I. O propósito e o significado da medição da indutância síncrona
(1) Objetivo de medir os parâmetros da indutância síncrona (ou seja, indutância do eixo cruzado)
Os parâmetros de indutância CA e CC são os dois parâmetros mais importantes em um motor síncrono de ímã permanente. Sua aquisição precisa é o pré-requisito e a base para o cálculo das características do motor, simulação dinâmica e controle de velocidade. A indutância síncrona pode ser usada para calcular muitas propriedades de estado estacionário, como fator de potência, eficiência, torque, corrente de armadura, potência e outros parâmetros. No sistema de controle de motor de ímã permanente utilizando controle vetorial, os parâmetros do indutor síncrono estão diretamente envolvidos no algoritmo de controle, e os resultados da pesquisa mostram que na região magnética fraca, a imprecisão dos parâmetros do motor pode levar a uma redução significativa do torque e poder. Isso mostra a importância dos parâmetros do indutor síncrono.
(2)Problemas a serem observados na medição da indutância síncrona
Para obter uma alta densidade de potência, a estrutura dos motores síncronos de ímã permanente é muitas vezes projetada para ser mais complexa, e o circuito magnético do motor é mais saturado, o que resulta no parâmetro de indutância síncrona do motor variando com a saturação de o circuito magnético. Em outras palavras, os parâmetros mudarão com as condições de operação do motor, completamente com as condições nominais de operação dos parâmetros de indutância síncrona não podem refletir com precisão a natureza dos parâmetros do motor. Portanto, é necessário medir os valores de indutância sob diferentes condições operacionais.
2. métodos de medição de indutância síncrona do motor de ímã permanente
Este artigo coleta vários métodos de medição de indutância síncrona e faz uma comparação e análise detalhada deles. Esses métodos podem ser categorizados em dois tipos principais: teste de carga direto e teste estático indireto. O teste estático é dividido em teste estático CA e teste estático CC. Hoje, a primeira parte de nossos "Métodos de teste de indutores síncronos" explicará o método de teste de carga.
A literatura [1] apresenta o princípio do método de carga direta. Os motores de ímã permanente geralmente podem ser analisados usando a teoria da reação dupla para analisar sua operação de carga, e os diagramas de fase da operação do gerador e do motor são mostrados na Figura 1 abaixo. O ângulo de potência θ do gerador é positivo com E0 excedendo U, o ângulo do fator de potência φ é positivo com I excedendo U, e o ângulo do fator de potência interno ψ é positivo com E0 excedendo I. O ângulo de potência θ do motor é positivo com U excedendo E0, o ângulo do fator de potência φ é positivo com U excedendo I, e o ângulo do fator de potência interno ψ é positivo com I excedendo E0.
Fig. 1 Diagrama de fases da operação do motor síncrono de ímã permanente
(a) Estado do gerador (b) Estado do motor
De acordo com este diagrama de fases pode ser obtido: quando a operação de carga do motor de ímã permanente, força eletromotriz de excitação sem carga medida E0, tensão terminal da armadura U, corrente I, ângulo do fator de potência φ e ângulo de potência θ e assim por diante, pode ser obtida armadura corrente do eixo reto, componente do eixo cruzado Id = Isin (θ - φ) e Iq = Icos (θ - φ), então Xd e Xq podem ser obtidos a partir da seguinte equação:
Quando o gerador está funcionando:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Quando o motor está funcionando:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Os parâmetros de estado estacionário dos motores síncronos de ímã permanente mudam conforme as condições de operação do motor mudam, e quando a corrente da armadura muda, tanto Xd quanto Xq mudam. Portanto, ao determinar os parâmetros, certifique-se de indicar também as condições de funcionamento do motor. (Quantidade de corrente alternada e direta do eixo ou corrente do estator e ângulo do fator de potência interno)
A principal dificuldade na medição dos parâmetros indutivos pelo método de carga direta reside na medição do ângulo de potência θ. Como sabemos, é a diferença do ângulo de fase entre a tensão U terminal do motor e a força eletromotriz de excitação. Quando o motor está funcionando de forma estável, a tensão final pode ser obtida diretamente, mas E0 não pode ser obtida diretamente, portanto só pode ser obtida por um método indireto para obter um sinal periódico com a mesma frequência de E0 e uma diferença de fase fixa para substituir E0 para fazer uma comparação de fase com a tensão final.
Os métodos indiretos tradicionais são:
1) na ranhura da armadura do motor em teste, passo enterrado e na bobina original do motor de várias voltas de fio fino como bobina de medição, a fim de obter a mesma fase com o enrolamento do motor sob sinal de comparação de tensão de teste, através da comparação de o ângulo do fator de potência pode ser obtido.
2) Instale um motor síncrono no eixo do motor em teste que seja idêntico ao motor em teste. O método de medição de fase de tensão [2], que será descrito a seguir, é baseado neste princípio. O diagrama de conexão experimental é mostrado na Figura 2. O TSM é o motor síncrono de ímã permanente em teste, o ASM é um motor síncrono idêntico que é adicionalmente necessário, o PM é o motor principal, que pode ser um motor síncrono ou um DC motor, B é o freio e o DBO é um osciloscópio de feixe duplo. As fases B e C do TSM e ASM estão conectadas ao osciloscópio. Quando o TSM está conectado a uma fonte de alimentação trifásica, o osciloscópio recebe os sinais VTSM e E0ASM. como os dois motores são idênticos e giram de forma síncrona, o backpotencial sem carga do TSM do testador e o backpotencial sem carga do ASM, que atua como um gerador, E0ASM, estão em fase. Portanto, o ângulo de potência θ, ou seja, a diferença de fase entre VTSM e E0ASM pode ser medido.
Fig. 2 Diagrama de fiação experimental para medição do ângulo de potência
Este método não é muito comumente usado, principalmente porque: ① no pequeno motor síncrono montado no eixo do rotor ou no transformador rotativo necessário para ser medido, o motor tem duas extremidades estendidas do eixo, o que muitas vezes é difícil de fazer. ② A precisão da medição do ângulo de potência depende em grande parte do alto conteúdo harmônico do VTSM e E0ASM, e se o conteúdo harmônico for relativamente grande, a precisão da medição será reduzida.
3) Para melhorar a precisão do teste de ângulo de potência e facilidade de uso, agora mais uso de sensores de posição para detectar o sinal de posição do rotor e, em seguida, comparação de fase com a abordagem de tensão final
O princípio básico é instalar um disco fotoelétrico projetado ou refletido no eixo do motor síncrono de ímã permanente medido, o número de furos uniformemente distribuídos no disco ou marcadores preto e branco e o número de pares de pólos do motor síncrono em teste . Quando o disco gira uma revolução com o motor, o sensor fotoelétrico recebe p sinais de posição do rotor e gera p pulsos de baixa tensão. Quando o motor está funcionando de forma síncrona, a frequência deste sinal de posição do rotor é igual à frequência da tensão terminal da armadura e sua fase reflete a fase da força eletromotriz de excitação. O sinal de pulso de sincronização é amplificado pela modelagem, mudança de fase e tensão da armadura do motor de teste para comparação de fase para obter a diferença de fase. Definido quando o motor está operando sem carga, a diferença de fase é θ1 (aproximadamente neste momento o ângulo de potência θ = 0), quando a carga está funcionando, a diferença de fase é θ2, então a diferença de fase θ2 - θ1 é a medida valor do ângulo de potência da carga do motor síncrono de ímã permanente. O diagrama esquemático é mostrado na Figura 3.
Fig.3 Diagrama esquemático da medição do ângulo de potência
Como no disco fotoelétrico uniformemente revestido com marca preta e branca é mais difícil, e quando os pólos do motor síncrono de ímã permanente medidos ao mesmo tempo, a marcação do disco não pode ser comum entre si. Para simplificar, também pode ser testado no eixo de acionamento do motor de ímã permanente envolto em um círculo de fita preta, revestido com uma marca branca, o sensor fotoelétrico reflexivo da fonte de luz emitida pela luz reunida neste círculo na superfície da fita. Desta forma, a cada volta do motor, o sensor fotoelétrico no transistor fotossensível deve receber uma luz refletida e condução uma vez, resultando em um sinal de pulso elétrico, após amplificação e modelagem para obter um sinal de comparação E1. a partir da extremidade do enrolamento da armadura do motor de teste de qualquer tensão bifásica, pelo transformador de tensão PT até uma baixa tensão, enviada ao comparador de tensão, a formação de um representante da fase retangular do sinal de pulso de tensão U1. U1 pela frequência de divisão p, a comparação do comparador de fase para obter uma comparação entre a fase e o comparador de fase. U1 pela frequência de divisão p, pelo comparador de fase para comparar sua diferença de fase com o sinal.
A desvantagem do método de medição do ângulo de potência acima é que a diferença entre as duas medições deve ser feita para obter o ângulo de potência. Para evitar as duas grandezas subtraídas e reduzir a precisão, na medição da diferença de fase de carga θ2, a reversão do sinal U2, a diferença de fase medida é θ2'=180 ° - θ2, o ângulo de potência θ=180 ° - ( θ1 + θ2'), que converte as duas quantidades da subtração da fase para a adição. O diagrama de quantidade de fase é mostrado na Fig.
Fig. 4 Princípio do método de adição de fase para cálculo da diferença de fase
Outro método aprimorado não usa a divisão de frequência do sinal de forma de onda retangular de tensão, mas usa um microcomputador para registrar simultaneamente a forma de onda do sinal, respectivamente, através da interface de entrada, registrar a tensão sem carga e as formas de onda do sinal de posição do rotor U0, E0, bem como os sinais de forma de onda retangular de tensão de carga e posição do rotor U1, E1 e, em seguida, mover as formas de onda das duas gravações uma em relação à outra até que as formas de onda de dois sinais de forma de onda retangular de tensão sejam completamente sobrepostas, quando a diferença de fase entre os dois rotores A fase a diferença entre os dois sinais de posição do rotor é o ângulo de potência; ou mover a forma de onda para que as duas formas de onda do sinal de posição do rotor coincidam, então a diferença de fase entre os dois sinais de tensão é o ângulo de potência.
Deve-se ressaltar que na operação real sem carga do motor síncrono de ímã permanente, o ângulo de potência não é zero, especialmente para motores pequenos, devido à operação sem carga de perda sem carga (incluindo perda de cobre do estator, perda de ferro, perda mecânica, perda parasita) é relativamente grande, se você pensar que o ângulo de potência sem carga é zero, causará um grande erro na medição do ângulo de potência, que pode ser usado para fazer o motor DC funcionar no estado do motor, a direção da direção e o teste direção do motor consistente, com a direção do motor DC, o motor DC pode funcionar no mesmo estado e o motor DC pode ser usado como motor de teste. Isso pode fazer com que o motor DC funcione no estado do motor, a direção e a direção do motor de teste consistentes com o motor DC para fornecer todas as perdas do eixo do motor de teste (incluindo perda de ferro, perda mecânica, perda parasita, etc.). O método de julgamento é que a potência de entrada do motor de teste é igual ao consumo de cobre do estator, ou seja, P1 = pCu, e a tensão e a corrente em fase. Desta vez, o θ1 medido corresponde ao ângulo de potência zero.
Resumo: as vantagens deste método:
① O método de carga direta pode medir a indutância de saturação em estado estacionário sob vários estados de carga e não requer uma estratégia de controle, que é intuitiva e simples.
Como a medição é feita diretamente sob carga, o efeito de saturação e a influência da corrente de desmagnetização nos parâmetros de indutância podem ser levados em consideração.
Desvantagens deste método:
① O método de carga direta precisa medir mais quantidades ao mesmo tempo (tensão trifásica, corrente trifásica, ângulo do fator de potência, etc.), a medição do ângulo de potência é mais difícil e a precisão do teste de cada quantidade tem um impacto direto na precisão dos cálculos dos parâmetros, e todos os tipos de erros no teste dos parâmetros são fáceis de acumular. Portanto, ao utilizar o método de carga direta para medir os parâmetros, deve-se prestar atenção à análise de erros e selecionar uma maior precisão do instrumento de teste.
② O valor da força eletromotriz de excitação E0 neste método de medição é diretamente substituído pela tensão terminal do motor sem carga, e esta aproximação também traz erros inerentes. Porque o ponto de operação do ímã permanente muda com a carga, o que significa que em diferentes correntes do estator, a permeabilidade e a densidade de fluxo do ímã permanente são diferentes, portanto a força eletromotriz de excitação resultante também é diferente. Desta forma, não é muito preciso substituir a força eletromotriz de excitação sob condição de carga pela força eletromotriz de excitação sem carga.
Referências
[1] Tang Renyuan et al. Teoria e design modernos de motores de ímã permanente. Pequim: Imprensa da Indústria de Máquinas. Março de 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Tecnologia, design e aplicações de motores de ímã permanente, 2ª ed. Nova York: Marcel Dekker, 2002:170~171
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Horário da postagem: 18 de julho de 2024