعداد جفت قطب های موتور سنکرون مورد آزمایش است. . هنگامی که دیسک یک دور با موتور می چرخد، سنسور فوتوالکتریک سیگنال های موقعیت روتور p را دریافت می کند و پالس های ولتاژ پایین p تولید می کند. هنگامی که موتور به طور همزمان کار می کند، فرکانس سیگنال موقعیت روتور برابر با فرکانس ولتاژ ترمینال آرمیچر است و فاز آن منعکس کننده فاز نیروی الکتروموتور تحریک است. سیگنال پالس هماهنگ سازی با شکل دهی، تغییر فاز و ولتاژ آرمیچر موتور تست برای مقایسه فاز تقویت می شود تا اختلاف فاز بدست آید. زمانی که موتور بدون بار کار می کند، اختلاف فاز θ1 است (تقریباً در این زمان زاویه قدرت θ = 0)، هنگامی که بار در حال اجرا است، اختلاف فاز θ2 است، سپس اختلاف فاز θ2 - θ1 اندازه گیری می شود. مقدار زاویه قدرت بار موتور سنکرون مغناطیس دائم. نمودار شماتیک در شکل 3 نشان داده شده است.

شکل 3 نمودار شماتیک اندازه گیری زاویه توان

همانطور که در دیسک فوتوالکتریک به طور یکنواخت با علامت سیاه و سفید پوشش داده شده است دشوارتر است، و زمانی که آهنربای دائمی اندازه گیری قطب موتور موتور سنکرون در همان زمان مارک دیسک نمی تواند مشترک با یکدیگر باشد. برای سادگی، همچنین می توان در محور محرک موتور آهنربای دائمی پیچیده شده در دایره ای از نوار سیاه، پوشش داده شده با یک علامت سفید، منبع نور حسگر فوتوالکتریک بازتابنده که توسط نور جمع آوری شده در این دایره بر روی سطح نوار ساطع می شود، آزمایش کرد. به این ترتیب که در هر چرخش موتور، حسگر فوتوالکتریک در ترانزیستور حساس به نور به دلیل دریافت نور منعکس شده و رسانایی یک بار، در نتیجه یک سیگنال پالس الکتریکی، پس از تقویت و شکل دهی سیگنال مقایسه E1 به دست می آید. از تست موتور آرمیچر سیم پیچ پایان هر ولتاژ دو فاز، توسط ترانسفورماتور ولتاژ PT پایین به ولتاژ پایین، فرستاده شده به مقایسه ولتاژ، تشکیل نماینده فاز مستطیلی از سیگنال پالس ولتاژ U1. U1 با فرکانس تقسیم p، مقایسه مقایسه کننده فاز برای مقایسه بین فاز و مقایسه کننده فاز. U1 با فرکانس تقسیم p، توسط مقایسه کننده فاز برای مقایسه اختلاف فاز آن با سیگنال.
نقص روش اندازه گیری زاویه توان فوق این است که برای بدست آوردن زاویه توان باید تفاوت بین دو اندازه گیری انجام شود. به منظور اجتناب از دو مقدار کم شده و کاهش دقت، در اندازه گیری اختلاف فاز بار θ2، معکوس سیگنال U2، اختلاف فاز اندازه گیری شده θ2'=180 ° - θ2، زاویه توان θ = 180 درجه - ( θ1 + θ2')، که دو کمیت را از تفریق فاز به جمع تبدیل می کند. نمودار کمیت فاز در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4 اصل روش اضافه فاز برای محاسبه اختلاف فاز

روش بهبودیافته دیگر از تقسیم فرکانس سیگنال شکل موج مستطیلی ولتاژ استفاده نمی کند، بلکه از یک میکرو کامپیوتر برای ضبط همزمان شکل موج سیگنال، به ترتیب، از طریق رابط ورودی، ضبط ولتاژ بدون بار و شکل موج سیگنال موقعیت روتور U0، E0 و همچنین استفاده می کند. ولتاژ بار و روتور سیگنال های شکل موج مستطیلی U1، E1 را نشان می دهد و سپس شکل موج دو ضبط را نسبت به یکدیگر حرکت می دهد تا زمانی که شکل موج دو سیگنال شکل موج مستطیلی ولتاژ کاملاً همپوشانی داشته باشد، زمانی که اختلاف فاز بین دو روتور اختلاف فاز است. بین دو سیگنال موقعیت روتور زاویه قدرت است. یا شکل موج را به دو شکل موج سیگنال موقعیت روتور منتقل کنید، سپس اختلاف فاز بین دو سیگنال ولتاژ زاویه قدرت است.
لازم به ذکر است که عملکرد واقعی بدون بار موتور سنکرون آهنربای دائمی، زاویه قدرت به ویژه برای موتورهای کوچک، به دلیل عملکرد بدون بار از دست دادن بدون بار (از جمله تلفات مس استاتور، تلفات آهن، صفر نیست). تلفات مکانیکی، تلفات سرگردان) نسبتاً بزرگ است، اگر فکر می کنید که زاویه توان بی باری صفر است، باعث خطای بزرگی در اندازه گیری زاویه قدرت می شود که می تواند برای روشن کردن موتور DC در حالت کار کند. موتور، جهت فرمان و فرمان موتور آزمایشی سازگار است، با فرمان موتور DC، موتور DC می تواند در همان حالت کار کند و موتور DC می تواند به عنوان موتور آزمایشی استفاده شود. این می‌تواند باعث شود که موتور DC در حالت موتور کار کند، فرمان و فرمان موتور آزمایشی با موتور DC سازگار باشد تا تمام تلفات شفت موتور آزمایشی (از جمله تلفات آهن، تلفات مکانیکی، از دست دادن سرگردان و غیره) را فراهم کند. روش قضاوت به این صورت است که توان ورودی موتور تست برابر با مصرف مس استاتور یعنی P1 = pCu و ولتاژ و جریان در فاز است. این بار θ1 اندازه گیری شده مطابق با زاویه توان صفر است.
خلاصه: مزایای این روش:
① روش بار مستقیم می تواند اندوکتانس اشباع حالت پایدار را در حالت های بار مختلف اندازه گیری کند و نیازی به استراتژی کنترلی ندارد که بصری و ساده است.
از آنجایی که اندازه گیری مستقیماً تحت بار انجام می شود، اثر اشباع و تأثیر جریان مغناطیس زدایی بر پارامترهای اندوکتانس را می توان در نظر گرفت.
معایب این روش:
① روش بار مستقیم نیاز به اندازه گیری مقادیر بیشتری به طور همزمان دارد (ولتاژ سه فاز، جریان سه فاز، زاویه ضریب توان و غیره)، اندازه گیری زاویه قدرت دشوارتر است و دقت آزمایش هر کمیت تأثیر مستقیمی بر دقت محاسبات پارامتر دارد و انواع خطاها در آزمون پارامتر به راحتی جمع آوری می شوند. بنابراین، هنگام استفاده از روش بار مستقیم برای اندازه گیری پارامترها، باید به تجزیه و تحلیل خطا توجه کرد و دقت بالاتری از ابزار تست را انتخاب کرد.
② مقدار نیروی الکتروموتور تحریک E0 در این روش اندازه گیری مستقیماً با ولتاژ پایانه موتور بدون بار جایگزین می شود و این تقریب همچنین خطاهای ذاتی را به همراه دارد. زیرا، نقطه عملکرد آهنربای دائمی با بار تغییر می کند، به این معنی که در جریان های مختلف استاتور، نفوذپذیری و چگالی شار آهنربای دائمی متفاوت است، بنابراین نیروی الکتروموتور تحریک حاصل نیز متفاوت است. به این ترتیب، جایگزینی نیروی الکتروموتور تحریک تحت شرایط بار با نیروی الکتروموتور تحریک بدون بار بسیار دقیق نیست.
مراجع
[1] تانگ رنیوان و همکاران. تئوری و طراحی موتور آهنربای دائم مدرن پکن: مطبوعات صنعت ماشین آلات. مارس 2011
[2] JF Gieras، M. Wing. فناوری، طراحی و کاربردهای موتور مغناطیس دائمی، ویرایش دوم. نیویورک: مارسل دکر، 2002: 170 تا 171
حق چاپ: این مقاله چاپ مجدد موتور شماره عمومی ویچت است (电机极客)، لینک اصلیhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

این مقاله دیدگاه های شرکت ما را نشان نمی دهد. اگر نظرات یا دیدگاه های متفاوتی دارید، لطفا ما را اصلاح کنید!