I. Qëllimi dhe rëndësia e matjes së induktancës sinkrone
(1) Qëllimi i matjes së parametrave të induktancës sinkrone (domethënë induktanca ndër-boshtore)
Parametrat e induktancës AC dhe DC janë dy parametrat më të rëndësishëm në një motor sinkron me magnet të përhershëm. Përcaktimi i saktë i tyre është parakusht dhe themeli për llogaritjen e karakteristikave të motorit, simulimin dinamik dhe kontrollin e shpejtësisë. Induktanca sinkrone mund të përdoret për të llogaritur shumë veti në gjendje të qëndrueshme, siç janë faktori i fuqisë, efikasiteti, çift rrotullues, rryma e armaturës, fuqia dhe parametra të tjerë. Në sistemin e kontrollit të motorit me magnet të përhershëm që përdor kontrollin vektorial, parametrat sinkron të induktorit janë të përfshirë drejtpërdrejt në algoritmin e kontrollit, dhe rezultatet e hulumtimit tregojnë se në rajonin e dobët magnetik, pasaktësia e parametrave të motorit mund të çojë në një reduktim të ndjeshëm të çift rrotullues dhe fuqisë. Kjo tregon rëndësinë e parametrave sinkron të induktorit.
(2) Probleme që duhen vënë re në matjen e induktancës sinkrone
Për të arritur një dendësi të lartë fuqie, struktura e motorëve sinkronë me magnet të përhershëm shpesh është projektuar të jetë më komplekse, dhe qarku magnetik i motorit është më i ngopur, gjë që rezulton në ndryshimin e parametrit të induktancës sinkrone të motorit me ngopjen e qarkut magnetik. Me fjalë të tjera, parametrat do të ndryshojnë me kushtet e funksionimit të motorit, plotësisht me kushtet e vlerësuara të funksionimit të parametrave të induktancës sinkrone nuk mund të pasqyrojnë me saktësi natyrën e parametrave të motorit. Prandaj, është e nevojshme të maten vlerat e induktancës në kushte të ndryshme operimi.
2. Metodat e matjes së induktancës sinkrone të motorit me magnet të përhershëm
Ky punim mbledh metoda të ndryshme të matjes së induktancës sinkrone dhe bën një krahasim dhe analizë të detajuar të tyre. Këto metoda mund të kategorizohen përafërsisht në dy lloje kryesore: testi i ngarkesës direkte dhe testi statik indirekt. Testimi statik ndahet më tej në testimin statik AC dhe testimin statik DC. Sot, pjesa e parë e "Metodave tona të Testimit të Induktorëve Sinkronë" do të shpjegojë metodën e testimit të ngarkesës.
Literatura [1] prezanton parimin e metodës së ngarkesës direkte. Motorët me magnet të përhershëm zakonisht mund të analizohen duke përdorur teorinë e reagimit të dyfishtë për të analizuar funksionimin e tyre të ngarkesës, dhe diagramet fazore të funksionimit të gjeneratorit dhe motorit tregohen në Figurën 1 më poshtë. Këndi i fuqisë θ i gjeneratorit është pozitiv me E0 që tejkalon U, këndi i faktorit të fuqisë φ është pozitiv me I që tejkalon U, dhe këndi i faktorit të fuqisë së brendshme ψ është pozitiv me E0 që tejkalon I. Këndi i fuqisë θ i motorit është pozitiv me U që tejkalon E0, këndi i faktorit të fuqisë φ është pozitiv me U që tejkalon I, dhe këndi i faktorit të fuqisë së brendshme ψ është pozitiv me I që tejkalon E0.
Fig. 1 Diagrama fazore e funksionimit të motorit sinkron me magnet të përhershëm
(a) Gjendja e gjeneratorit (b) Gjendja e motorit
Sipas këtij diagrami fazor mund të merret: kur motori me magnet të përhershëm është në funksionim të ngarkesës, matet forca elektromotore e ngacmimit pa ngarkesë E0, tensioni i terminalit të armaturës U, rryma I, këndi i faktorit të fuqisë φ dhe këndi i fuqisë θ e kështu me radhë, mund të merret rryma e armaturës së boshtit të drejtë, përbërësi i boshtit tërthor Id = Isin (θ - φ) dhe Iq = Icos (θ - φ), atëherë Xd dhe Xq mund të merren nga ekuacioni i mëposhtëm:
Kur gjeneratori është duke punuar:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Kur motori është në punë:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Parametrat e gjendjes së qëndrueshme të motorëve sinkronë me magnet të përhershëm ndryshojnë ndërsa ndryshojnë kushtet e funksionimit të motorit, dhe kur ndryshon rryma e armaturës, ndryshojnë si Xd ashtu edhe Xq. Prandaj, kur përcaktoni parametrat, sigurohuni që të tregoni edhe kushtet e funksionimit të motorit. (Sasia e rrymës alternative dhe të vazhdueshme të boshtit ose rrymës së statorit dhe këndi i faktorit të fuqisë së brendshme)
Vështirësia kryesore gjatë matjes së parametrave induktivë me metodën e ngarkesës direkte qëndron në matjen e këndit të fuqisë θ. Siç e dimë, është ndryshimi i këndit të fazës midis tensionit U të terminalit të motorit dhe forcës elektromotore të ngacmimit. Kur motori është duke punuar në mënyrë të qëndrueshme, tensioni fundor mund të merret direkt, por E0 nuk mund të merret direkt, kështu që mund të merret vetëm me një metodë indirekte për të marrë një sinjal periodik me të njëjtën frekuencë si E0 dhe një ndryshim të fiksuar fazor për të zëvendësuar E0 në mënyrë që të bëhet një krahasim i fazës me tensionin fundor.
Metodat tradicionale indirekte janë:
1) Në çarjen e armaturës së motorit nën provë, pjerrësia e varrosur dhe spiralja origjinale e motorit me disa kthesa teli të hollë si spirale matëse, për të marrë të njëjtën fazë me dredha-dredha të motorit nën provë, sinjali krahasues i tensionit, mund të merret nëpërmjet krahasimit të këndit të faktorit të fuqisë.
2) Instaloni një motor sinkron në boshtin e motorit nën provë që është identik me motorin nën provë. Metoda e matjes së fazës së tensionit [2], e cila do të përshkruhet më poshtë, bazohet në këtë parim. Diagrama eksperimentale e lidhjes tregohet në Figurën 2. TSM është motori sinkron me magnet të përhershëm nën provë, ASM është një motor sinkron identik që kërkohet gjithashtu, PM është lëvizësi kryesor, i cili mund të jetë ose një motor sinkron ose një motor DC, B është freni, dhe DBO është një oshiloskop me rreze të dyfishtë. Fazat B dhe C të TSM dhe ASM janë të lidhura me oshiloskopin. Kur TSM është i lidhur me një furnizim me energji trefazore, oshiloskopi merr sinjalet VTSM dhe E0ASM. Për shkak se të dy motorët janë identikë dhe rrotullohen në mënyrë sinkrone, potenciali i kthimit pa ngarkesë i TSM të testuesit dhe potenciali i kthimit pa ngarkesë i ASM, i cili vepron si gjenerator, E0ASM, janë në fazë. Prandaj, këndi i fuqisë θ, dmth., ndryshimi i fazës midis VTSM dhe E0ASM mund të matet.
Fig. 2 Diagrami eksperimental i instalimeve elektrike për matjen e këndit të fuqisë
Kjo metodë nuk përdoret shumë shpesh, kryesisht për shkak të: ① Në boshtin e rotorit është montuar një motor i vogël sinkron ose një transformator rrotullues që kërkohet të matet. Motori ka dy skaje të shtrira të boshtit, gjë që shpesh është e vështirë për t'u bërë. ② Saktësia e matjes së këndit të fuqisë varet kryesisht nga përmbajtja e lartë harmonike e VTSM dhe E0ASM, dhe nëse përmbajtja harmonike është relativisht e madhe, saktësia e matjes do të zvogëlohet.
3) Për të përmirësuar saktësinë e testit të këndit të fuqisë dhe lehtësinë e përdorimit, tani përdoren më shumë sensorë pozicioni për të zbuluar sinjalin e pozicionit të rotorit, dhe më pas krahasimi i fazës me qasjen e tensionit fundor.
Parimi bazë është instalimi i një disku fotoelektrik të projektuar ose të reflektuar në boshtin e motorit sinkron me magnet të përhershëm të matur, numri i vrimave të shpërndara në mënyrë uniforme në disk ose shënjuesit bardh e zi dhe numri i çifteve të poleve të motorit sinkron nën provë. Kur disku rrotullohet një rrotullim me motorin, sensori fotoelektrik merr sinjale pozicioni p të rotorit dhe gjeneron impulse tensioni të ulët p. Kur motori është duke punuar në mënyrë sinkrone, frekuenca e këtij sinjali pozicioni të rotorit është e barabartë me frekuencën e tensionit të terminalit të armaturës, dhe faza e tij pasqyron fazën e forcës elektromotore të ngacmimit. Sinjali i impulsit të sinkronizimit amplifikohet duke formësuar, zhvendosur fazën dhe tensionin e armaturës së motorit të provës për krahasimin e fazës për të marrë ndryshimin e fazës. Vendosni kur motori është në funksion pa ngarkesë, ndryshimi i fazës është θ1 (përafërsisht se në këtë kohë këndi i fuqisë θ = 0), kur ngarkesa është duke punuar, ndryshimi i fazës është θ2, atëherë ndryshimi i fazës θ2 - θ1 është vlera e këndit të fuqisë së ngarkesës së motorit sinkron me magnet të përhershëm të matur. Diagrami skematik është treguar në Figurën 3.
Fig. 3 Diagrami skematik i matjes së këndit të fuqisë
Ashtu si në diskun fotoelektrik, i veshur në mënyrë uniforme me një shenjë të zezë dhe të bardhë është më e vështirë, dhe kur maten polet e motorit sinkron me magnet të përhershëm, disku i shënjimit nuk mund të jetë i përbashkët me njëri-tjetrin. Për thjeshtësi, mund të testohet edhe në boshtin e motorit me magnet të përhershëm të mbështjellë në një rreth shiriti të zi, të veshur me një shenjë të bardhë, burimi reflektues i dritës së sensorit fotoelektrik të emetuar nga drita e mbledhur në këtë rreth në sipërfaqen e shiritit. Në këtë mënyrë, çdo kthesë e motorit, sensori fotoelektrik në tranzistorin fotosensitiv për shkak të marrjes së një drite të reflektuar dhe përçueshmërisë një herë, duke rezultuar në një sinjal pulsi elektrik, pas amplifikimit dhe formësimit për të marrë një sinjal krahasimi E1. Nga fundi i dredhjes së armaturës së motorit të testuar të çdo tensioni dyfazor, nga transformatori i tensionit PT poshtë në një tension të ulët, i dërguar në krahasuesin e tensionit, formimi i një përfaqësuesi të fazës drejtkëndëshe të sinjalit të pulsit të tensionit U1. U1 nga frekuenca e ndarjes p, krahasimi i krahasuesit të fazës për të marrë një krahasim midis fazës dhe krahasuesit të fazës. U1 nga frekuenca e ndarjes p, nga krahasuesi i fazës për të krahasuar ndryshimin e fazës së tij me sinjalin.
Mangësia e metodës së mësipërme të matjes së këndit të fuqisë është se duhet të bëhet diferenca midis dy matjeve për të marrë këndin e fuqisë. Për të shmangur zbritjen e dy madhësive dhe për të zvogëluar saktësinë, në matjen e diferencës së fazës së ngarkesës θ2, përmbysja e sinjalit U2, diferenca e fazës së matur është θ2'=180 ° - θ2, këndi i fuqisë θ=180 ° - (θ1 + θ2'), i cili konverton dy madhësitë nga zbritja e fazës në mbledhje. Diagrama e sasisë së fazës tregohet në Fig. 4.
Fig. 4 Parimi i metodës së mbledhjes së fazave për llogaritjen e ndryshimit të fazës
Një metodë tjetër e përmirësuar nuk përdor ndarjen e frekuencës së sinjalit të formës së valës drejtkëndëshe të tensionit, por përdor një mikrokompjuter për të regjistruar njëkohësisht formën e valës së sinjalit, përkatësisht, përmes ndërfaqes së hyrjes, regjistron format e valës së tensionit pa ngarkesë dhe sinjalit të pozicionit të rotorit U0, E0, si dhe sinjalet e formës së valës drejtkëndëshe të tensionit të ngarkesës dhe pozicionit të rotorit U1, E1, dhe më pas lëviz format e valës së dy regjistrimeve në raport me njëra-tjetrën derisa format e valës së dy sinjaleve të formës së valës drejtkëndëshe të tensionit të mbivendosen plotësisht, kur ndryshimi i fazës midis dy sinjaleve të pozicionit të rotorit është këndi i fuqisë; ose lëviz formën e valës në mënyrë që dy format e valës së sinjalit të pozicionit të rotorit të përputhen, atëherë ndryshimi i fazës midis dy sinjaleve të tensionit është këndi i fuqisë.
Duhet theksuar se gjatë funksionimit pa ngarkesë të motorit sinkron me magnet të përhershëm, këndi i fuqisë nuk është zero, veçanërisht për motorët e vegjël, për shkak të humbjes pa ngarkesë në funksionimin pa ngarkesë (duke përfshirë humbjen e bakrit në stator, humbjen e hekurit, humbjen mekanike, humbjen e humbur) është relativisht i madh. Nëse mendoni se këndi i fuqisë pa ngarkesë është zero, do të shkaktojë një gabim të madh në matjen e këndit të fuqisë, i cili mund të përdoret për ta bërë motorin DC që funksionon në gjendjen e motorit, drejtimin e drejtimit dhe drejtimin e motorit të provës të jenë në përputhje me drejtimin e motorit DC, dhe motori DC mund të funksionojë në të njëjtën gjendje, dhe motori DC mund të përdoret si motor provë. Kjo mund ta bëjë motorin DC që funksionon në gjendjen e motorit, drejtimin dhe drejtimin e motorit të provës të jenë në përputhje me motorin DC për të siguruar të gjitha humbjet e boshtit të motorit të provës (duke përfshirë humbjen e hekurit, humbjen mekanike, humbjen e humbur, etj.). Metoda e gjykimit është që fuqia hyrëse e motorit të provës është e barabartë me konsumin e bakrit të statorit, domethënë P1 = pCu, dhe tensioni dhe rryma janë në fazë. Këtë herë θ1 i matur korrespondon me këndin e fuqisë zero.
Përmbledhje: Përparësitë e kësaj metode:
① Metoda e ngarkesës direkte mund të masë induktancën e ngopjes në gjendje të qëndrueshme në gjendje të ndryshme ngarkese dhe nuk kërkon një strategji kontrolli, e cila është intuitive dhe e thjeshtë.
Meqenëse matja bëhet direkt nën ngarkesë, mund të merret në konsideratë efekti i ngopjes dhe ndikimi i rrymës së demagnetizimit në parametrat e induktancës.
Disavantazhet e kësaj metode:
① Metoda e ngarkesës direkte kërkon matjen e më shumë sasive në të njëjtën kohë (tension trefazor, rrymë trefazore, kënd të faktorit të fuqisë, etj.), matja e këndit të fuqisë është më e vështirë, dhe saktësia e testit të secilës sasi ka një ndikim të drejtpërdrejtë në saktësinë e llogaritjeve të parametrave, dhe të gjitha llojet e gabimeve në testin e parametrave janë të lehta për t'u grumbulluar. Prandaj, kur përdoret metoda e ngarkesës direkte për të matur parametrat, duhet t'i kushtohet vëmendje analizës së gabimeve dhe të zgjidhet një instrument testimi me saktësi më të lartë.
② Vlera e forcës elektromotore të ngacmimit E0 në këtë metodë matjeje zëvendësohet drejtpërdrejt nga tensioni i terminalit të motorit pa ngarkesë, dhe ky përafrim sjell gjithashtu gabime të natyrshme. Sepse, pika e funksionimit të magnetit të përhershëm ndryshon me ngarkesën, që do të thotë se në rryma të ndryshme të statorit, përshkueshmëria dhe dendësia e fluksit të magnetit të përhershëm janë të ndryshme, kështu që forca elektromotore e ngacmimit që rezulton është gjithashtu e ndryshme. Në këtë mënyrë, nuk është shumë e saktë të zëvendësohet forca elektromotore e ngacmimit në kushte ngarkese me forcën elektromotore të ngacmimit pa ngarkesë.
Referencat
[1] Tang Renyuan et al. Teoria dhe projektimi modern i motorëve me magnet të përhershëm. Pekin: Shtëpia Botuese e Industrisë së Makinerive. Mars 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Teknologjia, Projektimi dhe Zbatimet e Motorëve me Magnet të Përhershëm, botimi i 2-të. Nju Jork: Marcel Dekker, 2002:170~171
Të drejtat e autorit: Ky artikull është një ribotim i numrit publik të motor peek të WeChat (电机极客), lidhja origjinale.https://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Ky artikull nuk përfaqëson pikëpamjet e kompanisë sonë. Nëse keni mendime ose pikëpamje të ndryshme, ju lutemi na korrigjoni!
Koha e postimit: 18 korrik 2024