I. Sinchroninio induktyvumo matavimo tikslas ir reikšmė
(1) Sinchroninio induktyvumo parametrų matavimo tikslas (t. y. skersinės ašies induktyvumas)
Kintamosios ir nuolatinės srovės induktyvumo parametrai yra du svarbiausi nuolatinio magneto sinchroninio variklio parametrai. Tikslus jų gavimas yra variklio charakteristikų skaičiavimo, dinaminio modeliavimo ir greičio valdymo prielaida ir pagrindas. Sinchroninis induktyvumas gali būti naudojamas daugeliui pastoviosios būsenos savybių, tokių kaip galios koeficientas, efektyvumas, sukimo momentas, armatūros srovė, galia ir kiti parametrai, apskaičiuoti. Nuolatinio magneto variklio valdymo sistemoje, naudojant vektorinį valdymą, sinchroninio induktoriaus parametrai yra tiesiogiai susiję su valdymo algoritmu, o tyrimų rezultatai rodo, kad silpno magnetinio lauko srityje variklio parametrų netikslumas gali lemti reikšmingą sukimo momento ir galios sumažėjimą. Tai rodo sinchroninio induktoriaus parametrų svarbą.
(2) Problemos, į kurias reikia atkreipti dėmesį matuojant sinchroninį induktyvumą
Siekiant didelio galios tankio, nuolatinių magnetų sinchroninių variklių konstrukcija dažnai projektuojama sudėtingesnė, o variklio magnetinė grandinė yra labiau prisotinta, todėl variklio sinchroninio induktyvumo parametras kinta priklausomai nuo magnetinės grandinės prisotinimo. Kitaip tariant, parametrai keičiasi priklausomai nuo variklio darbo sąlygų, o esant vardinėms darbo sąlygoms, sinchroninio induktyvumo parametrai negali tiksliai atspindėti variklio parametrų pobūdžio. Todėl būtina matuoti induktyvumo vertes skirtingomis darbo sąlygomis.
2. Nuolatinio magneto variklio sinchroninio induktyvumo matavimo metodai
Šiame straipsnyje pateikiami įvairūs sinchroninio induktyvumo matavimo metodai, pateikiamas išsamus jų palyginimas ir analizė. Šiuos metodus galima apytiksliai suskirstyti į du pagrindinius tipus: tiesioginį apkrovos bandymą ir netiesioginį statinį bandymą. Statiniai bandymai toliau skirstomi į kintamosios srovės statinius bandymus ir nuolatinės srovės statinius bandymus. Šiandien pirmojoje mūsų straipsnio „Sinchroninių induktorių bandymo metodai“ dalyje bus paaiškintas apkrovos bandymo metodas.
Literatūroje [1] pristatomas tiesioginės apkrovos metodo principas. Nuolatinių magnetų variklius paprastai galima analizuoti naudojant dvigubos reakcijos teoriją jų apkrovos veikimui analizuoti, o generatoriaus ir variklio veikimo fazių diagramos parodytos 1 paveiksle. Generatoriaus galios kampas θ yra teigiamas, kai E0 viršija U, galios koeficiento kampas φ yra teigiamas, kai I viršija U, o vidinis galios koeficiento kampas ψ yra teigiamas, kai E0 viršija I. Variklio galios kampas θ yra teigiamas, kai U viršija E0, galios koeficiento kampas φ yra teigiamas, kai U viršija I, o vidinis galios koeficiento kampas ψ yra teigiamas, kai I viršija E0.
1 pav. Nuolatinio magneto sinchroninio variklio veikimo fazių diagrama
(a) Generatoriaus būsena (b) Variklio būsena
Pagal šią fazių diagramą galima gauti: kai nuolatinio magneto variklis veikia esant apkrovai, išmatuojama tuščiosios eigos sužadinimo elektrovaros jėga E0, armatūros gnybtų įtampa U, srovė I, galios koeficiento kampas φ ir galios kampas θ ir t. t., galima gauti tiesiosios ašies armatūros srovę, skersinės ašies dedamąją Id = Isin (θ - φ) ir Iq = Icos (θ - φ), tada Xd ir Xq galima gauti pagal šią lygtį:
Kai generatorius veikia:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Kai variklis veikia:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq = [Usinθ-IR1sin (θ-φ)]/Iq (4)
Nuolatinių magnetų sinchroninių variklių stacionarios būsenos parametrai keičiasi keičiantis variklio darbo sąlygoms, o keičiantis armatūros srovei, keičiasi ir Xd, ir Xq. Todėl nustatant parametrus būtinai nurodykite ir variklio darbo sąlygas. (Kintamosios ir nuolatinės veleno srovės arba statoriaus srovės dydis ir vidinis galios koeficiento kampas)
Pagrindinis sunkumas matuojant indukcinius parametrus tiesioginės apkrovos metodu yra galios kampo θ matavimas. Kaip žinome, tai yra fazės kampo skirtumas tarp variklio gnybtų įtampos U ir sužadinimo elektrovaros jėgos. Kai variklis veikia stabiliai, galinę įtampą galima gauti tiesiogiai, tačiau E0 tiesiogiai gauti negalima, todėl ją galima gauti tik netiesioginiu metodu, siekiant gauti periodinį signalą, kurio dažnis toks pat kaip E0, ir fiksuotą fazės skirtumą, kuris pakeistų E0, kad būtų galima palyginti fazę su galine įtampa.
Tradiciniai netiesioginiai metodai yra šie:
1) Bandomojo variklio armatūros angoje įkasamas žingsnis ir variklio originali ritė, sudaryta iš kelių plonos vielos vijų kaip matavimo ritė, kad būtų gauta ta pati fazė su bandomosios įtampos palyginimo signalu, ir palyginus galios koeficiento kampą galima gauti.
2) Ant bandomojo variklio veleno sumontuokite sinchroninį variklį, kuris būtų identiškas bandomajam varikliui. Toliau aprašytas įtampos fazės matavimo metodas [2] pagrįstas šiuo principu. Eksperimentinė prijungimo schema parodyta 2 paveiksle. TSM yra bandomasis nuolatinio magneto sinchroninis variklis, ASM yra identiškas sinchroninis variklis, kuris papildomai reikalingas, PM yra pagrindinis variklis, kuris gali būti sinchroninis arba nuolatinės srovės variklis, B yra stabdys, o DBO yra dviejų spindulių osciloskopas. TSM ir ASM fazės B ir C yra prijungtos prie osciloskopo. Kai TSM prijungiamas prie trifazio maitinimo šaltinio, osciloskopas gauna signalus VTSM ir E0ASM. Kadangi abu varikliai yra identiški ir sukasi sinchroniškai, testerio TSM tuščiosios eigos atgalinis potencialas ir ASM, kuris veikia kaip generatorius, tuščiosios eigos atgalinis potencialas E0ASM yra fazėje. Todėl galima išmatuoti galios kampą θ, t. y. fazių skirtumą tarp VTSM ir E0ASM.
2 pav. Eksperimentinė galios kampo matavimo schema
Šis metodas nėra labai dažnai naudojamas, daugiausia dėl to, kad: ① Mažas sinchroninis variklis arba rotacinis transformatorius, kurį reikia išmatuoti, turi rotoriaus velene du ištiestus veleno galus, o tai dažnai sunku padaryti. ② Galios kampo matavimo tikslumas labai priklauso nuo didelio harmonikų kiekio VTSM ir E0ASM, o jei harmonikų kiekis yra santykinai didelis, matavimo tikslumas sumažės.
3) Siekiant pagerinti galios kampo bandymo tikslumą ir naudojimo paprastumą, dabar dažniau naudojami padėties jutikliai rotoriaus padėties signalui aptikti, o tada fazės palyginimas atliekamas naudojant galinės įtampos metodą.
Pagrindinis principas yra sumontuoti projektuojamą arba atspindimą fotoelektrinį diską ant matuojamo nuolatinio magneto sinchroninio variklio veleno, tolygiai paskirstytų skylių skaičių diske arba juodai baltus žymeklius ir tiriamojo sinchroninio variklio polių porų skaičių. Kai diskas sukasi vieną apsisukimą kartu su varikliu, fotoelektrinis jutiklis gauna p rotoriaus padėties signalų ir generuoja p žemos įtampos impulsus. Kai variklis veikia sinchroniškai, šio rotoriaus padėties signalo dažnis yra lygus armatūros gnybtų įtampos dažniui, o jo fazė atspindi sužadinimo elektrovaros jėgos fazę. Sinchronizavimo impulso signalas sustiprinamas formuojant, fazę pastumiant ir naudojant bandomojo variklio armatūros įtampą, kad būtų galima palyginti fazių skirtumą. Nustatant, kai variklis veikia be apkrovos, fazių skirtumas yra θ1 (apytiksliai tuo metu galios kampas θ = 0), kai veikia apkrova, fazių skirtumas yra θ2, tada fazių skirtumas θ2 - θ1 yra išmatuota nuolatinio magneto sinchroninio variklio apkrovos galios kampo vertė. Scheminė diagrama parodyta 3 paveiksle.
3 pav. Galios kampo matavimo schema
Kadangi fotoelektriniame diske, tolygiai padengtame juodai balta spalva, žymėjimas yra sudėtingesnis, o matuojant nuolatinio magneto sinchroninio variklio polius, žymėjimo diskas negali būti bendras. Paprastumo dėlei taip pat galima išbandyti nuolatinio magneto variklio pavaros veleną, apvyniotą juodos juostos apskritimu, padengtu baltu ženklu, kad atspindėtų fotoelektrinio jutiklio šviesos šaltinį, kuris skleidžia šviesą, susikaupusią šiame juostos paviršiaus apskritime. Tokiu būdu, kiekvienas variklio apsisukimas, fotoelektrinis jutiklis, esantis šviesai jautriame tranzistoriuje, gauna atspindėtą šviesą ir vieną kartą laiduoja, todėl susidaro elektrinis impulsinis signalas, sustiprintas ir suformuotas, kad gautų palyginimo signalą E1. Iš bandomojo variklio armatūros apvijos galo bet kokia dvifazės įtampa, įtampos transformatoriumi PT sumažinama iki žemos įtampos, siunčiama į įtampos lygintuvą, kad susidarytų stačiakampio fazės įtampos impulso signalo U1 reprezentatyvus signalas. U1 palyginamas pagal p padalijimo dažnį, kad būtų galima palyginti fazę su fazės lygintuvu. U1 palyginamas pagal p padalijimo dažnį, kad būtų galima palyginti jo fazės skirtumą su signalu. U1 palyginamas pagal p padalijimo dažnį, kad fazės lygintuvas palygintų jo fazės skirtumą su signalu.
Šio galios kampo matavimo metodo trūkumas yra tas, kad norint gauti galios kampą, reikia apskaičiuoti skirtumą tarp dviejų matavimų. Siekiant išvengti dviejų dydžių atėmimo ir sumažinti tikslumą, matuojant apkrovos fazių skirtumą θ2, U2 signalo inversiją, išmatuotas fazių skirtumas yra θ2' = 180° - θ2, galios kampas θ = 180° - (θ1 + θ2'), todėl du dydžiai, atėmus fazę, paverčiami sudėtimi. Fazės dydžių diagrama parodyta 4 paveiksle.
4 pav. Fazių sudėties metodo principas fazių skirtumui apskaičiuoti
Kitas patobulintas metodas nenaudoja įtampos stačiakampio bangos formos signalo dažnio padalijimo, bet naudoja mikrokompiuterį, kad vienu metu įrašytų signalo bangos formą per įvesties sąsają, įrašytų tuščiosios eigos įtampos ir rotoriaus padėties signalo bangos formas U0, E0, taip pat apkrovos įtampos ir rotoriaus padėties stačiakampio bangos formos signalus U1, E1, o tada perkeltų dviejų įrašų bangos formas viena kitos atžvilgiu, kol dviejų įtampos stačiakampio bangos formos signalų bangos formos visiškai persidengia, kai fazių skirtumas tarp dviejų rotoriaus padėties signalų yra galios kampas; arba perkeltų bangos formą, kai dviejų rotoriaus padėties signalų bangos formos sutampa, tada fazių skirtumas tarp dviejų įtampos signalų yra galios kampas.
Reikėtų atkreipti dėmesį, kad nuolatinio magneto sinchroninio variklio veikimo be apkrovos metu galios kampas nėra lygus nuliui, ypač mažų variklių atveju, nes veikimo be apkrovos metu be apkrovos nuostoliai (įskaitant statoriaus vario nuostolius, geležies nuostolius, mechaninius nuostolius, klaidingus nuostolius) yra gana dideli. Jei tuščiosios eigos galios kampas yra lygus nuliui, tai sukels didelę galios kampo matavimo paklaidą. Tai gali būti naudojama siekiant užtikrinti, kad nuolatinės srovės variklio veikimo būsena, vairavimo kryptis ir bandomojo variklio vairavimas būtų suderinti su nuolatinės srovės variklio vairavimu, todėl nuolatinės srovės variklis gali veikti toje pačioje būsenoje, o nuolatinės srovės variklis gali būti naudojamas kaip bandomasis variklis. Tai gali užtikrinti, kad nuolatinės srovės variklis veiktų variklio veikimo būsenoje, vairavimo kryptis ir bandomasis variklis būtų suderinti su nuolatinės srovės variklio vairavimu, kad būtų kompensuoti visi bandomojo variklio veleno nuostoliai (įskaitant geležies nuostolius, mechaninius nuostolius, klaidingus nuostolius ir kt.). Vertinimo metodas yra tas, kad bandomojo variklio įėjimo galia yra lygi statoriaus vario sunaudojimui, t. y. P1 = pCu, o įtampa ir srovė yra fazėje. Šį kartą išmatuotas θ1 atitinka nulinį laipsninį kampą.
Santrauka: šio metodo privalumai:
① Tiesioginės apkrovos metodas gali išmatuoti pastoviosios būsenos soties induktyvumą esant įvairioms apkrovos būsenoms ir nereikalauja valdymo strategijos, todėl jis yra intuityvus ir paprastas.
Kadangi matavimas atliekamas tiesiogiai esant apkrovai, galima atsižvelgti į soties efektą ir demagnetizacijos srovės įtaką induktyvumo parametrams.
Šio metodo trūkumai:
① Tiesioginės apkrovos metodui reikia vienu metu išmatuoti daugiau dydžių (trifazę įtampą, trifazę srovę, galios koeficiento kampą ir kt.), galios kampo matavimas yra sudėtingesnis, o kiekvieno dydžio bandymo tikslumas tiesiogiai veikia parametrų skaičiavimo tikslumą, todėl parametrų bandyme lengva kauptis visokioms paklaidoms. Todėl, matuojant parametrus tiesioginės apkrovos metodu, reikia atkreipti dėmesį į paklaidų analizę ir pasirinkti didesnį bandymo prietaiso tikslumą.
② Šiuo matavimo metodu sužadinimo elektrovaros jėgos E0 vertė tiesiogiai pakeičiama variklio gnybtų įtampa be apkrovos, ir šis aproksimavimas taip pat sukelia būdingas paklaidas. Kadangi nuolatinio magneto veikimo taškas kinta priklausomai nuo apkrovos, o tai reiškia, kad esant skirtingoms statoriaus srovėms, nuolatinio magneto pralaidumas ir srauto tankis skiriasi, todėl skiriasi ir gauta sužadinimo elektrovaros jėga. Tokiu būdu nėra labai tikslu sužadinimo elektrovaros jėgą esant apkrovai pakeisti sužadinimo elektrovaros jėga be apkrovos.
Nuorodos
[1] Tang Renyuan ir kt. Šiuolaikinių nuolatinių magnetų variklių teorija ir projektavimas. Pekinas: „Machinery Industry Press“. 2011 m. kovas
[2] J. F. Gieras, M. Wing. Nuolatinių magnetų variklių technologija, projektavimas ir taikymas, 2-asis leidimas. Niujorkas: Marcel Dekker, 2002:170–171
Autorių teisės: Šis straipsnis yra „WeChat“ viešojo numerio variklio peržiūros (电机极客), originalios nuorodos, perspausdinimas.https://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Šis straipsnis neatspindi mūsų įmonės požiūrio. Jei turite kitokią nuomonę ar požiūrį, prašome mus pataisyti!
Įrašo laikas: 2024 m. liepos 18 d.