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 dalam motor sinkron magnet permanen. Akuisisi yang akurat merupakan prasyarat dan dasar untuk perhitungan karakteristik motor, simulasi dinamis, dan kontrol kecepatan. Induktansi sinkron dapat digunakan untuk menghitung banyak properti kondisi tunak seperti faktor daya, efisiensi, torsi, arus jangkar, daya, dan parameter lainnya. Dalam sistem kontrol motor magnet permanen menggunakan kontrol vektor, parameter induktor sinkron terlibat langsung dalam algoritma kontrol, dan hasil penelitian menunjukkan bahwa di wilayah magnet lemah, ketidakakuratan parameter motor dapat menyebabkan pengurangan torsi dan daya yang signifikan. Hal ini menunjukkan pentingnya parameter induktor sinkron.
(2)Masalah yang perlu diperhatikan dalam pengukuran induktansi sinkron
Untuk memperoleh kerapatan daya yang tinggi, struktur motor sinkron magnet permanen sering kali dirancang agar lebih kompleks, dan sirkuit magnetik motor lebih jenuh, yang mengakibatkan parameter induktansi sinkron motor bervariasi dengan saturasi sirkuit magnetik. Dengan kata lain, parameter akan berubah dengan kondisi operasi motor, sepenuhnya dengan kondisi operasi terukur dari parameter induktansi sinkron tidak dapat secara akurat mencerminkan sifat parameter motor. Oleh karena itu, perlu untuk mengukur nilai induktansi dalam kondisi operasi yang berbeda.
2.Metode pengukuran induktansi sinkron motor magnet permanen
Makalah ini mengumpulkan berbagai metode pengukuran induktansi sinkron dan membuat perbandingan dan analisis terperinci tentang metode-metode tersebut. Metode-metode ini secara garis besar dapat dikategorikan menjadi dua jenis utama: uji beban langsung dan uji statis tidak langsung. Pengujian statis selanjutnya dibagi menjadi pengujian statis AC dan pengujian statis DC. Hari ini, angsuran pertama dari "Metode Uji Induktor Sinkron" kami akan menjelaskan metode uji beban.

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 bekerja pada beban, gaya gerak listrik eksitasi tanpa beban 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 dari persamaan berikut dapat diperoleh Xd dan Xq:

Saat generator sedang berjalan:

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

Saat motor sedang berjalan:

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

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

Kesulitan utama saat mengukur parameter induktif dengan metode beban langsung terletak pada pengukuran sudut daya θ. Seperti yang kita ketahui, sudut daya adalah perbedaan sudut fasa antara tegangan terminal motor U dan gaya gerak listrik eksitasi. Saat 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 memperoleh sinyal periodik dengan frekuensi yang sama dengan E0 dan perbedaan fasa tetap untuk menggantikan E0 guna melakukan perbandingan fasa dengan tegangan akhir.

Metode tidak langsung tradisional adalah:
1) Pada slot jangkar motor yang diuji, ditanamkan pitch dan beberapa lilitan kawat halus pada kumparan asli motor sebagai kumparan pengukur. Guna memperoleh sinyal pembanding tegangan dengan lilitan motor yang diuji, dapat diperoleh sinyal pembanding tegangan dengan membandingkan sudut faktor daya.
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 juga diperlukan, 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, backpotensial tanpa beban dari TSM penguji dan backpotensial 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 terlalu umum digunakan, terutama karena: ① pada poros rotor dipasang 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 spidol 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 pembentukan, pergeseran fase dan tegangan jangkar motor uji untuk perbandingan fase untuk mendapatkan perbedaan fase. Ditetapkan ketika motor tanpa beban beroperasi, 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

Seperti pada cakram fotolistrik yang dilapisi dengan tanda hitam dan putih secara seragam lebih sulit, dan ketika kutub motor sinkron magnet permanen yang diukur pada saat yang sama, cakram penanda tidak dapat sama satu sama lain. Untuk kesederhanaan, juga dapat diuji pada poros penggerak motor magnet permanen yang dibungkus dalam lingkaran pita hitam, dilapisi dengan tanda putih, sumber cahaya sensor fotolistrik reflektif yang dipancarkan oleh cahaya yang dikumpulkan dalam lingkaran ini pada permukaan pita. Dengan cara ini, setiap putaran motor, sensor fotolistrik dalam transistor fotosensitif karena menerima cahaya yang dipantulkan dan konduksi sekali, menghasilkan sinyal pulsa listrik, setelah amplifikasi dan pembentukan untuk mendapatkan sinyal perbandingan E1. Dari ujung belitan jangkar motor uji dari setiap tegangan dua fase, oleh transformator tegangan PT turun ke tegangan rendah, dikirim ke pembanding tegangan, pembentukan representatif dari fase persegi panjang dari sinyal pulsa tegangan U1. U1 oleh frekuensi pembagian-p, perbandingan pembanding fase untuk mendapatkan perbandingan antara fase dan pembanding fase. U1 oleh frekuensi pembagian p, oleh pembanding fase untuk membandingkan perbedaan fase dengan sinyal.
Kelemahan metode pengukuran sudut daya di atas adalah bahwa perbedaan antara kedua pengukuran harus dilakukan untuk memperoleh sudut daya. Untuk menghindari pengurangan kedua kuantitas dan mengurangi akurasi, dalam pengukuran perbedaan fase beban θ2, pembalikan sinyal U2, perbedaan fase yang diukur adalah θ2'=180 ° - θ2, sudut daya θ=180 ° - (θ1 + θ2'), yang mengubah kedua kuantitas dari pengurangan fase menjadi penambahan. Diagram kuantitas fase 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, lalu memindahkan bentuk gelombang kedua rekaman tersebut relatif satu sama lain hingga bentuk gelombang kedua sinyal bentuk gelombang persegi panjang tegangan saling tumpang tindih seluruhnya, ketika perbedaan fasa antara kedua sinyal posisi rotor selisih fasa adalah sudut daya; atau memindahkan bentuk gelombang ke dua bentuk gelombang sinyal posisi rotor yang bertepatan, maka perbedaan fasa antara kedua sinyal tegangan tersebut adalah sudut daya.
Perlu ditunjukkan bahwa operasi tanpa beban aktual dari 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 liar) 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 liar, dll.). Metode penilaian 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 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.
Kekurangan dari metode ini:
① Metode beban langsung perlu mengukur lebih banyak kuantitas pada saat yang sama (tegangan tiga fase, arus tiga fase, sudut faktor daya, dll.), pengukuran sudut daya lebih sulit, dan keakuratan pengujian setiap kuantitas memiliki dampak langsung pada keakuratan perhitungan parameter, dan semua jenis kesalahan dalam pengujian parameter mudah terakumulasi. Oleh karena itu, saat menggunakan metode beban langsung untuk mengukur parameter, perhatian harus diberikan pada analisis kesalahan, dan pilih instrumen pengujian 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 perkiraan ini juga membawa kesalahan inheren. Karena, titik operasi magnet permanen berubah seiring dengan beban, yang berarti bahwa pada arus stator yang berbeda, permeabilitas dan kerapatan fluks magnet permanen berbeda, sehingga gaya gerak listrik eksitasi yang dihasilkan juga berbeda. Dengan cara ini, tidak terlalu akurat untuk mengganti gaya gerak listrik eksitasi dalam kondisi beban dengan gaya gerak listrik eksitasi tanpa beban.
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!