מדידת השראות סינכרונית של מנועי מגנט קבוע

I. המטרה והמשמעות של מדידת השראות סינכרונית
(1) מטרת מדידת הפרמטרים של השראות סינכרונית (כלומר השראות צולבת צירים)
פרמטרי השראות AC ו-DC הם שני הפרמטרים החשובים ביותר במנוע סינכרוני מגנט קבוע. הרכישה המדויקת שלהם היא התנאי המקדים והבסיס לחישוב מאפיינים מוטוריים, סימולציה דינמית ובקרת מהירות. ניתן להשתמש בהשראות הסינכרונית לחישוב מאפיינים רבים של מצב יציב כגון מקדם הספק, יעילות, מומנט, זרם אבזור, הספק ופרמטרים נוספים. במערכת הבקרה של מנוע מגנט קבוע באמצעות בקרת וקטור, פרמטרי המשרן הסינכרוני מעורבים ישירות באלגוריתם הבקרה, ותוצאות המחקר מראות שבאזור המגנטי החלש, חוסר הדיוק של פרמטרי המנוע יכול להוביל להפחתה משמעותית של המומנט. וכוח. זה מראה את החשיבות של פרמטרים של משרן סינכרוני.
(2) יש לשים לב לבעיות במדידת השראות סינכרונית
על מנת להשיג צפיפות הספק גבוהה, המבנה של מנועים סינכרוניים מגנט קבוע מתוכנן לרוב להיות מורכב יותר, והמעגל המגנטי של המנוע רווי יותר, מה שגורם לכך שפרמטר ההשראות הסינכרוני של המנוע משתנה עם הרוויה של המעגל המגנטי. במילים אחרות, הפרמטרים ישתנו עם תנאי ההפעלה של המנוע, לחלוטין עם תנאי הפעולה המדורגים של פרמטרי השראות הסינכרוניים אינם יכולים לשקף במדויק את אופי הפרמטרים של המנוע. לכן, יש צורך למדוד את ערכי השראות בתנאי הפעלה שונים.
2. מנוע מגנט קבוע למדידת השראות סינכרונית
מאמר זה אוסף שיטות שונות למדידת השראות סינכרונית ומבצע השוואה וניתוח מפורטות שלהן. ניתן לסווג שיטות אלו באופן גס לשני סוגים עיקריים: בדיקת עומס ישיר ובדיקה סטטית עקיפה. בדיקות סטטיות מחולקות עוד יותר לבדיקות סטטיות AC ובדיקות סטטיות DC. היום, הפרק הראשון של "שיטות בדיקת משרנים סינכרוניים" שלנו יסביר את שיטת בדיקת העומס.

הספרות [1] מציגה את העיקרון של שיטת העומס הישיר. בדרך כלל ניתן לנתח מנועים מגנטים קבועים באמצעות תיאוריית התגובה הכפולה כדי לנתח את פעולת העומס שלהם, ודיאגרמות הפאזות של פעולת הגנרטור והמנוע מוצגות באיור 1 להלן. זווית ההספק θ של המחולל חיובית כאשר E0 עולה על U, זווית גורם ההספק φ חיובית כאשר I עולה על U, וזווית גורם ההספק הפנימי ψ חיובית כאשר E0 עולה על I. זווית ההספק θ של המנוע חיובית עם U עולה על E0, זווית גורם ההספק φ חיובית כאשר U עולה על I, וזווית מקדם ההספק הפנימי ψ חיובית כאשר I עולה על E0.

איור 1 דיאגרמת פאזות של פעולת מנוע סינכרוני מגנט קבוע
(א) מצב גנרטור (ב) מצב מוטורי

על פי דיאגרמת פאזות זו ניתן להשיג: כאשר פעולת עומס מנוע המגנט הקבוע, נמדד כוח אלקטרו-מוטורי E0 של עירור ללא עומס, מתח מסוף U, זרם I, זווית גורם הספק φ וזווית הספק θ וכן הלאה, ניתן לקבל אבזור זרם של הציר הישר, רכיב צולב ציר Id = Isin (θ - φ) ו-Iq = Icos (θ - φ), אז Xd ו-Xq יכולים להיות מתקבל מהמשוואה הבאה:

כאשר הגנרטור פועל:

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

כאשר המנוע פועל:

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

פרמטרי המצב היציב של מנועים סינכרוניים מגנט קבוע משתנים ככל שתנאי הפעולה של המנוע משתנים, וכאשר זרם האבזור משתנה, הן Xd והן Xq משתנות. לכן, בעת קביעת הפרמטרים, הקפד לציין גם את תנאי פעולת המנוע. (כמות זרם גל חילופין וישיר או זרם סטטור וזווית גורם הספק פנימי)

הקושי העיקרי בעת מדידת הפרמטרים האינדוקטיביים בשיטת העומס הישיר טמון במדידת זווית הכוח θ. כידוע, זהו הפרש זווית הפאזה בין מתח מסוף המנוע U לכוח האלקטרו-מוטורי של עירור. כאשר המנוע פועל ביציבות, ניתן לקבל את מתח הקצה ישירות, אך לא ניתן לקבל את E0 ישירות, כך שניתן להשיגו רק בשיטה עקיפה לקבלת אות תקופתי באותו תדר כמו E0 והפרש פאזה קבוע להחלפה E0 על מנת לבצע השוואת פאזות עם מתח הקצה.

השיטות העקיפות המסורתיות הן:
1) בחריץ האבזור של המנוע הנבדק קבור מגרש וסליל המקורי של המנוע של מספר סיבובים של חוט דק כסליל מדידה, על מנת לקבל את אותו שלב עם אות השוואת מתח המנוע המתפתל בבדיקה, באמצעות השוואה של ניתן לקבל את זווית גורם ההספק.
2) התקן מנוע סינכרוני על ציר המנוע הנבדק זהה למנוע הנבדק. שיטת מדידת שלב המתח [2], אשר יתואר להלן, מבוססת על עיקרון זה. תרשים החיבור הניסיוני מוצג באיור 2. ה-TSM הוא המנוע הסינכרוני המגנט הקבוע הנבדק, ה-ASM הוא מנוע סינכרוני זהה שנדרש בנוסף, ה-PM הוא המניע העיקרי, שיכול להיות מנוע סינכרוני או DC מנוע, B הוא הבלם, וה-DBO הוא אוסילוסקופ כפול קרן. השלבים B ו-C של TSM ו-ASM מחוברים לאוסילוסקופ. כאשר ה-TSM מחובר לספק כוח תלת פאזי, האוסילוסקופ מקבל את האותות VTSM ו-E0ASM. מכיוון ששני המנועים זהים ומסתובבים באופן סינכרוני, הפוטנציאל האחורי ללא עומס של ה-TSM של הבוחן והפוטנציאל האחורי ללא עומס של ה-ASM, הפועל כגנרטור, E0ASM, נמצאים בשלב. לכן, זווית הכוח θ, כלומר, ניתן למדוד את הפרש הפאזות בין VTSM ל-E0ASM.

איור 2 דיאגרמת חיווט נסיונית למדידת זווית הספק

שיטה זו אינה נפוצה במיוחד, בעיקר בגלל: ① בציר הרוטור מותקן מנוע סינכרוני קטן או שנאי סיבובי שנדרש למדוד המנוע בעל שני פירים מושטים, מה שלעתים קרובות קשה לעשות. ② הדיוק של מדידת זווית ההספק תלוי במידה רבה בתוכן ההרמוני הגבוה של ה-VTSM וה-E0ASM, ואם התוכן ההרמוני גדול יחסית, דיוק המדידה יופחת.
3) כדי לשפר את דיוק בדיקת זווית הכוח וקלות השימוש, כעת יותר שימוש בחיישני מיקום כדי לזהות את אות מיקום הרוטור, ולאחר מכן השוואת פאזה לגישת מתח הקצה
העיקרון הבסיסי הוא התקנת דיסק פוטואלקטרי מוקרנת או מוחזרת על הציר של המנוע הסינכרוני של המגנט הקבוע הנמדד, מספר החורים המפוזרים באופן אחיד על הדיסק או סמנים שחורים ולבנים ומספר זוגות הקטבים של המנוע הסינכרוני הנבדק. . כאשר הדיסק מסתובב סיבוב אחד עם המנוע, החיישן הפוטואלקטרי מקבל אותות מיקום פרוטור ומייצר פולסים של מתח נמוך. כאשר המנוע פועל באופן סינכרוני, התדירות של אות מיקום הרוטור הזה שווה לתדר של מתח מסוף האבזור, והפאזה שלו משקפת את הפאזה של כוח האלקטרו-מוטיבציה של עירור. אות דופק הסנכרון מוגבר על ידי עיצוב, הסטת פאזה ומתח אבזור מנוע הבדיקה לצורך השוואת פאזה כדי לקבל את הפרש הפאזות. הגדר כאשר פעולת המנוע ללא עומס, הפרש הפאזה הוא θ1 (בערך שבזמן זה זווית הכוח θ = 0), כאשר העומס פועל, הפרש הפאזה הוא θ2, ואז הפרש הפאזה θ2 - θ1 הוא הנמדד מגנט קבוע ערך זווית כוח עומס מנוע סינכרוני. התרשים הסכמטי מוצג באיור 3.

איור 3 תרשים סכמטי של מדידת זווית הספק

כמו בדיסק הפוטואלקטרי מצופה באופן אחיד עם סימן שחור ולבן קשה יותר, וכאשר מגנט קבוע נמדד קטבי מנוע סינכרוני באותו זמן דיסק סימון לא יכול להיות משותף אחד עם השני. למען הפשטות, ניתן לבדוק גם בציר ההנעה של מנוע המגנט הקבוע עטוף במעגל של סרט שחור, מצופה בסימן לבן, מקור האור החיישן הפוטואלקטרי הרפלקטיבי הנפלט מהאור שנאסף במעגל זה על פני הקלטת. בדרך זו, כל סיבוב של המנוע, חיישן פוטואלקטרי בטרנזיסטור רגיש לאור עקב קבלת אור מוחזר והולכה פעם אחת, וכתוצאה מכך אות דופק חשמלי, לאחר הגברה ועיצוב כדי לקבל אות השוואה E1. מקצה אבזור מנוע הבדיקה של כל מתח דו-פאזי, על ידי שנאי המתח PT עד למתח נמוך, שנשלח למשווה המתח, היווצרות נציג של הפאזה המלבני של אות הדופק המתח U1. U1 לפי תדר חלוקת p, השוואת הפאזה כדי לקבל השוואה בין הפאזה למשווה הפאזה. U1 לפי תדר חלוקת p, על ידי השוואת הפאזות כדי להשוות את הפרש הפאזות שלו עם האות.
החיסרון של שיטת מדידת זווית ההספק לעיל הוא שיש לעשות את ההבדל בין שתי המדידות כדי לקבל את זווית ההספק. על מנת להימנע משתי הכמויות שהופחתו ולהפחית את הדיוק, במדידת הפרש פאזת העומס θ2, היפוך האות U2, הפרש הפאזה הנמדד הוא θ2'=180° - θ2, זווית ההספק θ=180° - ( θ1 + θ2'), הממיר את שתי הכמויות מהחיסור של השלב לחיבור. דיאגרמת כמות הפאזות מוצגת באיור 4.

איור 4 עקרון שיטת הוספת פאזה לחישוב הפרש פאזה

שיטה משופרת אחרת אינה משתמשת בחלוקת תדר האות של צורת גל מלבנית של מתח, אלא משתמשת במיקרו-מחשב כדי להקליט בו-זמנית את צורת גל האות, בהתאמה, דרך ממשק הקלט, להקליט את צורות הגל של המתח ללא עומס ומיקום הרוטור U0, E0, וכן את אותות U1, E1 של צורת גל מלבנית של מתח העומס ומיקום הרוטור ולאחר מכן הזיזו את צורות הגל של שתי ההקלטות זו ביחס לזו עד שה צורות גל של שני אותות צורות גל מלבניות מתח חופפות לחלוטין, כאשר הפרש הפאזה בין שני הרוטורים הפרש הפאזה בין שני אותות מיקום הרוטור הוא זווית ההספק; או להזיז את צורת הגל לשתי צורות גל האות של מיקום הרוטור חופפות, אז הפרש הפאזה בין שני אותות המתח הוא זווית ההספק.
יש לציין כי פעולת ללא עומס בפועל של מנוע סינכרוני מגנט קבוע, זווית הכוח אינה אפס, במיוחד עבור מנועים קטנים, עקב פעולה ללא עומס של אובדן עומס (כולל אובדן נחושת סטטור, אובדן ברזל, אובדן מכני, אובדן תועה) הוא גדול יחסית, אם אתה חושב שזווית ההספק ללא עומס היא אפס, זה יגרום לשגיאה גדולה במדידת זווית ההספק, שניתן להשתמש בה כדי לגרום למנוע DC לפעול מצב המנוע, כיוון ההיגוי והיגוי מנוע הבדיקה עקביים, עם ההיגוי של מנוע ה-DC, מנוע ה-DC יכול לפעול באותו מצב, ומנוע ה-DC יכול לשמש כמנוע בדיקה. זה יכול לגרום למנוע DC לפעול במצב המנוע, להיגוי ולמנוע הבדיקה להתאים את מנוע ה-DC כדי לספק את כל אובדן הציר של מנוע הבדיקה (כולל אובדן ברזל, אובדן מכני, אובדן תועה וכו'). שיטת השיפוט היא שהספק הכניסה של מנוע הבדיקה שווה לצריכת הנחושת של הסטטור, כלומר P1 = pCu, והמתח והזרם בשלב. הפעם θ1 הנמדד מתאים לזווית הכוח של אפס.
תקציר: היתרונות של שיטה זו:
① שיטת העומס הישיר יכולה למדוד את השראות הרוויה במצב יציב תחת מצבי עומס שונים, ואינה דורשת אסטרטגיית בקרה, שהיא אינטואיטיבית ופשוטה.
מכיוון שהמדידה מתבצעת ישירות תחת עומס, ניתן לקחת בחשבון את השפעת הרוויה והשפעת זרם הדה-מגנטיזציה על פרמטרי השראות.
חסרונות של שיטה זו:
① שיטת העומס הישיר צריכה למדוד יותר כמויות בו זמנית (מתח תלת פאזי, זרם תלת פאזי, זווית גורם הספק וכו'), מדידת זווית ההספק קשה יותר, והדיוק של הבדיקה של לכל כמות יש השפעה ישירה על הדיוק של חישובי פרמטרים, וקל לצבור כל מיני טעויות במבחן הפרמטרים. לכן, בעת שימוש בשיטת העומס הישיר למדידת הפרמטרים, יש לשים לב לניתוח השגיאות ולבחור דיוק גבוה יותר של מכשיר הבדיקה.
② ערך הכוח האלקטרו-מניע E0 של עירור בשיטת מדידה זו מוחלף ישירות במתח מסוף המנוע ללא עומס, וקירוב זה מביא גם לשגיאות מובנות. מכיוון שנקודת הפעולה של המגנט הקבוע משתנה עם העומס, מה שאומר שבזרמי סטטור שונים, החדירות וצפיפות השטף של המגנט הקבוע שונים, ולכן גם כוח הגירוי האלקטרו-מוטיבציה הנוצר שונה. בדרך זו, זה לא מאוד מדויק להחליף את כוח הגירוי האלקטרו-מוטיבי במצב עומס בכוח האלקטרו-מוטורי של העירור ללא עומס.
הפניות
[1] Tang Renyuan et al. תיאוריה ועיצוב מודרני של מגנט קבוע. בייג'ין: Machinery Industry Press. מרץ 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. טכנולוגיה, עיצוב ויישומים של מגנט קבוע, מהדורה שנייה. ניו יורק: מרסל דקר, 2002:170~171
זכויות יוצרים: מאמר זה הוא הדפסה מחודשת של ה-WeChat המספר הציבורי להצצה (电机极客), הקישור המקוריhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

מאמר זה אינו מייצג את דעות החברה שלנו. אם יש לך דעות או דעות שונות, אנא תקן אותנו!