I. El propósito y la importancia de medir la inductancia síncrona.
(1) Propósito de medir los parámetros de la inductancia síncrona (es decir, la inductancia transversal)
Los parámetros de inductancia de CA y CC son los dos parámetros más importantes en un motor síncrono de imanes permanentes. Su adquisición precisa es el requisito previo y la base para el cálculo de las características del motor, la simulación dinámica y el control de velocidad. La inductancia síncrona se puede utilizar para calcular muchas propiedades de estado estacionario, como el factor de potencia, la eficiencia, el par, la corriente de armadura, la potencia y otros parámetros. En el sistema de control de un motor de imán permanente que utiliza control vectorial, los parámetros del inductor síncrono están directamente involucrados en el algoritmo de control, y los resultados de la investigación muestran que en la región magnética débil, la inexactitud de los parámetros del motor puede conducir a una reducción significativa del par. y poder. Esto muestra la importancia de los parámetros del inductor síncrono.
(2) Problemas a tener en cuenta al medir la inductancia síncrona
Para obtener una alta densidad de potencia, la estructura de los motores síncronos de imán permanente a menudo se diseña para que sea más compleja y el circuito magnético del motor está más saturado, lo que da como resultado que el parámetro de inductancia síncrona del motor varíe con la saturación de El circuito magnético. En otras palabras, los parámetros cambiarán con las condiciones de funcionamiento del motor, completamente con las condiciones de funcionamiento nominales de los parámetros de inductancia síncrona no pueden reflejar con precisión la naturaleza de los parámetros del motor. Por tanto, es necesario medir los valores de inductancia en diferentes condiciones de funcionamiento.
2.Métodos de medición de inductancia síncrona del motor de imán permanente
Este artículo recopila varios métodos para medir la inductancia síncrona y realiza una comparación y un análisis detallados de ellos. Estos métodos se pueden clasificar a grandes rasgos en dos tipos principales: prueba de carga directa y prueba estática indirecta. Las pruebas estáticas se dividen a su vez en pruebas estáticas de CA y pruebas estáticas de CC. Hoy, la primera entrega de nuestros "Métodos de prueba de inductores síncronos" explicará el método de prueba de carga.
La literatura [1] introduce el principio del método de carga directa. Los motores de imanes permanentes generalmente se pueden analizar utilizando la teoría de la doble reacción para analizar su operación de carga, y los diagramas de fases del funcionamiento del generador y del motor se muestran en la Figura 1 a continuación. El ángulo de potencia θ del generador es positivo cuando E0 excede U, el ángulo del factor de potencia φ es positivo cuando I excede U, y el ángulo del factor de potencia interno ψ es positivo cuando E0 excede I. El ángulo de potencia θ del motor es positivo con U excede E0, el ángulo del factor de potencia φ es positivo cuando U excede I, y el ángulo del factor de potencia interno ψ es positivo cuando I excede E0.
Fig. 1 Diagrama de fases del funcionamiento de un motor síncrono de imanes permanentes.
(a) Estado del generador (b) Estado del motor
De acuerdo con este diagrama de fases se puede obtener: cuando el motor de imán permanente está en funcionamiento con carga, se puede obtener la fuerza electromotriz de excitación sin carga medida E0, el voltaje del terminal de la armadura U, la corriente I, el ángulo del factor de potencia φ y el ángulo de potencia θ, etc. corriente del eje recto, componente del eje transversal Id = Isin (θ - φ) e Iq = Icos (θ - φ), entonces Xd y Xq se pueden obtener de la siguiente ecuación:
Cuando el generador está funcionando:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Cuando el motor está en marcha:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Los parámetros de estado estable de los motores síncronos de imanes permanentes cambian a medida que cambian las condiciones de funcionamiento del motor, y cuando cambia la corriente del inducido, cambian tanto Xd como Xq. Por lo tanto, al determinar los parámetros, asegúrese de indicar también las condiciones de funcionamiento del motor. (Cantidad de corriente alterna y directa del eje o corriente del estator y ángulo del factor de potencia interno)
La principal dificultad al medir los parámetros inductivos mediante el método de carga directa radica en la medición del ángulo de potencia θ. Como sabemos, es la diferencia del ángulo de fase entre el voltaje U del terminal del motor y la fuerza electromotriz de excitación. Cuando el motor está funcionando de manera estable, el voltaje final se puede obtener directamente, pero E0 no se puede obtener directamente, por lo que solo se puede obtener mediante un método indirecto para obtener una señal periódica con la misma frecuencia que E0 y una diferencia de fase fija para reemplazar. E0 para realizar una comparación de fases con la tensión final.
Los métodos indirectos tradicionales son:
1) en la ranura de la armadura del motor bajo prueba paso enterrado y la bobina original del motor de varias vueltas de alambre fino como bobina de medición, para obtener la misma fase con el devanado del motor bajo señal de comparación de voltaje de prueba, a través de la comparación de Se puede obtener el ángulo del factor de potencia.
2) Instale un motor síncrono en el eje del motor bajo prueba que sea idéntico al motor bajo prueba. El método de medición de fase de tensión [2], que se describirá a continuación, se basa en este principio. El diagrama de conexión experimental se muestra en la Figura 2. El TSM es el motor síncrono de imán permanente bajo prueba, el ASM es un motor síncrono idéntico que se requiere adicionalmente, el PM es el motor primario, que puede ser un motor síncrono o un DC. motor, B es el freno y el DBO es un osciloscopio de doble haz. Las fases B y C del TSM y ASM están conectadas al osciloscopio. Cuando el TSM está conectado a una fuente de alimentación trifásica, el osciloscopio recibe las señales VTSM y E0ASM. Debido a que los dos motores son idénticos y giran sincrónicamente, el potencial de retorno sin carga del TSM del probador y el potencial de retorno sin carga del ASM, que actúa como generador, E0ASM, están en fase. Por lo tanto, se puede medir el ángulo de potencia θ, es decir, la diferencia de fase entre VTSM y E0ASM.
Fig. 2 Diagrama de cableado experimental para medir el ángulo de potencia.
Este método no se utiliza con mucha frecuencia, principalmente porque: ① en el eje del rotor se monta un pequeño motor síncrono o un transformador giratorio que debe medirse, el motor tiene dos ejes con extremos extendidos, lo que a menudo es difícil de hacer. ② La precisión de la medición del ángulo de potencia depende en gran medida del alto contenido de armónicos del VTSM y E0ASM, y si el contenido de armónicos es relativamente grande, la precisión de la medición se reducirá.
3) Para mejorar la precisión de la prueba del ángulo de potencia y la facilidad de uso, ahora se utilizan más sensores de posición para detectar la señal de posición del rotor y luego realizar una comparación de fases con el enfoque de voltaje final.
El principio básico es instalar un disco fotoeléctrico proyectado o reflejado en el eje del motor síncrono de imán permanente medido, el número de orificios distribuidos uniformemente en el disco o marcadores blancos y negros y el número de pares de polos del motor síncrono bajo prueba. . Cuando el disco gira una revolución con el motor, el sensor fotoeléctrico recibe p señales de posición del rotor y genera p pulsos de bajo voltaje. Cuando el motor funciona sincrónicamente, la frecuencia de esta señal de posición del rotor es igual a la frecuencia del voltaje del terminal del inducido, y su fase refleja la fase de la fuerza electromotriz de excitación. La señal del pulso de sincronización se amplifica mediante la conformación, el desplazamiento de fase y el voltaje de la armadura del motor de prueba para comparar las fases y obtener la diferencia de fase. Configurado cuando el motor está funcionando sin carga, la diferencia de fase es θ1 (aproximadamente que en este momento el ángulo de potencia θ = 0), cuando la carga está funcionando, la diferencia de fase es θ2, entonces la diferencia de fase θ2 - θ1 es la medida Valor del ángulo de potencia de carga del motor síncrono de imán permanente. El diagrama esquemático se muestra en la Figura 3.
Fig. 3 Diagrama esquemático de la medición del ángulo de potencia.
Al igual que en el disco fotoeléctrico recubierto uniformemente con marcas en blanco y negro, es más difícil, y cuando los polos del motor síncrono de imán permanente medidos al mismo tiempo, el disco de marca no puede ser común entre sí. Para simplificar, también se puede probar en el eje de transmisión del motor de imán permanente envuelto en un círculo de cinta negra, recubierto con una marca blanca, la fuente de luz del sensor fotoeléctrico reflectante emitida por la luz reunida en este círculo en la superficie de la cinta. De esta manera, cada vuelta del motor, el sensor fotoeléctrico en el transistor fotosensible debe recibir una luz reflejada y conducirla una vez, lo que da como resultado una señal de pulso eléctrico, después de la amplificación y conformación para obtener una señal de comparación E1. desde el extremo del devanado del inducido del motor de prueba de cualquier voltaje bifásico, por el transformador de voltaje PT hasta un voltaje bajo, enviado al comparador de voltaje, la formación de un representante de la fase rectangular de la señal de pulso de voltaje U1. U1 por la frecuencia de división p, la comparación del comparador de fase para obtener una comparación entre la fase y el comparador de fase. U1 por la frecuencia de división p, por el comparador de fase para comparar su diferencia de fase con la señal.
La desventaja del método de medición del ángulo de potencia anterior es que se debe hacer la diferencia entre las dos mediciones para obtener el ángulo de potencia. Para evitar que se resten dos cantidades y reducir la precisión, en la medición de la diferencia de fase de carga θ2, la inversión de la señal U2, la diferencia de fase medida es θ2'=180 ° - θ2, el ángulo de potencia θ=180 ° - ( θ1 + θ2'), que convierte las dos cantidades de la resta de la fase a la suma. El diagrama de cantidad de fases se muestra en la Fig. 4.
Fig. 4 Principio del método de suma de fases para calcular la diferencia de fase
Otro método mejorado no utiliza la división de frecuencia de la señal de forma de onda rectangular de voltaje, sino que usa una microcomputadora para registrar simultáneamente la forma de onda de la señal, respectivamente, a través de la interfaz de entrada, registrar el voltaje sin carga y las formas de onda de la señal de posición del rotor U0, E0, así como El voltaje de carga y el rotor colocan las señales de forma de onda rectangular U1, E1, y luego mueven las formas de onda de las dos grabaciones entre sí hasta que las formas de onda de las dos señales de forma de onda rectangular de voltaje se superponen completamente, cuando la diferencia de fase entre los dos rotores La fase la diferencia entre las dos señales de posición del rotor es el ángulo de potencia; o mueva la forma de onda a las dos formas de onda de la señal de posición del rotor coinciden, entonces la diferencia de fase entre las dos señales de voltaje es el ángulo de potencia.
Cabe señalar que en el funcionamiento real sin carga del motor síncrono de imán permanente, el ángulo de potencia no es cero, especialmente para motores pequeños, debido al funcionamiento sin carga de la pérdida sin carga (incluyendo pérdida de cobre del estator, pérdida de hierro, pérdida mecánica, pérdida parásita) es relativamente grande, si piensa que el ángulo de potencia sin carga es cero, causará un gran error en la medición del ángulo de potencia, que puede usarse para hacer que el motor de CC funcione en el estado del motor, la dirección de la dirección y la dirección del motor de prueba son consistentes, con la dirección del motor de CC, el motor de CC puede funcionar en el mismo estado y el motor de CC se puede utilizar como motor de prueba. Esto puede hacer que el motor de CC funcione en el estado del motor, la dirección y la dirección del motor de prueba sean consistentes con el motor de CC para proporcionar todas las pérdidas del eje del motor de prueba (incluidas las pérdidas de hierro, las pérdidas mecánicas, las pérdidas parásitas, etc.). El método de evaluación es que la potencia de entrada del motor de prueba es igual al consumo de cobre del estator, es decir, P1 = pCu, y el voltaje y la corriente en fase. Esta vez el θ1 medido corresponde al ángulo de potencia cero.
Resumen: las ventajas de este método:
① El método de carga directa puede medir la inductancia de saturación en estado estable bajo varios estados de carga y no requiere una estrategia de control, que es intuitiva y simple.
Debido a que la medición se realiza directamente bajo carga, se puede tener en cuenta el efecto de saturación y la influencia de la corriente de desmagnetización en los parámetros de inductancia.
Desventajas de este método:
① El método de carga directa necesita medir más cantidades al mismo tiempo (voltaje trifásico, corriente trifásica, ángulo del factor de potencia, etc.), la medición del ángulo de potencia es más difícil y la precisión de la prueba de cada cantidad tiene un impacto directo en la precisión de los cálculos de parámetros, y es fácil acumular todo tipo de errores en la prueba de parámetros. Por lo tanto, cuando se utiliza el método de carga directa para medir los parámetros, se debe prestar atención al análisis de errores y seleccionar una mayor precisión del instrumento de prueba.
② El valor de la fuerza electromotriz de excitación E0 en este método de medición se reemplaza directamente por el voltaje del terminal del motor sin carga, y esta aproximación también trae errores inherentes. Debido a que el punto de operación del imán permanente cambia con la carga, lo que significa que a diferentes corrientes del estator, la permeabilidad y la densidad de flujo del imán permanente son diferentes, por lo que la fuerza electromotriz de excitación resultante también es diferente. De esta manera, no es muy exacto reemplazar la fuerza electromotriz de excitación en condiciones de carga con la fuerza electromotriz de excitación sin carga.
Referencias
[1] Tang Renyuan y otros. Teoría y diseño modernos de motores de imanes permanentes. Beijing: Prensa de la industria de maquinaria. marzo 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Tecnología, diseño y aplicaciones de motores de imanes permanentes, 2ª ed. Nueva York: Marcel Dekker, 2002:170~171
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Hora de publicación: 18-jul-2024