Pengukuran induktansi sinkron motor magnet permanen

I. Tujuan dan pentingnya mengukur induktansi sinkron
(1) Tujuan Mengukur Parameter Induktansi Sinkron (yaitu Induktansi Lintas Sumbu)
Parameter induktansi AC dan DC adalah dua parameter terpenting dalam motor sinkron magnet permanen. Perolehan akuratnya merupakan prasyarat dan dasar untuk penghitungan karakteristik motor, simulasi dinamis, dan kontrol kecepatan. Induktansi sinkron dapat digunakan untuk menghitung banyak properti keadaan 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 yang signifikan. dan kekuasaan. Hal ini menunjukkan pentingnya parameter induktor sinkron.
(2) Masalah yang perlu diperhatikan dalam mengukur induktansi sinkron
Untuk mendapatkan kepadatan daya yang tinggi, struktur motor sinkron magnet permanen seringkali dirancang lebih kompleks, dan rangkaian magnet motor lebih jenuh, yang mengakibatkan parameter induktansi sinkron motor bervariasi sesuai saturasinya. sirkuit magnetik. Dengan kata lain, parameter akan berubah sesuai dengan kondisi pengoperasian motor, sepenuhnya dengan kondisi pengoperasian terukur, 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 rinci tentangnya. Metode-metode ini secara kasar dapat dikategorikan menjadi dua jenis utama: uji beban langsung dan uji statis tidak langsung. Pengujian statis dibagi lagi menjadi pengujian statis AC dan pengujian statis DC. Hari ini, bagian 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. 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 pengoperasian motor sinkron magnet permanen
(a) Keadaan generator (b) Keadaan motor

Menurut diagram fasa ini dapat diperoleh: ketika motor magnet permanen beroperasi dengan beban, diukur 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 jangkar arus sumbu lurus, komponen sumbu silang Id = Isin (θ - φ) dan Iq = Icos (θ - φ), maka 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 keadaan tunak motor sinkron magnet permanen berubah seiring dengan perubahan kondisi pengoperasian motor, dan ketika arus jangkar berubah, baik Xd maupun Xq berubah. Oleh karena itu, saat menentukan parameter, pastikan juga untuk menunjukkan kondisi pengoperasian motor. (Jumlah arus bolak-balik dan searah poros 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 kita ketahui, ini adalah perbedaan sudut fasa antara tegangan terminal motor U dan gaya gerak listrik eksitasi. Pada saat motor berjalan stabil maka tegangan ujung dapat diperoleh secara langsung, namun E0 tidak dapat diperoleh secara langsung, sehingga hanya dapat diperoleh dengan cara tidak langsung untuk memperoleh sinyal periodik dengan frekuensi yang sama dengan E0 dan beda fasa tetap sebagai penggantinya. E0 untuk membuat perbandingan fasa dengan tegangan akhir.

Metode tidak langsung tradisional adalah:
1) pada slot jangkar motor yang diuji, pitch terkubur dan kumparan asli motor dari beberapa putaran kawat halus sebagai kumparan pengukur, untuk mendapatkan fase yang sama dengan belitan motor di bawah sinyal perbandingan tegangan uji, melalui perbandingan sudut faktor daya dapat diperoleh.
2) Pasang motor sinkron pada poros motor yang diuji yang identik dengan motor yang diuji. Metode pengukuran fasa tegangan [2], yang akan dijelaskan di bawah, didasarkan pada prinsip ini. Diagram sambungan eksperimental ditunjukkan pada Gambar 2. TSM adalah motor sinkron magnet permanen yang diuji, ASM adalah motor sinkron identik yang diperlukan tambahan, PM adalah penggerak utama, yang dapat berupa motor sinkron atau DC motor, B adalah rem, dan DBO adalah osiloskop sinar ganda. Fase B dan C dari TSM dan ASM terhubung ke osiloskop. Ketika TSM terhubung ke catu daya tiga fase, osiloskop menerima sinyal VTSM dan E0ASM. karena kedua motor identik dan berputar secara serempak, potensi balik tanpa beban dari TSM penguji dan potensi balik tanpa beban dari ASM, yang bertindak sebagai generator, E0ASM, berada dalam fase. Oleh karena itu, sudut daya θ, yaitu perbedaan fasa 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 trafo 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 harmoniknya relatif besar, keakuratan pengukuran akan berkurang.
3) Untuk meningkatkan keakuratan pengujian sudut daya dan kemudahan penggunaan, sekarang lebih banyak menggunakan sensor posisi untuk mendeteksi sinyal posisi rotor, dan kemudian perbandingan fasa dengan pendekatan tegangan akhir
Prinsip dasarnya adalah memasang piringan fotolistrik yang diproyeksikan atau dipantulkan pada poros motor sinkron magnet permanen yang diukur, jumlah lubang yang tersebar merata pada piringan atau penanda hitam putih dan jumlah pasang kutub motor sinkron yang diuji. . Ketika disk 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 fasanya mencerminkan fasa gaya gerak listrik eksitasi. Sinyal pulsa sinkronisasi diperkuat dengan pembentukan, pergeseran fasa dan tegangan jangkar motor uji untuk perbandingan fasa untuk mendapatkan beda fasa. Diatur saat motor beroperasi tanpa beban, beda fasa adalah θ1 (perkirakan saat ini sudut daya θ = 0), saat beban berjalan, beda fasa adalah θ2, maka beda fasa θ2 - θ1 diukur nilai sudut daya beban motor sinkron magnet permanen. Diagram skematik ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 Diagram skema pengukuran sudut daya

Seperti pada piringan fotolistrik yang dilapisi secara seragam dengan tanda hitam dan putih lebih sulit, dan ketika kutub motor sinkron magnet permanen diukur pada saat yang sama penandaan piringan tidak dapat sama satu sama lain. Untuk mempermudah, dapat juga diuji pada poros penggerak motor magnet permanen yang dibungkus dengan pita hitam berbentuk lingkaran, dilapisi dengan tanda putih, sumber cahaya sensor fotolistrik reflektif dipancarkan oleh cahaya yang berkumpul dalam lingkaran ini pada permukaan pita. Dengan cara ini, setiap putaran motor, sensor fotolistrik pada transistor fotosensitif menerima cahaya yang dipantulkan dan konduksi satu kali, menghasilkan sinyal pulsa listrik, setelah diperkuat dan dibentuk untuk mendapatkan sinyal perbandingan E1. dari ujung belitan jangkar motor uji tegangan dua fasa, oleh transformator tegangan PT turun ke tegangan rendah, dikirim ke komparator tegangan, pembentukan fase persegi panjang yang mewakili sinyal pulsa tegangan U1. U1 dengan frekuensi pembagian p, perbandingan pembanding fasa untuk mendapatkan perbandingan antara fasa dengan pembanding fasa. U1 dengan frekuensi pembagian p, dengan komparator fasa untuk membandingkan perbedaan fasa dengan sinyal.
Kekurangan dari metode pengukuran sudut daya di atas adalah harus dilakukan perbedaan antara kedua pengukuran untuk memperoleh sudut daya. Untuk menghindari pengurangan dua besaran dan mengurangi keakuratan, pada pengukuran beda fasa beban θ2, pembalikan sinyal U2, beda fasa yang diukur adalah θ2'=180 ° - θ2, sudut daya θ=180 ° - ( θ1 + θ2'), yang mengubah dua besaran dari pengurangan fasa menjadi penjumlahan. Diagram kuantitas fase ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 4 Prinsip metode penambahan fasa untuk menghitung beda fasa

Metode lain yang ditingkatkan tidak menggunakan pembagian frekuensi sinyal bentuk gelombang persegi panjang tegangan, tetapi menggunakan komputer mikro untuk secara bersamaan merekam bentuk gelombang sinyal, masing-masing, melalui antarmuka input, mencatat bentuk gelombang sinyal tegangan tanpa beban dan posisi rotor U0, E0, serta tegangan beban dan posisi rotor sinyal gelombang persegi panjang U1, E1, dan kemudian memindahkan bentuk gelombang dari dua rekaman relatif satu sama lain sampai bentuk gelombang dari dua sinyal gelombang persegi panjang tegangan benar-benar tumpang tindih, ketika perbedaan fasa antara dua rotor Perbedaan fasa antara dua sinyal posisi rotor adalah sudut daya; atau pindahkan bentuk gelombang ke dua bentuk gelombang sinyal posisi rotor yang bertepatan, maka perbedaan fasa antara kedua sinyal tegangan adalah sudut daya.
Perlu dicatat bahwa operasi tanpa beban sebenarnya dari motor sinkron magnet permanen, sudut daya tidak nol, terutama untuk motor kecil, karena operasi tanpa beban tanpa kehilangan beban (termasuk kehilangan tembaga stator, kehilangan besi, rugi mekanis, rugi nyasar) relatif besar, jika dikira sudut daya tanpa beban sama dengan nol, maka akan menimbulkan kesalahan yang besar pada pengukuran sudut daya, yang dapat digunakan untuk membuat motor DC berjalan dalam keadaan motor, arah kemudi dan motor uji kemudi konsisten, dengan kemudi motor DC, motor DC dapat berjalan pada keadaan yang sama, dan motor DC dapat digunakan sebagai motor uji. Hal ini dapat membuat motor DC berjalan dalam keadaan motor, kemudi dan kemudi motor uji konsisten dengan motor DC untuk menyediakan semua kehilangan poros motor uji (termasuk kehilangan besi, kehilangan mekanis, kehilangan nyasar, dll.). Metode penilaiannya adalah daya masukan motor uji sama dengan konsumsi tembaga stator, yaitu P1 = pCu, serta tegangan dan arus sefasa. Kali ini θ1 yang diukur sesuai dengan sudut pangkat nol.
Ringkasan: kelebihan metode ini:
① Metode beban langsung dapat mengukur induktansi saturasi kondisi tunak pada berbagai kondisi 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 pada waktu yang sama (tegangan tiga fasa, arus tiga fasa, sudut faktor daya, dll.), pengukuran sudut daya lebih sulit, dan keakuratan pengujian setiap kuantitas berdampak langsung pada keakuratan penghitungan parameter, dan segala jenis kesalahan dalam pengujian parameter mudah terakumulasi. Oleh karena itu, ketika menggunakan metode beban langsung untuk mengukur parameter, perhatian harus diberikan pada analisis kesalahan, dan memilih instrumen pengujian dengan akurasi yang lebih tinggi.
② Nilai gaya gerak listrik eksitasi E0 dalam metode pengukuran ini langsung digantikan oleh tegangan terminal motor tanpa beban, dan perkiraan ini juga membawa kesalahan yang melekat. Sebab, titik kerja magnet permanen berubah seiring dengan adanya beban, artinya pada arus stator yang berbeda, permeabilitas dan rapat 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: Pers Industri Mesin. Maret 2011
[2] JF Gieras, M.Wing. Teknologi, Desain dan Aplikasi Motor Magnet Permanen, edisi ke-2. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Hak Cipta: Artikel ini adalah cetakan ulang dari intip motor nomor publik WeChat (电机极客), tautan aslinyahttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

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