I. U scopu è l'impurtanza di a misurazione di l'induttanza sincrona
(1) Scopu di a misurazione di i parametri di l'induttanza sincrona (vale à dì l'induttanza à l'assi trasversale)
I parametri di l'induttanza AC è DC sò i dui parametri i più impurtanti in un mutore sincronu à magneti permanenti. A so acquisizione precisa hè u prerequisitu è a basa per u calculu di e caratteristiche di u mutore, a simulazione dinamica è u cuntrollu di a velocità. L'induttanza sincrona pò esse aduprata per calculà parechje proprietà di statu stazionariu cum'è u fattore di putenza, l'efficienza, a coppia, a corrente di armatura, a putenza è altri parametri. In u sistema di cuntrollu di u mutore à magneti permanenti chì utilizza u cuntrollu vettoriale, i parametri di l'induttore sincronu sò direttamente implicati in l'algoritmu di cuntrollu, è i risultati di a ricerca mostranu chì in a regione magnetica debule, l'inesattezza di i parametri di u mutore pò purtà à una riduzione significativa di a coppia è di a putenza. Questu mostra l'impurtanza di i parametri di l'induttore sincronu.
(2) Prublemi da nutà in a misurazione di l'induttanza sincrona
Per ottene una alta densità di putenza, a struttura di i motori sincroni à magneti permanenti hè spessu cuncipita per esse più cumplessa, è u circuitu magneticu di u mutore hè più saturatu, ciò chì face chì u parametru di induttanza sincrona di u mutore varieghja cù a saturazione di u circuitu magneticu. In altre parole, i parametri cambieranu cù e cundizioni di funziunamentu di u mutore, cumpletamente cù e cundizioni di funziunamentu nominali di i parametri di induttanza sincrona ùn ponu micca riflette accuratamente a natura di i parametri di u mutore. Dunque, hè necessariu misurà i valori di induttanza in diverse cundizioni di funziunamentu.
2. Metodi di misurazione di l'induttanza sincrona di u mutore à magneti permanenti
Questu articulu raccoglie diversi metudi di misurazione di l'induttanza sincrona è ne face una paragone è un'analisi dettagliata. Quessi metudi ponu esse classificati grossolanamente in dui tipi principali: prova di carica diretta è prova statica indiretta. A prova statica hè ulteriormente divisa in prova statica AC è prova statica DC. Oghje, a prima parte di i nostri "Metodi di prova di l'induttore sincronu" spiegherà u metudu di prova di carica.
A literatura [1] introduce u principiu di u metudu di carica diretta. I motori à magneti permanenti ponu esse generalmente analizati aduprendu a teoria di a doppia reazione per analizà u so funziunamentu di carica, è i diagrammi di fase di u funziunamentu di u generatore è di u mutore sò mostrati in a Figura 1 quì sottu. L'angulu di putenza θ di u generatore hè pusitivu cù E0 chì supera U, l'angulu di u fattore di putenza φ hè pusitivu cù I chì supera U, è l'angulu di u fattore di putenza internu ψ hè pusitivu cù E0 chì supera I. L'angulu di putenza θ di u mutore hè pusitivu cù U chì supera E0, l'angulu di u fattore di putenza φ hè pusitivu cù U chì supera I, è l'angulu di u fattore di putenza internu ψ hè pusitivu cù I chì supera E0.
Fig. 1 Diagramma di fase di u funziunamentu di u mutore sincronu à magneti permanenti
(a) Statu di u generatore (b) Statu di u mutore
Sicondu stu diagramma di fase si pò ottene: quandu u mutore à magneti permanenti funziona cù carica, si misura a forza elettromotrice d'eccitazione à vuoto E0, a tensione di u terminale d'armatura U, a corrente I, l'angulu di u fattore di putenza φ è l'angulu di putenza θ è cusì via, si pò ottene a corrente d'armatura di l'asse rettilineu, a cumpunente di l'asse trasversale Id = Isin (θ - φ) è Iq = Icos (θ - φ), allora Xd è Xq ponu esse ottenuti da a seguente equazione:
Quandu u generatore hè in funzione:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Quandu u mutore hè in funzione:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
I parametri di statu stazionariu di i motori sincroni à magneti permanenti cambianu cù u cambiamentu di e cundizioni di funziunamentu di u mutore, è quandu a corrente d'armatura cambia, cambianu sia Xd sia Xq. Dunque, quandu si determinanu i parametri, assicuratevi d'indicà ancu e cundizioni di funziunamentu di u mutore. (Quantità di corrente alternata è diretta di l'arbre o corrente di statore è angulu di u fattore di putenza internu)
A principale difficultà quandu si misuranu i parametri induttivi cù u metudu di carica diretta stà in a misurazione di l'angulu di putenza θ. Cum'è sapemu, hè a differenza di l'angulu di fase trà a tensione di u terminale di u mutore U è a forza elettromotrice di eccitazione. Quandu u mutore funziona stabilmente, a tensione finale pò esse ottenuta direttamente, ma E0 ùn pò esse ottenuta direttamente, dunque pò esse ottenuta solu cù un metudu indirettu per ottene un signale periodicu cù a stessa frequenza di E0 è una differenza di fase fissa per rimpiazzà E0 per fà un paragone di fase cù a tensione finale.
I metudi indiretti tradiziunali sò:
1) in a fessura di l'armatura di u mutore sottu prova u pitch sepoltu è a bobina originale di u mutore di parechji giri di filu finu cum'è bobina di misurazione, per ottene a stessa fase cù l'avvolgimentu di u mutore sottu prova u signale di paragone di tensione, attraversu u paragone di l'angulu di u fattore di putenza pò esse ottenutu.
2) Installate un mutore sincronu nantu à l'alberu di u mutore in prova chì hè identicu à u mutore in prova. U metudu di misurazione di a fase di tensione [2], chì serà discrittu quì sottu, hè basatu annantu à questu principiu. U schema di cunnessione sperimentale hè mostratu in a Figura 2. U TSM hè u mutore sincronu à magneti permanenti in prova, l'ASM hè un mutore sincronu identicu chì hè ancu necessariu, u PM hè u mutore primariu, chì pò esse un mutore sincronu o un mutore CC, B hè u frenu, è u DBO hè un oscilloscopiu à doppiu fasciu. E fasi B è C di u TSM è ASM sò cunnesse à l'oscilloscopu. Quandu u TSM hè cunnessu à una alimentazione trifase, l'oscilloscopu riceve i signali VTSM è E0ASM. Perchè i dui motori sò identichi è giranu sincronamente, u putenziale posteriore senza carica di u TSM di u tester è u putenziale posteriore senza carica di l'ASM, chì agisce cum'è un generatore, E0ASM, sò in fase. Dunque, l'angulu di putenza θ, vale à dì, a differenza di fase trà VTSM è E0ASM pò esse misurata.
Fig. 2 Schema di cablaggio sperimentale per a misurazione di l'angulu di putenza
Stu metudu ùn hè micca assai cumunamente adupratu, principalmente perchè: ① in l'arburu di u rotore muntatu un picculu mutore sincronu o un trasformatore rotativu chì deve esse misuratu u mutore hà duie estremità di l'arburu stese, ciò chì hè spessu difficiule da fà. ② A precisione di a misurazione di l'angulu di putenza dipende in gran parte da l'altu cuntenutu armonicu di u VTSM è E0ASM, è se u cuntenutu armonicu hè relativamente grande, a precisione di a misurazione serà ridutta.
3) Per migliurà a precisione di a prova di l'angulu di putenza è a facilità d'usu, avà si usa di più i sensori di pusizione per rilevà u signale di pusizione di u rotore, è dopu si paraguna a fase cù l'approcciu di a tensione finale.
U principiu basicu hè di stallà un discu fotoelettricu prughjettatu o riflessu nantu à l'arburu di u mutore sincronu à magneti permanenti misuratu, u numeru di fori distribuiti uniformemente nantu à u discu o marcatori bianchi è neri è u numeru di coppie di poli di u mutore sincronu sottu prova. Quandu u discu gira una rivoluzione cù u mutore, u sensore fotoelettricu riceve p signali di pusizione di u rotore è genera p impulsi di bassa tensione. Quandu u mutore funziona in modu sincronu, a frequenza di stu signale di pusizione di u rotore hè uguale à a frequenza di a tensione di u terminale di l'armatura, è a so fase riflette a fase di a forza elettromotrice di eccitazione. U signale di l'impulsu di sincronizazione hè amplificatu da a furmazione, a fase spostata è a tensione di l'armatura di u mutore di prova per u paragone di fase per ottene a differenza di fase. Impostatu quandu u mutore funziona senza carica, a differenza di fase hè θ1 (apprussimativamente chì in questu mumentu l'angulu di putenza θ = 0), quandu a carica funziona, a differenza di fase hè θ2, allora a differenza di fase θ2 - θ1 hè u valore di l'angulu di putenza di carica di u mutore sincronu à magneti permanenti misuratu. U diagramma schematicu hè mostratu in a Figura 3.
Fig. 3 Schema di a misurazione di l'angulu di putenza
Cum'è in u discu fotoelettricu uniformemente rivestitu cù una marca bianca è nera hè più difficiule, è quandu i poli di u mutore sincronu à magneti permanenti misurati à u listessu tempu marcanu u discu ùn ponu micca esse cumuni trà di elli. Per simplicità, pò ancu esse pruvatu in l'alberu di trasmissione di u mutore à magneti permanenti avvoltu in un cerchju di nastro neru, rivestitu cù una marca bianca, a fonte di luce di u sensore fotoelettricu riflettente emessa da a luce raccolta in questu cerchju nantu à a superficia di u nastro. In questu modu, ogni giru di u mutore, u sensore fotoelettricu in u transistor fotosensibile per via di riceve una luce riflessa è a conduzione una volta, risultendu in un signale d'impulsu elettricu, dopu l'amplificazione è a furmazione per ottene un signale di paragone E1. da l'estremità di l'avvolgimentu di l'armatura di u mutore di prova di qualsiasi tensione bifase, da u trasformatore di tensione PT finu à una bassa tensione, mandata à u comparatore di tensione, a furmazione di un rappresentante di a fase rettangulare di u signale d'impulsu di tensione U1. U1 da a frequenza di divisione p, u paragone di u comparatore di fase per ottene un paragone trà a fase è u comparatore di fase. U1 da a frequenza di divisione p, da u comparatore di fase per paragunà a so differenza di fase cù u signale.
U difettu di u metudu di misurazione di l'angulu di putenza sopra hè chì a differenza trà e duie misurazioni deve esse fatta per ottene l'angulu di putenza. Per evità chì e duie quantità sianu sottratte è riduce a precisione, in a misurazione di a differenza di fase di carica θ2, l'inversione di u signale U2, a differenza di fase misurata hè θ2'=180 ° - θ2, l'angulu di putenza θ=180 ° - (θ1 + θ2'), chì cunverte e duie quantità da a sottrazione di a fase à l'addizione. U diagrama di quantità di fase hè mostratu in Fig. 4.
Fig. 4 Principiu di u metudu di l'addizione di fase per calculà a differenza di fase
Un altru metudu migliuratu ùn usa micca a divisione di frequenza di u signale di forma d'onda rettangulare di tensione, ma usa un microcomputer per registrà simultaneamente a forma d'onda di u signale, rispettivamente, attraversu l'interfaccia d'ingressu, registrà e forme d'onda di u signale di tensione senza carica è di pusizione di u rotore U0, E0, è ancu i signali di forma d'onda rettangulare di tensione di carica è di pusizione di u rotore U1, E1, è dopu spustà e forme d'onda di e duie registrazioni l'una in relazione à l'altra finu à chì e forme d'onda di dui signali di forma d'onda rettangulare di tensione sò cumpletamente sovrapposte, quandu a differenza di fase trà i dui rotori A differenza di fase trà i dui signali di pusizione di u rotore hè l'angulu di putenza; o spustà a forma d'onda à e duie forme d'onda di u signale di pusizione di u rotore coincidenu, allora a differenza di fase trà i dui signali di tensione hè l'angulu di putenza.
Ci vole à signalà chì u funziunamentu senza carica attuale di u mutore sincronu à magneti permanenti, l'angulu di putenza ùn hè micca zeru, in particulare per i picculi motori, per via di u funziunamentu senza carica di a perdita senza carica (cumprese a perdita di rame di u statore, a perdita di ferru, a perdita meccanica, a perdita di dispersione) hè relativamente grande, sè pensate chì l'angulu di putenza senza carica hè zeru, causerà un grande errore in a misurazione di l'angulu di putenza, chì pò esse adupratu per fà chì u mutore DC funziona in u statu di u mutore, a direzzione di a sterzata è a sterzata di u mutore di prova sianu coerenti, cù a sterzata di u mutore DC, u mutore DC pò funziunà in u listessu statu, è u mutore DC pò esse adupratu cum'è mutore di prova. Questu pò fà chì u mutore DC funziona in u statu di u mutore, a sterzata è a sterzata di u mutore di prova sianu coerenti cù u mutore DC per furnisce tutta a perdita di l'alberu di u mutore di prova (cumprese a perdita di ferru, a perdita meccanica, a perdita di dispersione, ecc.). U metudu di ghjudiziu hè chì a putenza d'ingressu di u mutore di prova hè uguale à u cunsumu di rame di u statore, vale à dì, P1 = pCu, è a tensione è a corrente in fase. Sta volta u θ1 misuratu currisponde à l'angulu di putenza zero.
Riassuntu: i vantaghji di stu metudu:
① U metudu di carica diretta pò misurà l'induttanza di saturazione in statu stazionariu sottu diversi stati di carica, è ùn richiede micca una strategia di cuntrollu, chì hè intuitiva è simplice.
Siccomu a misurazione hè fatta direttamente sottu carica, l'effettu di saturazione è l'influenza di a corrente di smagnetizazione nantu à i parametri di induttanza ponu esse presi in contu.
Svantaghji di stu metudu:
① U metudu di carica diretta hà bisognu di misurà più quantità à u listessu tempu (tensione trifase, corrente trifase, angulu di fattore di putenza, ecc.), a misurazione di l'angulu di putenza hè più difficiule, è a precisione di a prova di ogni quantità hà un impattu direttu nantu à a precisione di i calculi di i parametri, è tutti i tipi d'errori in a prova di i parametri sò faciuli da accumulà. Dunque, quandu si usa u metudu di carica diretta per misurà i parametri, si deve fà attenzione à l'analisi di l'errore, è selezziunà una precisione più alta di u strumentu di prova.
② U valore di a forza elettromotrice d'eccitazione E0 in questu metudu di misurazione hè rimpiazzatu direttamente da a tensione di u terminale di u mutore senza carica, è sta approssimazione porta ancu errori inerenti. Perchè, u puntu di funziunamentu di u magnetu permanente cambia cù a carica, ciò significa chì à diverse currenti statoriche, a permeabilità è a densità di flussu di u magnetu permanente sò diverse, dunque a forza elettromotrice d'eccitazione risultante hè ancu diversa. In questu modu, ùn hè micca assai precisu rimpiazzà a forza elettromotrice d'eccitazione sottu cundizione di carica cù a forza elettromotrice d'eccitazione senza carica.
Referenze
[1] Tang Renyuan et al. Teoria è cuncepimentu mudernu di motori à magneti permanenti. Pechino: Machinery Industry Press. Marzu 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Tecnulugia, cuncepimentu è applicazioni di i motori à magneti permanenti, 2a ed. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Dritti d'autore: Questu articulu hè una ristampa di u WeChat public number motor peek (电机极客), u ligame originalehttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
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Data di publicazione: 18 di lugliu di u 2024