Մշտական ​​մագնիսով շարժիչների սինխրոն ինդուկտիվության չափում

I. Սինխրոն ինդուկտիվության չափման նպատակը և նշանակությունը
(1) Սինխրոն ինդուկտիվության պարամետրերի չափման նպատակը (այսինքն՝ լայնակի առանցքի ինդուկտիվությունը)
AC և DC ինդուկտիվության պարամետրերը մշտական ​​մագնիսով սինխրոն շարժիչի երկու ամենակարևոր պարամետրերն են: Դրանց ճշգրիտ հաշվարկը շարժիչի բնութագրերի հաշվարկի, դինամիկ մոդելավորման և արագության կառավարման նախապայմանն ու հիմքն է: Սինխրոն ինդուկտիվությունը կարող է օգտագործվել բազմաթիվ կայուն վիճակի հատկություններ հաշվարկելու համար, ինչպիսիք են հզորության գործակիցը, արդյունավետությունը, պտտող մոմենտը, արմատուրայի հոսանքը, հզորությունը և այլ պարամետրեր: Վեկտորային կառավարում օգտագործող մշտական ​​մագնիսով շարժիչի կառավարման համակարգում սինխրոն ինդուկտորի պարամետրերը անմիջականորեն ներգրավված են կառավարման ալգորիթմում, և հետազոտությունների արդյունքները ցույց են տալիս, որ թույլ մագնիսական տիրույթում շարժիչի պարամետրերի անճշտությունը կարող է հանգեցնել պտտող մոմենտի և հզորության զգալի նվազման: Սա ցույց է տալիս սինխրոն ինդուկտորի պարամետրերի կարևորությունը:
(2) Սինխրոն ինդուկտիվության չափման ժամանակ նկատելի խնդիրներ
Բարձր հզորության խտություն ստանալու համար մշտական ​​մագնիսով սինխրոն շարժիչների կառուցվածքը հաճախ նախագծվում է ավելի բարդ, և շարժիչի մագնիսական շղթան ավելի հագեցած է, ինչը հանգեցնում է շարժիչի սինխրոն ինդուկտիվության պարամետրի փոփոխությանը՝ մագնիսական շղթայի հագեցածության հետ մեկտեղ։ Այլ կերպ ասած, պարամետրերը կփոխվեն շարժիչի աշխատանքային պայմանների հետ մեկտեղ, սինխրոն ինդուկտիվության պարամետրերի անվանական աշխատանքային պայմանները չեն կարող ճշգրիտ արտացոլել շարժիչի պարամետրերի բնույթը։ Հետևաբար, անհրաժեշտ է չափել ինդուկտիվության արժեքները տարբեր աշխատանքային պայմաններում։
2. մշտական ​​մագնիսով շարժիչի սինխրոն ինդուկտիվության չափման մեթոդներ
Այս հոդվածը հավաքագրում է սինխրոն ինդուկտիվության չափման տարբեր մեթոդներ և կատարում է դրանց մանրամասն համեմատություն և վերլուծություն: Այս մեթոդները կարելի է մոտավորապես դասակարգել երկու հիմնական տեսակի՝ ուղղակի բեռի փորձարկում և անուղղակի ստատիկ փորձարկում: Ստատիկ փորձարկումը հետագայում բաժանվում է փոփոխական հոսանքի ստատիկ փորձարկման և հաստատուն հոսանքի ստատիկ փորձարկման: Այսօր մեր «Սինխրոն ինդուկտորի փորձարկման մեթոդներ» հոդվածի առաջին մասը կբացատրի բեռի փորձարկման մեթոդը:

Գրականությունը [1] ներկայացնում է ուղիղ բեռի մեթոդի սկզբունքը: Մշտական ​​մագնիսով շարժիչները սովորաբար կարող են վերլուծվել կրկնակի ռեակցիայի տեսության միջոցով՝ դրանց բեռի աշխատանքը վերլուծելու համար, և գեներատորի և շարժիչի աշխատանքի փուլային դիագրամները ներկայացված են ստորև նկար 1-ում: Գեներատորի հզորության անկյունը θ դրական է, երբ E0-ն գերազանցում է U-ն, հզորության գործակցի անկյունը φ դրական է, երբ I-ն գերազանցում է U-ն, և ներքին հզորության գործակցի անկյունը ψ դրական է, երբ E0-ն գերազանցում է I-ն: Շարժիչի հզորության անկյունը θ դրական է, երբ U-ն գերազանցում է E0-ն, հզորության գործակցի անկյունը φ դրական է, երբ U-ն գերազանցում է I-ն, և ներքին հզորության գործակցի անկյունը ψ դրական է, երբ I-ն գերազանցում է E0-ն:

Նկ. 1. Մշտական ​​մագնիսով սինխրոն շարժիչի աշխատանքի փուլային դիագրամ
(ա) Գեներատորի վիճակը (բ) Շարժիչի վիճակը

Այս փուլային դիագրամի համաձայն՝ մշտական ​​մագնիսով շարժիչի ծանրաբեռնվածության դեպքում չափվում է առանց բեռի գրգռման էլեկտրաշարժիչ ուժը՝ E0, արմատուրի ծայրակալի լարումը U, հոսանքը՝ I, հզորության գործակցի անկյունը՝ φ և հզորության անկյունը՝ θ և այլն, կարելի է ստանալ ուղիղ առանցքի արմատուրի հոսանքը՝ լայնական առանցքի բաղադրիչով՝ Id = Isin (θ - φ) և Iq = Icos (θ - φ), ապա Xd-ն և Xq-ն կարելի է ստանալ հետևյալ հավասարումից՝

Երբ գեներատորը աշխատում է.

Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)

Երբ շարժիչը աշխատում է.

Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)

Մշտական ​​մագնիսով սինխրոն շարժիչների կայուն վիճակի պարամետրերը փոխվում են շարժիչի աշխատանքային պայմանների փոփոխությանը զուգընթաց, և երբ փոխվում է արմատուրայի հոսանքը, փոխվում են և՛ Xd-ն, և՛ Xq-ն: Հետևաբար, պարամետրերը որոշելիս անպայման նշեք նաև շարժիչի աշխատանքային պայմանները (փոփոխական և հաստատուն լիսեռի հոսանքի կամ ստատորի հոսանքի քանակը և ներքին հզորության գործակցի անկյունը):

Ինդուկտիվ պարամետրերը ուղիղ բեռի մեթոդով չափելու հիմնական դժվարությունը կայանում է հզորության անկյան θ չափման մեջ: Ինչպես գիտենք, դա շարժիչի ծայրակալի լարման U-ի և գրգռման էլեկտրաշարժիչ ուժի միջև փուլային անկյան տարբերությունն է: Երբ շարժիչը կայուն աշխատում է, վերջնային լարումը կարելի է ստանալ անմիջապես, բայց E0-ն չի կարող ստացվել անմիջապես, ուստի այն կարելի է ստանալ միայն անուղղակի մեթոդով՝ E0-ի հետ նույն հաճախականությամբ պարբերական ազդանշան ստանալու և E0-ն փոխարինելու համար ֆիքսված փուլային տարբերությամբ պարբերական ազդանշան ստանալու համար՝ վերջնական լարման հետ փուլային համեմատություն կատարելու համար:

Ավանդական անուղղակի մեթոդներն են՝
1) փորձարկման տակ գտնվող շարժիչի արմատուրայի անցքում թաղված քայլը և շարժիչի սկզբնական կծիկի մի քանի պտույտ նուրբ մետաղալարը որպես չափիչ կծիկ, որպեսզի փորձարկման լարման տակ գտնվող շարժիչի փաթույթի հետ նույն փուլը ստանան համեմատական ​​ազդանշանի միջոցով, հզորության գործակցի անկյունը կարելի է ստանալ։
2) Փորձարկվող շարժիչի լիսեռի վրա տեղադրեք սինխրոն շարժիչ, որը նույնական է փորձարկվող շարժիչին: Լարման փուլի չափման մեթոդը [2], որը նկարագրվելու է ստորև, հիմնված է այս սկզբունքի վրա: Փորձարարական միացման դիագրամը ներկայացված է նկար 2-ում: TSM-ը փորձարկվող մշտական ​​մագնիսով սինխրոն շարժիչն է, ASM-ը նույնական սինխրոն շարժիչ է, որը լրացուցիչ անհրաժեշտ է, PM-ը գլխավոր շարժիչն է, որը կարող է լինել կամ սինխրոն շարժիչ, կամ հաստատուն հոսանքի շարժիչ, B-ն արգելակն է, իսկ DBO-ն՝ կրկնակի ճառագայթային օսցիլոսկոպ: TSM-ի և ASM-ի B և C փուլերը միացված են օսցիլոսկոպին: Երբ TSM-ը միացված է եռաֆազ էլեկտրամատակարարմանը, օսցիլոսկոպը ստանում է VTSM և E0ASM ազդանշանները: Քանի որ երկու շարժիչները նույնական են և պտտվում են սինխրոն, փորձարկողի TSM-ի անբեռնվածության հետադարձ պոտենցիալը և ASM-ի անբեռնվածության հետադարձ պոտենցիալը, որը գործում է որպես գեներատոր, E0ASM, փուլային են: Հետևաբար, հզորության անկյուն θ-ն, այսինքն՝ VTSM-ի և E0ASM-ի միջև փուլային տարբերությունը, կարելի է չափել։

Նկ. 2. Հզորության անկյան չափման փորձարարական միացման սխեմա

Այս մեթոդը շատ տարածված չէ, հիմնականում հետևյալ պատճառներով՝ ① չափման համար անհրաժեշտ է փոքր սինխրոն շարժիչ կամ պտտվող տրանսֆորմատոր, որի ռոտորային լիսեռում տեղադրված է շարժիչ, որն ունի երկու լիսեռով ձգված ծայրեր, ինչը հաճախ դժվար է անել։ ② Հզորության անկյան չափման ճշգրտությունը մեծապես կախված է VTSM-ի և E0ASM-ի բարձր հարմոնիկ պարունակությունից, և եթե հարմոնիկ պարունակությունը համեմատաբար մեծ է, չափման ճշգրտությունը կնվազի։
3) Հզորության անկյան թեստի ճշգրտությունը և օգտագործման հեշտությունը բարելավելու համար, այժմ ավելի շատ օգտագործվում են դիրքի սենսորներ՝ ռոտորի դիրքի ազդանշանը հայտնաբերելու համար, ապա փուլային համեմատություն վերջնական լարման մոտեցման հետ։
Հիմնական սկզբունքն այն է, որ չափված մշտական ​​մագնիսով սինխրոն շարժիչի լիսեռի վրա տեղադրվի պրոյեկտված կամ անդրադարձված ֆոտոէլեկտրական սկավառակ, սկավառակի վրա միատարր բաշխված անցքերի քանակը կամ սև-սպիտակ նշիչները և փորձարկվող սինխրոն շարժիչի բևեռների զույգերի քանակը։ Երբ սկավառակը պտտվում է շարժիչի հետ մեկ պտույտ, ֆոտոէլեկտրական սենսորը ստանում է p ռոտորի դիրքի ազդանշաններ և առաջացնում p ցածր լարման իմպուլսներ։ Երբ շարժիչը աշխատում է սինխրոն, այս ռոտորի դիրքի ազդանշանի հաճախականությունը հավասար է արմատուրայի տերմինալի լարման հաճախականությանը, իսկ դրա փուլը արտացոլում է գրգռման էլեկտրաշարժիչ ուժի փուլը։ Սինխրոնացման իմպուլսային ազդանշանը ուժեղացվում է ձևավորմամբ, փուլային տեղաշարժով և փորձարկվող շարժիչի արմատուրայի լարմամբ՝ փուլային տարբերությունը ստանալու համար։ Սահմանվում է, երբ շարժիչը աշխատում է առանց բեռի, փուլային տարբերությունը θ1 է (մոտավորապես, որ այս պահին հզորության անկյունը θ = 0 է), երբ բեռը աշխատում է, փուլային տարբերությունը θ2 է, ապա փուլային տարբերությունը θ2 - θ1 չափված մշտական ​​մագնիսով սինխրոն շարժիչի բեռի հզորության անկյան արժեքն է։ Սխեմատիկ դիագրամը ներկայացված է նկար 3-ում։

Նկ. 3 Հզորության անկյան չափման սխեմատիկ դիագրամ

Քանի որ ֆոտոէլեկտրական սկավառակի դեպքում, որը միատարր պատված է սև և սպիտակ նշագրով, ավելի դժվար է, և երբ չափվում է մշտական ​​մագնիսով համաժամանակյա շարժիչի բևեռները, սկավառակը չի կարող ընդհանուր լինել միմյանց հետ։ Պարզության համար կարելի է նաև փորձարկել մշտական ​​մագնիսով շարժիչի լիսեռը, որը փաթաթված է սև ժապավենի շրջանակով, ծածկված սպիտակ նշագրով, լուսարձակող լուսային սենսորը արձակում է լույս, որը հավաքվում է ժապավենի մակերեսին այս շրջանակում։ Այսպիսով, շարժիչի յուրաքանչյուր պտույտում, լուսազգայուն տրանզիստորում գտնվող ֆոտոէլեկտրական սենսորը ստանում է անդրադարձված լույս և մեկ անգամ հաղորդում է, ինչը հանգեցնում է էլեկտրական իմպուլսային ազդանշանի, ուժեղացումից և ձևավորումից հետո ստանում է E1 համեմատության ազդանշան։ Փորձարկվող շարժիչի արմատուրայի փաթաթման ծայրից ցանկացած երկֆազ լարման դեպքում, PT լարման տրանսֆորմատորի միջոցով ցածր լարման դեպքում ուղարկվում է լարման համեմատիչ, ձևավորվում է U1 լարման իմպուլսային ազդանշանի ուղղանկյուն փուլի ներկայացուցիչ։ U1-ը p-բաժանման հաճախականության միջոցով համեմատում է փուլային համեմատիչը՝ փուլային և փուլային համեմատիչի միջև համեմատություն ստանալու համար։ U1-ը p-բաժանման հաճախականությամբ, փուլային համեմատիչով՝ դրա փուլային տարբերությունը ազդանշանի հետ համեմատելու համար։
Վերոնշյալ հզորության անկյան չափման մեթոդի թերությունն այն է, որ հզորության անկյունը ստանալու համար պետք է հաշվի առնել երկու չափումների միջև եղած տարբերությունը։ Երկու մեծությունների հանումից խուսափելու և ճշգրտությունը նվազեցնելու համար, բեռի փուլային տարբերության θ2 չափման ժամանակ, U2 ազդանշանի հակադարձումը, չափված փուլային տարբերությունը θ2'=180° - θ2 է, հզորության անկյունը՝ θ=180° - (θ1 + θ2'), որը երկու մեծությունները փուլի հանումից վերածում է գումարման։ Փուլային քանակի դիագրամը ներկայացված է Նկար 4-ում։

Նկ. 4. Փուլային տարբերության հաշվարկման համար փուլերի գումարման մեթոդի սկզբունքը

Մեկ այլ բարելավված մեթոդը չի օգտագործում լարման ուղղանկյուն ալիքային ձևի ազդանշանի հաճախականության բաժանումը, այլ օգտագործում է միկրոհամակարգիչ՝ ազդանշանի ալիքային ձևը միաժամանակ մուտքային ինտերֆեյսի միջոցով գրանցելու համար, համապատասխանաբար, առանց բեռնվածքի լարման և ռոտորի դիրքի ազդանշանի U0, E0 ալիքային ձևերը, ինչպես նաև բեռնվածքի լարման և ռոտորի դիրքի ուղղանկյուն ալիքային ձևի U1, E1 ազդանշանները, ապա տեղափոխում է երկու ձայնագրությունների ալիքային ձևերը միմյանց նկատմամբ մինչև երկու լարման ուղղանկյուն ալիքային ձևի ազդանշանների ալիքային ձևերը լիովին համընկնեն, երբ երկու ռոտորի միջև փուլային տարբերությունը հզորության անկյունն է. կամ տեղափոխում է ալիքային ձևը այնպես, որ երկու ռոտորի դիրքի ազդանշանների ալիքային ձևերը համընկնեն, ապա երկու լարման ազդանշանների միջև փուլային տարբերությունը հզորության անկյունն է։
Պետք է նշել, որ մշտական ​​մագնիսով սինխրոն շարժիչի իրական անսարքության դեպքում հզորության անկյունը զրոյական չէ, հատկապես փոքր շարժիչների դեպքում։ Անբեռնվածության դեպքում անսարքության կորստի (ներառյալ ստատորի պղնձի կորուստը, երկաթի կորուստը, մեխանիկական կորուստը, թափառող կորուստը) պատճառով համեմատաբար մեծ է։ Եթե կարծում եք, որ անսարքության դեպքում հզորության անկյունը զրոյական է, դա կհանգեցնի հզորության անկյան չափման մեծ սխալի, որը կարող է օգտագործվել՝ մշտական ​​հոսանքի շարժիչը շարժիչի վիճակում աշխատելու համար, ղեկի ուղղությունը և փորձարկման շարժիչի ղեկը համապատասխանեցնելու համար։ Մշտական ​​հոսանքի շարժիչի ղեկի դեպքում մշտական ​​հոսանքի շարժիչը կարող է աշխատել նույն վիճակում, և մշտական ​​հոսանքի շարժիչը կարող է օգտագործվել որպես փորձարկման շարժիչ։ Սա կարող է մշտական ​​հոսանքի շարժիչը շարժիչի վիճակում աշխատելու համար, ղեկը և փորձարկման շարժիչի ղեկը համապատասխանեցնել մշտական ​​հոսանքի շարժիչին՝ ապահովելով փորձարկման շարժիչի բոլոր լիսեռային կորուստները (ներառյալ երկաթի կորուստը, մեխանիկական կորուստը, թափառող կորուստը և այլն)։ Դատողության մեթոդն այն է, որ փորձարկման շարժիչի մուտքային հզորությունը հավասար է ստատորի պղնձի սպառմանը, այսինքն՝ P1 = pCu, և լարումն ու հոսանքը փուլային են։ Այս անգամ չափված θ1-ը համապատասխանում է զրոյական հզորության անկյանը։
Ամփոփում. Այս մեթոդի առավելությունները.
① Ուղղակի բեռի մեթոդը կարող է չափել կայուն հագեցվածության ինդուկտիվությունը տարբեր բեռի վիճակներում և չի պահանջում կառավարման ռազմավարություն, որը ինտուիտիվ և պարզ է։
Քանի որ չափումը կատարվում է անմիջապես բեռի տակ, կարելի է հաշվի առնել հագեցման էֆեկտը և ապամագնիսացման հոսանքի ազդեցությունը ինդուկտիվության պարամետրերի վրա։
Այս մեթոդի թերությունները.
① Ուղիղ բեռնման մեթոդը պահանջում է միաժամանակ չափել ավելի շատ մեծություններ (եռաֆազ լարում, եռաֆազ հոսանք, հզորության գործակցի անկյուն և այլն), հզորության անկյան չափումն ավելի դժվար է, և յուրաքանչյուր մեծության թեստի ճշգրտությունը անմիջական ազդեցություն ունի պարամետրերի հաշվարկների ճշգրտության վրա, և պարամետրերի թեստում բոլոր տեսակի սխալները հեշտությամբ կուտակվում են: Հետևաբար, պարամետրերը չափելու համար ուղղակի բեռնման մեթոդն օգտագործելիս պետք է ուշադրություն դարձնել սխալների վերլուծությանը և ընտրել ավելի բարձր ճշգրտությամբ փորձարկման գործիք:
② Այս չափման մեթոդում գրգռման էլեկտրաշարժիչ ուժի E0 արժեքը անմիջապես փոխարինվում է շարժիչի ծայրակալի լարմամբ՝ առանց բեռի, և այս մոտավորությունը նույնպես բերում է ներքին սխալներ: Քանի որ մշտական ​​մագնիսի աշխատանքային կետը փոխվում է բեռի հետ, ինչը նշանակում է, որ տարբեր ստատորի հոսանքների դեպքում մշտական ​​մագնիսի թափանցելիությունը և հոսքի խտությունը տարբեր են, ուստի արդյունքում ստացված գրգռման էլեկտրաշարժիչ ուժը նույնպես տարբեր է: Այսպիսով, բեռի պայմաններում գրգռման էլեկտրաշարժիչ ուժը փոխարինել առանց բեռի գրգռման էլեկտրաշարժիչ ուժով, այնքան էլ ճշգրիտ չէ:
Հղումներ
[1] Թանգ Ռենյուան ​​և այլք։ Ժամանակակից մշտական ​​մագնիսով շարժիչի տեսություն և նախագծում։ Պեկին։ Մեքենաշինական արդյունաբերության հրատարակչություն։ Մարտ 2011
[2] Ջ.Ֆ. Գիերաս, Մ. Վինգ։ Մշտական ​​մագնիսական շարժիչի տեխնոլոգիա, նախագծում և կիրառություններ, 2-րդ հրատարակություն։ Նյու Յորք. Մարսել Դեկեր, 2002:170~171
Հեղինակային իրավունք. Այս հոդվածը WeChat-ի հանրային համարի շարժիչի պիկեի (电机极客) վերատպությունն է, որի հղումը բնօրինակն է։https://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

Այս հոդվածը չի արտացոլում մեր ընկերության տեսակետները։ Եթե դուք ունեք տարբեր կարծիքներ կամ տեսակետներ, խնդրում ենք ուղղել մեզ։