Pengukuran induktansi sinkron motor magnet permanen

I. Tujuan dan pentingnya pengukuran induktansi sinkron
(1)Tujuan Pengukuran Parameter Induktansi Sinkron (yaitu Induktansi Sumbu Silang)
Parameter induktansi AC dan DC merupakan dua parameter terpenting pada motor sinkron magnet permanen. Akurasi keduanya merupakan prasyarat dan dasar untuk perhitungan karakteristik motor, simulasi dinamis, dan kendali kecepatan. Induktansi sinkron dapat digunakan untuk menghitung berbagai parameter kondisi tunak seperti faktor daya, efisiensi, torsi, arus jangkar, daya, dan parameter lainnya. Dalam sistem kendali motor magnet permanen yang menggunakan kendali vektor, parameter induktor sinkron terlibat langsung dalam algoritma kendali, dan hasil penelitian menunjukkan bahwa pada daerah magnet lemah, ketidakakuratan parameter motor dapat menyebabkan penurunan torsi dan daya yang signifikan. Hal ini menunjukkan pentingnya parameter induktor sinkron.
(2)Masalah yang perlu diperhatikan dalam pengukuran induktansi sinkron
Untuk mendapatkan kerapatan daya yang tinggi, struktur motor sinkron magnet permanen seringkali dirancang lebih kompleks, dan sirkuit magnetik motor lebih jenuh, sehingga parameter induktansi sinkron motor bervariasi seiring dengan saturasi sirkuit magnetik. Dengan kata lain, parameter akan berubah seiring dengan kondisi operasi motor, dan parameter induktansi sinkron tidak dapat sepenuhnya mencerminkan karakteristik parameter motor pada kondisi operasi terukur. Oleh karena itu, perlu dilakukan pengukuran nilai induktansi pada berbagai kondisi operasi.
2.Metode pengukuran induktansi sinkron motor magnet permanen
Makalah ini menghimpun berbagai metode pengukuran induktansi sinkron dan menyajikan perbandingan serta analisis mendetail. Metode-metode ini secara garis besar dapat dikategorikan menjadi dua jenis utama: uji beban langsung dan uji statik tidak langsung. Pengujian statik selanjutnya dibagi menjadi uji statik AC dan uji statik DC. Hari ini, bagian pertama dari "Metode Uji Induktor Sinkron" kami akan menjelaskan metode uji beban tersebut.

Literatur [1] memperkenalkan prinsip metode beban langsung. Motor magnet permanen biasanya dapat dianalisis dengan menggunakan teori reaksi ganda untuk menganalisis operasi bebannya, dan diagram fase operasi generator dan motor ditunjukkan pada Gambar 1 di bawah ini. Sudut daya θ generator positif dengan E0 melebihi U, sudut faktor daya φ positif dengan I melebihi U, dan sudut faktor daya internal ψ positif dengan E0 melebihi I. Sudut daya θ motor positif dengan U melebihi E0, sudut faktor daya φ positif dengan U melebihi I, dan sudut faktor daya internal ψ positif dengan I melebihi E0.

Gambar 1 Diagram fasa operasi motor sinkron magnet permanen
(a) Keadaan generator (b) Keadaan motor

Berdasarkan diagram fasa ini dapat diperoleh: ketika motor magnet permanen beroperasi dengan beban, gaya gerak listrik eksitasi tanpa beban yang terukur E0, tegangan terminal jangkar U, arus I, sudut faktor daya φ dan sudut daya θ dan seterusnya, dapat diperoleh arus jangkar sumbu lurus, komponen sumbu silang Id = Isin (θ - φ) dan Iq = Icos (θ - φ), kemudian Xd dan Xq dapat diperoleh dari persamaan berikut:

Saat generator sedang berjalan:

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

Saat motor berjalan:

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

Parameter kondisi tunak motor sinkron magnet permanen berubah seiring perubahan kondisi operasi motor, dan ketika arus jangkar berubah, baik Xd maupun Xq pun berubah. Oleh karena itu, saat menentukan parameter, pastikan juga untuk menunjukkan kondisi operasi motor. (Besarnya arus poros bolak-balik dan searah atau arus stator dan sudut faktor daya internal)

Kesulitan utama dalam mengukur parameter induktif dengan metode beban langsung terletak pada pengukuran sudut daya θ. Seperti yang kita ketahui, sudut daya adalah selisih sudut fasa antara tegangan terminal motor U dan gaya gerak listrik eksitasi. Ketika motor berjalan stabil, tegangan akhir dapat diperoleh secara langsung, tetapi E0 tidak dapat diperoleh secara langsung, sehingga hanya dapat diperoleh dengan metode tidak langsung untuk mendapatkan sinyal periodik dengan frekuensi yang sama dengan E0 dan selisih fasa tetap untuk menggantikan E0 guna melakukan perbandingan fasa dengan tegangan akhir.

Metode tidak langsung tradisional adalah:
1) pada slot jangkar motor yang diuji dikubur pitch dan kumparan asli motor dari beberapa lilitan kawat halus sebagai kumparan pengukur, untuk memperoleh fase yang sama dengan lilitan motor yang diuji sinyal perbandingan tegangan, melalui perbandingan sudut faktor daya dapat diperoleh.
2) Pasang motor sinkron pada poros motor yang diuji yang identik dengan motor yang diuji. Metode pengukuran fase tegangan [2], yang akan dijelaskan di bawah ini, didasarkan pada prinsip ini. Diagram koneksi eksperimental ditunjukkan pada Gambar 2. TSM adalah motor sinkron magnet permanen yang diuji, ASM adalah motor sinkron identik yang diperlukan sebagai tambahan, PM adalah penggerak utama, yang dapat berupa motor sinkron atau motor DC, B adalah rem, dan DBO adalah osiloskop dual beam. Fase B dan C dari TSM dan ASM dihubungkan ke osiloskop. Ketika TSM dihubungkan ke catu daya tiga fase, osiloskop menerima sinyal VTSM dan E0ASM. karena kedua motor identik dan berputar secara sinkron, potensial balik tanpa beban dari TSM penguji dan potensial balik tanpa beban dari ASM, yang bertindak sebagai generator, E0ASM, berada dalam fase. Oleh karena itu, sudut daya θ, yaitu perbedaan fase antara VTSM dan E0ASM dapat diukur.

Gambar 2 Diagram pengkabelan eksperimental untuk mengukur sudut daya

Metode ini tidak umum digunakan, terutama karena: ① pada poros rotor terpasang motor sinkron kecil atau transformator putar yang diperlukan untuk diukur motor memiliki dua ujung poros yang terentang, yang seringkali sulit dilakukan. ② Keakuratan pengukuran sudut daya sangat bergantung pada kandungan harmonik yang tinggi dari VTSM dan E0ASM, dan jika kandungan harmonik relatif besar, keakuratan pengukuran akan berkurang.
3) Untuk meningkatkan akurasi uji sudut daya dan kemudahan penggunaan, sekarang lebih banyak menggunakan sensor posisi untuk mendeteksi sinyal posisi rotor, dan kemudian perbandingan fase dengan pendekatan tegangan akhir
Prinsip dasarnya adalah memasang cakram fotolistrik yang diproyeksikan atau dipantulkan pada poros motor sinkron magnet permanen yang diukur, jumlah lubang yang terdistribusi secara seragam pada cakram atau penanda hitam dan putih dan jumlah pasangan kutub motor sinkron yang diuji. Ketika cakram berputar satu putaran dengan motor, sensor fotolistrik menerima sinyal posisi rotor p dan menghasilkan pulsa tegangan rendah p. Ketika motor berjalan secara sinkron, frekuensi sinyal posisi rotor ini sama dengan frekuensi tegangan terminal jangkar, dan fasenya mencerminkan fase gaya gerak listrik eksitasi. Sinyal pulsa sinkronisasi diperkuat dengan membentuk, menggeser fase dan tegangan jangkar motor uji untuk perbandingan fase untuk mendapatkan perbedaan fase. Ditetapkan ketika operasi motor tanpa beban, perbedaan fase adalah θ1 (perkiraan bahwa pada saat ini sudut daya θ = 0), ketika beban berjalan, perbedaan fase adalah θ2, maka perbedaan fase θ2 - θ1 adalah nilai sudut daya beban motor sinkron magnet permanen yang diukur. Diagram skematik ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 Diagram skema pengukuran sudut daya

Karena cakram fotolistrik yang dilapisi tanda hitam putih secara merata lebih sulit, dan ketika kutub motor sinkron magnet permanen diukur pada saat yang sama, cakram penanda tidak dapat sama satu sama lain. Untuk memudahkan, dapat juga diuji pada poros penggerak motor magnet permanen yang dibungkus pita hitam melingkar dan dilapisi tanda putih. Sumber cahaya sensor fotolistrik reflektif yang dipancarkan oleh cahaya berkumpul dalam lingkaran ini pada permukaan pita. Dengan cara ini, setiap putaran motor, sensor fotolistrik di dalam transistor fotosensitif menerima pantulan cahaya dan konduksi sekali, menghasilkan sinyal pulsa listrik. Setelah diperkuat dan dibentuk, sinyal pembanding diperoleh. Dari ujung belitan jangkar motor uji, tegangan dua fasa diturunkan oleh transformator tegangan PT ke tegangan rendah, dan dikirim ke pembanding tegangan. Sinyal pulsa tegangan U1 membentuk representasi fase persegi panjang. Frekuensi pembagian-p U1 digunakan untuk membandingkan fase dengan fase pembanding. U1 oleh frekuensi pembagian p, oleh pembanding fase untuk membandingkan perbedaan fasenya dengan sinyal.
Kelemahan metode pengukuran sudut daya di atas adalah selisih antara kedua pengukuran harus dihitung untuk mendapatkan sudut daya. Untuk menghindari pengurangan kedua besaran dan mengurangi akurasi, dalam pengukuran beda fasa beban θ2, pembalikan sinyal U2, beda fasa yang terukur adalah θ2' = 180° - θ2, sudut daya θ = 180° - (θ1 + θ2'), yang mengubah kedua besaran dari pengurangan fasa menjadi penjumlahan. Diagram besaran fasa ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 Prinsip metode penambahan fasa untuk menghitung perbedaan fasa

Metode lain yang telah disempurnakan tidak menggunakan pembagian frekuensi sinyal bentuk gelombang persegi panjang tegangan, tetapi menggunakan komputer mikro untuk merekam bentuk gelombang sinyal secara bersamaan, masing-masing, melalui antarmuka masukan, merekam bentuk gelombang tegangan tanpa beban dan sinyal posisi rotor U0, E0, serta bentuk gelombang tegangan beban dan sinyal bentuk gelombang persegi panjang posisi rotor U1, E1, dan kemudian memindahkan bentuk gelombang dari dua rekaman relatif satu sama lain hingga bentuk gelombang dari dua sinyal bentuk gelombang persegi panjang tegangan sepenuhnya tumpang tindih, ketika perbedaan fasa antara dua rotor Perbedaan fasa antara dua sinyal posisi rotor adalah sudut daya; atau memindahkan bentuk gelombang ke dua bentuk gelombang sinyal posisi rotor bertepatan, maka perbedaan fasa antara dua sinyal tegangan adalah sudut daya.
Perlu ditunjukkan bahwa operasi tanpa beban aktual motor sinkron magnet permanen, sudut daya tidak nol, terutama untuk motor kecil, karena operasi tanpa beban dari kerugian tanpa beban (termasuk kerugian tembaga stator, kerugian besi, kerugian mekanis, kerugian nyasar) relatif besar, jika Anda berpikir bahwa sudut daya tanpa beban nol, itu akan menyebabkan kesalahan besar dalam pengukuran sudut daya, yang dapat digunakan untuk membuat motor DC berjalan dalam keadaan motor, arah kemudi dan kemudi motor uji konsisten, dengan kemudi motor DC, motor DC dapat berjalan pada keadaan yang sama, dan motor DC dapat digunakan sebagai motor uji. Ini dapat membuat motor DC berjalan dalam keadaan motor, kemudi dan kemudi motor uji konsisten dengan motor DC untuk menyediakan semua kerugian poros motor uji (termasuk kerugian besi, kerugian mekanis, kerugian nyasar, dll.). Metode penilaiannya adalah bahwa daya input motor uji sama dengan konsumsi tembaga stator, yaitu, P1 = pCu, dan tegangan dan arus dalam fase. Kali ini θ1 yang diukur sesuai dengan sudut pangkat nol.
Ringkasan: keuntungan dari metode ini:
① Metode beban langsung dapat mengukur induktansi saturasi keadaan tetap di bawah berbagai keadaan beban, dan tidak memerlukan strategi kontrol, yang intuitif dan sederhana.
Karena pengukuran dilakukan langsung di bawah beban, efek saturasi dan pengaruh arus demagnetisasi pada parameter induktansi dapat diperhitungkan.
Kerugian dari metode ini:
1. Metode beban langsung perlu mengukur lebih banyak besaran sekaligus (tegangan tiga fasa, arus tiga fasa, sudut faktor daya, dll.). Pengukuran sudut daya lebih sulit, dan akurasi pengujian setiap besaran berdampak langsung pada akurasi perhitungan parameter. Berbagai kesalahan dalam pengujian parameter mudah terakumulasi. Oleh karena itu, saat menggunakan metode beban langsung untuk mengukur parameter, perhatikan analisis kesalahan dan pilih instrumen uji dengan akurasi yang lebih tinggi.
2. Nilai gaya gerak listrik eksitasi E0 dalam metode pengukuran ini secara langsung digantikan oleh tegangan terminal motor tanpa beban, dan pendekatan ini juga membawa kesalahan inheren. Hal ini disebabkan oleh titik operasi magnet permanen yang berubah seiring dengan perubahan beban. Artinya, pada arus stator yang berbeda, permeabilitas dan kerapatan fluks magnet permanen berbeda, sehingga gaya gerak listrik eksitasi yang dihasilkan juga berbeda. Dengan demikian, penggantian gaya gerak listrik eksitasi pada kondisi beban dengan gaya gerak listrik eksitasi tanpa beban kurang akurat.
Referensi
[1] Tang Renyuan dkk. Teori dan desain motor magnet permanen modern. Beijing: Machinery Industry Press. Maret 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Teknologi Motor Magnet Permanen, Desain dan Aplikasi, edisi ke-2. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Hak Cipta: Artikel ini merupakan cetak ulang dari nomor publik WeChat motor peek (电机极客), tautan aslihttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

Artikel ini tidak mewakili pandangan perusahaan kami. Jika Anda memiliki pendapat atau pandangan yang berbeda, mohon koreksi kami!