I. Мэта і значэнне вымярэння сінхроннай індуктыўнасці
(1) Мэта вымярэння параметраў сінхроннай індуктыўнасці (г.зн. папярочнай індуктыўнасці)
Параметры індуктыўнасці пераменнага і пастаяннага току з'яўляюцца двума найважнейшымі параметрамі ў сінхронным рухавіку з пастаяннымі магнітамі. Іх дакладнае атрыманне з'яўляецца перадумовай і асновай для разліку характарыстык рухавіка, дынамічнага мадэлявання і кіравання хуткасцю. Сінхронная індуктыўнасць можа быць выкарыстана для разліку многіх стацыянарных уласцівасцей, такіх як каэфіцыент магутнасці, ККД, крутоўны момант, ток якара, магутнасць і іншыя параметры. У сістэме кіравання рухавіком з пастаяннымі магнітамі з выкарыстаннем вектарнага кіравання параметры сінхроннай індуктыўнасці непасрэдна ўдзельнічаюць у алгарытме кіравання, і вынікі даследаванняў паказваюць, што ў вобласці слабых магнітаў недакладнасць параметраў рухавіка можа прывесці да значнага зніжэння крутоўнага моманту і магутнасці. Гэта сведчыць аб важнасці параметраў сінхроннай індуктыўнасці.
(2) Праблемы, на якія варта звярнуць увагу пры вымярэнні сінхроннай індуктыўнасці
Каб дасягнуць высокай шчыльнасці магутнасці, структура сінхронных рухавікоў з пастаяннымі магнітамі часта распрацоўваецца больш складанай, а магнітны контур рухавіка больш насычаным, што прыводзіць да змены параметраў сінхроннай індуктыўнасці рухавіка ў залежнасці ад насычэння магнітнага контуру. Іншымі словамі, параметры будуць змяняцца ў залежнасці ад умоў працы рухавіка, і пры намінальных умовах працы параметры сінхроннай індуктыўнасці не могуць цалкам дакладна адлюстроўваць характарыстыкі рухавіка. Таму неабходна вымяраць значэнні індуктыўнасці ў розных умовах працы.
2. метады вымярэння сінхроннай індуктыўнасці рухавіка з пастаяннымі магнітамі
У гэтым артыкуле сабраны розныя метады вымярэння сінхроннай індуктыўнасці, а таксама праводзіцца іх падрабязнае параўнанне і аналіз. Гэтыя метады можна ўмоўна падзяліць на два асноўныя тыпы: прамыя статычныя выпрабаванні пад нагрузкай і ўскосныя статычныя выпрабаванні. Статычныя выпрабаванні далей падзяляюцца на статычныя выпрабаванні пераменнага току і статычныя выпрабаванні пастаяннага току. Сёння ў першай частцы нашых "Метадаў выпрабаванняў сінхронных індуктыўных шпулек" будзе растлумачаны метад выпрабаванняў пад нагрузкай.
У літаратуры [1] прадстаўлены прынцып метаду прамой нагрузкі. Рухавікі з пастаяннымі магнітамі звычайна можна аналізаваць з выкарыстаннем тэорыі падвойнай рэакцыі для аналізу іх працы пад нагрузкай, а фазавыя дыяграмы працы генератара і рухавіка паказаны на малюнку 1 ніжэй. Кут магутнасці θ генератара дадатны, калі E0 перавышае U, кут каэфіцыента магутнасці φ дадатны, калі I перавышае U, а кут унутранага каэфіцыента магутнасці ψ дадатны, калі E0 перавышае I. Кут магутнасці θ рухавіка дадатны, калі U перавышае E0, кут каэфіцыента магутнасці φ дадатны, калі U перавышае I, а кут унутранага каэфіцыента магутнасці ψ дадатны, калі I перавышае E0.
Мал. 1 Фазавая дыяграма працы сінхроннага рухавіка з пастаяннымі магнітамі
(a) Стан генератара (b) Стан рухавіка
Згодна з гэтай фазавай дыяграмай можна атрымаць наступнае: пры працы рухавіка з пастаяннымі магнітамі пад нагрузкай, вымераных электрарухальнай сілы ўзбуджэння без нагрузкі E0, напружання на клемах якара U, току I, вугла каэфіцыента магутнасці φ і вугла магутнасці θ і гэтак далей, можна атрымаць ток якара па прамой восі, папярочная складнік Id = Isin (θ - φ) і Iq = Icos (θ - φ), тады Xd і Xq можна атрымаць з наступнага ўраўнення:
Калі генератар працуе:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Калі рухавік працуе:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Параметры стацыянарнага рэжыму сінхронных рухавікоў з пастаяннымі магнітамі змяняюцца пры змене ўмоў працы рухавіка, а пры змене току якара змяняюцца як Xd, так і Xq. Таму пры вызначэнні параметраў абавязкова ўказвайце ўмовы працы рухавіка. (Велічыня пераменнага і пастаяннага току вала або току статара і кут унутранага каэфіцыента магутнасці).
Асноўная цяжкасць пры вымярэнні індуктыўных параметраў метадам прамой нагрузкі заключаецца ў вымярэнні вугла магутнасці θ. Як вядома, гэта рознасць фазавых вуглоў паміж напружаннем на клемах рухавіка U і электрарухальнай сілай узбуджэння. Калі рухавік працуе стабільна, канчатковае напружанне можна атрымаць непасрэдна, але E0 нельга атрымаць непасрэдна, таму яго можна атрымаць толькі ўскосным метадам, каб атрымаць перыядычны сігнал з той жа частатой, што і E0, і фіксаваную рознасць фаз замест E0, каб параўнаць фазу з канчатковым напружаннем.
Традыцыйныя ўскосныя метады:
1) у пазу якара выпрабоўванага рухавіка ўстаўляецца некалькі віткоў тонкага дроту ў арыгінальную шпульку рухавіка ў якасці вымяральнай шпулькі, каб атрымаць параўнальны сігнал напружання абмоткі рухавіка, які супадае з выпрабоўваным, і шляхам параўнання можна атрымаць кут каэфіцыента магутнасці.
2) Усталюйце на вале рухавіка, які выпрабоўваецца, сінхронны рухавік, ідэнтычны выпрабоўванаму рухавіку. Метад вымярэння фазы напружання [2], які будзе апісаны ніжэй, заснаваны на гэтым прынцыпе. Эксперыментальная схема падключэння паказана на малюнку 2. TSM — гэта выпрабоўваны сінхронны рухавік з пастаяннымі магнітамі, ASM — ідэнтычны сінхронны рухавік, які патрабуецца дадаткова, PM — гэта першасны рухавік, які можа быць як сінхронным рухавіком, так і рухавіком пастаяннага току, B — гэта тормаз, а DBO — гэта двухпрамянёвы асцылограф. Фазы B і C TSM і ASM падключаюцца да асцылографа. Калі TSM падключаны да трохфазнай крыніцы харчавання, асцылограф прымае сігналы VTSM і E0ASM. Паколькі два рухавікі ідэнтычныя і круцяцца сінхронна, зваротны патэнцыял халастога ходу TSM выпрабавальніка і зваротны патэнцыял халастога ходу ASM, які дзейнічае як генератар, E0ASM, знаходзяцца ў фазе. Такім чынам, можна вымераць кут магутнасці θ, г.зн. рознасць фаз паміж VTSM і E0ASM.
Мал. 2. Эксперыментальная схема падключэння для вымярэння кута магутнасці
Гэты метад выкарыстоўваецца не вельмі часта, галоўным чынам таму, што: ① невялікі сінхронны рухавік або ратацыйны трансфарматар, які неабходна вымераць, усталяваны на вале ротара, калі вал рухавіка мае два выцягнутыя канцы, што часта бывае складана зрабіць. ② Дакладнасць вымярэння кута магутнасці ў значнай ступені залежыць ад утрымання высокіх гармонік у VTSM і E0ASM, і калі ўтрыманне гармонік адносна вялікае, дакладнасць вымярэння будзе зніжана.
3) Каб палепшыць дакладнасць і прастату выкарыстання вымярэння кута магутнасці, цяпер часцей выкарыстоўваюцца датчыкі становішча для выяўлення сігналу становішча ротара, а затым параўнанне фазы з падыходам да канцавога напружання.
Асноўны прынцып заключаецца ў тым, каб усталяваць на вале вымяранага сінхроннага рухавіка з пастаяннымі магнітамі праекцыйны або адлюстраваны фотаэлектрычны дыск, прычым колькасць раўнамерна размеркаваных адтулін на дыску або чорна-белых маркераў і колькасць пар полюсаў выпрабоўванага сінхроннага рухавіка павінна адпавядаць колькасці раўнамерна размеркаваных адтулін на дыску або чорна-белых маркераў, а таксама колькасці пар полюсаў выпрабоўванага сінхроннага рухавіка. Калі дыск круціцца адзін абарот з рухавіком, фотаэлектрычны датчык атрымлівае p сігналаў становішча ротара і генеруе p імпульсаў нізкага напружання. Калі рухавік працуе сінхронна, частата гэтага сігналу становішча ротара роўная частаце напружання на клемах якара, а яго фаза адлюстроўвае фазу электрарухальнай сілы ўзбуджэння. Сігнал сінхранізуючага імпульсу ўзмацняецца шляхам фарміравання, зрушэння фазы і параўнання фазы напружання якара выпрабоўванага рухавіка, каб атрымаць розніцу фаз. Пры працы рухавіка без нагрузкі розніца фаз роўная θ1 (прыблізна ў гэты час кут магутнасці θ = 0), пры працы з нагрузкай розніца фаз роўная θ2, тады розніца фаз θ2 - θ1 - гэта вымеранае значэнне кута магутнасці нагрузкі сінхроннага рухавіка з пастаяннымі магнітамі. Схематычная дыяграма паказана на малюнку 3.
Мал. 3. Схематычная дыяграма вымярэння вугла магутнасці
Паколькі ў фотаэлектрычным дыску, раўнамерна пакрытым чорна-белымі пазнакамі, складаней зрабіць гэта, і калі вымяраныя полюсы сінхроннага рухавіка з пастаяннымі магнітамі адначасова не могуць быць агульнымі для дыска з пазнакай. Для прастаты можна таксама праверыць прывадны вал рухавіка з пастаяннымі магнітамі, абгорнуты колам з чорнай стужкі, пакрытым белай пазнакай, крыніца святла, якая адлюстроўвае фотаэлектрычны датчык, выпраменьвае святло, сабранае ў гэтым коле на паверхні стужкі. Такім чынам, пры кожным абароце рухавіка фотаэлектрычны датчык у фотаадчувальным транзістары атрымлівае адлюстраванае святло і праводзіць яго адзін раз, у выніку чаго ўтвараецца электрычны імпульсны сігнал, які пасля ўзмацнення і фарміравання атрымлівае сігнал параўнання E1. Любое двухфазнае напружанне з канца абмоткі якара выпрабавальнага рухавіка паніжаецца трансфарматарам напружання PT да нізкага напружання, якое адпраўляецца на кампаратар напружання, фарміруючы прамавугольную фазу імпульснага сігналу U1. U1 мае частату p-дзялення, параўнанне фазавага кампаратара дазваляе атрымаць параўнанне паміж фазай і фазавым кампаратарам. U1 на частату p-дзялення, фазавым кампаратарам для параўнання яго рознасці фаз з сігналам.
Недахопам вышэйзгаданага метаду вымярэння вугла магутнасці з'яўляецца тое, што для атрымання вугла магутнасці неабходна рабіць розніцу паміж двума вымярэннямі. Каб пазбегнуць аднімання дзвюх велічынь і зніжэння дакладнасці, пры вымярэнні рознасці фаз нагрузкі θ2, змены кірунку сігналу U2, вымераная рознасць фаз складае θ2'=180° - θ2, кут магутнасці θ=180° - (θ1 + θ2'), што пераўтварае дзве велічыні з аднімання фазы ў складанне. Дыяграма велічынь фаз паказана на мал. 4.
Мал. 4 Прынцып метаду складання фаз для разліку рознасці фаз
Іншы ўдасканалены метад не выкарыстоўвае дзяленне частаты прамавугольнай формы сігналу напружання, а выкарыстоўвае мікракамп'ютар для адначасовага запісу формы сігналу, адпаведна праз уваходны інтэрфейс, запісвае формы сігналаў напружання без нагрузкі і становішча ротара U0, E0, а таксама прамавугольныя формы сігналаў напружання нагрузкі і становішча ротара U1, E1, а затым перамяшчае формы сігналаў двух запісаў адносна адна адной, пакуль формы сігналаў двух прамавугольных сігналаў напружання цалкам не перакрыюцца, калі розніца фаз паміж двума сігналамі становішча ротара будзе мець кут магутнасці; або перамяшчае формы сігналаў да таго часу, пакуль формы сігналаў становішча ротара не супадуць, тады розніца фаз паміж двума сігналамі напружання будзе кутом магутнасці.
Варта адзначыць, што пры рэальнай працы сінхроннага рухавіка з пастаяннымі магнітамі без нагрузкі кут магутнасці не роўны нулю, асабліва для невялікіх рухавікоў. Страты на халастым ходу (у тым ліку страты ў медзі статара, страты ў жалезе, механічныя страты, страты рассейвання) адносна вялікія. Калі кут магутнасці без нагрузкі роўны нулю, гэта прывядзе да вялікай памылкі ў вымярэнні кута магутнасці. Гэта дазваляе забяспечыць узгодненасць кірунку кіравання рухавіком пастаяннага току і кіравання выпрабавальным рухавіком пры працы рухавіка пастаяннага току. Пры кіраванні рухавіком пастаяннага току рухавік пастаяннага току можа працаваць у тым жа стане, і рухавік пастаяннага току можа выкарыстоўвацца ў якасці выпрабавальнага рухавіка. Гэта дазваляе забяспечыць узгодненасць кіравання рухавіком пастаяннага току і кіравання выпрабавальным рухавіком пры працы рухавіка пастаяннага току з рухавіком пастаяннага току, каб забяспечыць усе страты на вале выпрабавальнага рухавіка (у тым ліку страты ў жалезе, механічныя страты, страты рассейвання і г.д.). Метад ацэнкі заключаецца ў тым, што ўваходная магутнасць выпрабавальнага рухавіка роўная спажыванню медзі статара, гэта значыць P1 = pCu, а напружанне і ток знаходзяцца ў фазе. На гэты раз вымераны θ1 адпавядае нулявому вуглу ступені.
Кароткі змест: перавагі гэтага метаду:
① Метад прамой нагрузкі можа вымяраць індуктыўнасць насычэння ў стацыянарным стане пры розных станах нагрузкі і не патрабуе стратэгіі кіравання, што з'яўляецца інтуітыўна зразумелым і простым.
Паколькі вымярэнне праводзіцца непасрэдна пад нагрузкай, можна ўлічваць эфект насычэння і ўплыў току размагнічвання на параметры індуктыўнасці.
Недахопы гэтага метаду:
① Метад прамой нагрузкі патрабуе адначасовага вымярэння большай колькасці велічынь (трохфазнае напружанне, трохфазны ток, кут каэфіцыента магутнасці і г.д.), вымярэнне кута магутнасці больш складанае, і дакладнасць вымярэння кожнай велічыні непасрэдна ўплывае на дакладнасць разліку параметраў, і ўсе віды памылак пры вымярэнні параметраў лёгка назапашваюцца. Таму пры выкарыстанні метаду прамой нагрузкі для вымярэння параметраў варта звярнуць увагу на аналіз памылак і выбраць больш высокую дакладнасць вымяральнага прыбора.
② Значэнне электрарухальнай сілы ўзбуджэння E0 у гэтым метадзе вымярэння непасрэдна замяняецца напружаннем на клемах рухавіка пры адсутнасці нагрузкі, і гэта набліжэнне таксама мае ўласцівыя памылкі. Паколькі рабочая кропка пастаяннага магніта змяняецца з нагрузкай, гэта азначае, што пры розных токах статара пранікальнасць і шчыльнасць магнітнага патоку пастаяннага магніта адрозніваюцца, таму атрыманая электрарухальная сіла ўзбуджэння таксама адрозніваецца. Такім чынам, замена электрарухальнай сілы ўзбуджэння пад нагрузкай электрарухальнай сілай узбуджэння пры адсутнасці нагрузкі не вельмі дакладная.
Спасылкі
[1] Тан Рэнюань і інш. Сучасная тэорыя і канструкцыя рухавікоў з пастаяннымі магнітамі. Пекін: Machinery Industry Press. Сакавік 2011 г.
[2] Дж. Ф. Гіерас, М. Вінг. Тэхналогія, канструкцыя і прымяненне рухавікоў з пастаяннымі магнітамі, 2-е выд. Нью-Ёрк: Марсель Дэкер, 2002:170~171
Аўтарскае права: Гэты артыкул з'яўляецца перадрукам відэароліка WeChat Public Number Motor Peek (电机极客), арыгінальная спасылкаhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Гэты артыкул не адлюстроўвае погляды нашай кампаніі. Калі ў вас ёсць іншыя меркаванні ці погляды, калі ласка, папраўце нас!
Час публікацыі: 18 ліпеня 2024 г.