การวัดความเหนี่ยวนำซิงโครนัสของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

I. วัตถุประสงค์และความสำคัญของการวัดความเหนี่ยวนำแบบซิงโครนัส
(1) วัตถุประสงค์ของการวัดพารามิเตอร์ของการเหนี่ยวนำแบบซิงโครนัส (เช่น ตัวเหนี่ยวนำข้ามแกน)
พารามิเตอร์ตัวเหนี่ยวนำ AC และ DC เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดสองตัวในมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร การได้มาซึ่งความถูกต้องแม่นยำเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นและเป็นรากฐานสำหรับการคำนวณคุณลักษณะของมอเตอร์ การจำลองแบบไดนามิก และการควบคุมความเร็ว ตัวเหนี่ยวนำแบบซิงโครนัสสามารถใช้เพื่อคำนวณคุณสมบัติของสภาวะคงตัวได้หลายอย่าง เช่น ตัวประกอบกำลัง ประสิทธิภาพ แรงบิด กระแสกระดอง กำลัง และพารามิเตอร์อื่นๆ ในระบบควบคุมของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรโดยใช้การควบคุมแบบเวกเตอร์ พารามิเตอร์ตัวเหนี่ยวนำซิงโครนัสเกี่ยวข้องโดยตรงกับอัลกอริธึมการควบคุม และผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่าในบริเวณแม่เหล็กอ่อน ความไม่ถูกต้องของพารามิเตอร์มอเตอร์สามารถนำไปสู่การลดแรงบิดได้อย่างมาก และพลัง นี่แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของพารามิเตอร์ตัวเหนี่ยวนำแบบซิงโครนัส
(2) ปัญหาที่ต้องสังเกตในการวัดความเหนี่ยวนำแบบซิงโครนัส
เพื่อให้ได้ความหนาแน่นของกำลังสูง โครงสร้างของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมักได้รับการออกแบบให้ซับซ้อนมากขึ้นและวงจรแม่เหล็กของมอเตอร์มีความอิ่มตัวมากขึ้น ซึ่งส่งผลให้พารามิเตอร์ตัวเหนี่ยวนำซิงโครนัสของมอเตอร์แปรผันตามความอิ่มตัวของ วงจรแม่เหล็ก กล่าวอีกนัยหนึ่ง พารามิเตอร์จะเปลี่ยนไปตามสภาวะการทำงานของมอเตอร์ โดยสมบูรณ์ด้วยสภาวะการทำงานที่กำหนดของพารามิเตอร์ตัวเหนี่ยวนำแบบซิงโครนัสไม่สามารถสะท้อนลักษณะของพารามิเตอร์มอเตอร์ได้อย่างถูกต้อง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องวัดค่าตัวเหนี่ยวนำภายใต้สภาวะการทำงานที่แตกต่างกัน
2. วิธีการวัดตัวเหนี่ยวนำแบบซิงโครนัสมอเตอร์แม่เหล็กถาวร
บทความนี้รวบรวมวิธีการต่างๆ ในการวัดค่าตัวเหนี่ยวนำซิงโครนัส และทำการเปรียบเทียบและวิเคราะห์โดยละเอียด วิธีการเหล่านี้สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้เป็นสองประเภทหลัก: การทดสอบโหลดโดยตรงและการทดสอบคงที่ทางอ้อม การทดสอบแบบคงที่ยังแบ่งออกเป็นการทดสอบแบบคงที่แบบ AC และการทดสอบแบบคงที่แบบ DC วันนี้ งวดแรกของ "วิธีทดสอบตัวเหนี่ยวนำแบบซิงโครนัส" ของเราจะอธิบายวิธีทดสอบโหลด

วรรณกรรม [1] แนะนำหลักการของวิธีการโหลดโดยตรง โดยปกติแล้วมอเตอร์แม่เหล็กถาวรสามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้ทฤษฎีปฏิกิริยาคู่เพื่อวิเคราะห์การทำงานของโหลด และแผนภาพเฟสของการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์จะแสดงในรูปที่ 1 ด้านล่าง มุมกำลัง θ ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นบวกโดยที่ E0 เกิน U มุมตัวประกอบกำลัง φ เป็นบวกโดยที่ I เกิน U และมุมตัวประกอบกำลังภายใน ψ เป็นบวกโดยที่ E0 เกิน I มุมกำลัง θ ของมอเตอร์เป็นบวกกับ U เกิน E0 มุมตัวประกอบกำลัง φ เป็นบวกโดยที่ U เกิน I และมุมตัวประกอบกำลังภายใน ψ เป็นบวกโดยที่ I เกิน E0

รูปที่ 1 แผนภาพเฟสของการทำงานของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร
(a) สถานะของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (b) สถานะของมอเตอร์

ตามแผนภาพเฟสนี้สามารถรับได้: เมื่อดำเนินการโหลดมอเตอร์แม่เหล็กถาวร, แรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตุ้นที่ไม่มีโหลดที่วัดได้ E0, แรงดันไฟฟ้าเทอร์มินัลกระดอง U, ปัจจุบัน I, มุมตัวประกอบกำลัง φ และมุมกำลัง θ และอื่น ๆ สามารถรับกระดองได้ กระแสของแกนตรง, องค์ประกอบขวาง Id = Isin (θ - φ) และ Iq = Icos (θ - φ) จากนั้น Xd และ Xq สามารถหาได้จากสมการต่อไปนี้:

เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากำลังทำงาน:

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

เมื่อมอเตอร์กำลังทำงาน:

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

พารามิเตอร์สถานะคงตัวของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรจะเปลี่ยนไปตามสภาพการทำงานของมอเตอร์เปลี่ยนแปลง และเมื่อกระแสกระดองเปลี่ยนแปลง ทั้ง Xd และ Xq จะเปลี่ยนไป ดังนั้นเมื่อพิจารณาพารามิเตอร์ต้องแน่ใจว่าได้ระบุสภาวะการทำงานของมอเตอร์ด้วย (จำนวนกระแสสลับและกระแสตรงของเพลาหรือกระแสสเตเตอร์และมุมตัวประกอบกำลังภายใน)

ปัญหาหลักในการวัดพารามิเตอร์อุปนัยโดยวิธีโหลดโดยตรงอยู่ที่การวัดมุมกำลัง θ ดังที่เราทราบ มันเป็นความแตกต่างของมุมเฟสระหว่างแรงดันเทอร์มินัลของมอเตอร์ U และแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตุ้น เมื่อมอเตอร์ทำงานอย่างเสถียร สามารถรับแรงดันไฟฟ้าปลายได้โดยตรง แต่ไม่สามารถรับ E0 ได้โดยตรง ดังนั้นจึงสามารถรับได้โดยวิธีทางอ้อมเท่านั้นจึงจะรับสัญญาณเป็นระยะที่มีความถี่เดียวกันกับ E0 และค่าความต่างเฟสคงที่เพื่อแทนที่ E0 เพื่อเปรียบเทียบเฟสกับแรงดันไฟสุดท้าย

วิธีการทางอ้อมแบบดั้งเดิมคือ:
1) ในช่องกระดองของมอเตอร์ภายใต้ระยะพิทช์ฝังทดสอบและขดลวดเดิมของมอเตอร์ที่มีลวดละเอียดหลายรอบเป็นคอยล์วัด เพื่อให้ได้เฟสเดียวกันกับขดลวดมอเตอร์ภายใต้สัญญาณเปรียบเทียบแรงดันทดสอบทดสอบ โดยการเปรียบเทียบ สามารถรับมุมตัวประกอบกำลังได้
2) ติดตั้งมอเตอร์ซิงโครนัสบนเพลาของมอเตอร์ที่ทดสอบซึ่งเหมือนกันกับมอเตอร์ที่ทดสอบ วิธีการวัดเฟสแรงดันไฟฟ้า [2] ซึ่งจะอธิบายไว้ด้านล่างเป็นไปตามหลักการนี้ แผนภาพการเชื่อมต่อการทดลองแสดงในรูปที่ 2 TSM เป็นมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรที่อยู่ระหว่างการทดสอบ ASM เป็นมอเตอร์ซิงโครนัสที่เหมือนกันซึ่งจำเป็นต้องมีเพิ่มเติม PM เป็นตัวขับเคลื่อนหลัก ซึ่งสามารถเป็นได้ทั้งมอเตอร์ซิงโครนัสหรือ DC มอเตอร์ B คือเบรก และ DBO เป็นออสซิลโลสโคปแบบลำแสงคู่ เฟส B และ C ของ TSM และ ASM เชื่อมต่อกับออสซิลโลสโคป เมื่อ TSM เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟสามเฟส ออสซิลโลสโคปจะรับสัญญาณ VTSM และ E0ASM เนื่องจากมอเตอร์สองตัวเหมือนกันและหมุนพร้อมกัน แบ็คโพเทนเชียลที่ไม่มีโหลดของ TSM ของผู้ทดสอบและแบ็คศักยภาพที่ไม่มีโหลดของ ASM ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องกำเนิด E0ASM อยู่ในเฟส ดังนั้นจึงสามารถวัดมุมกำลัง θ กล่าวคือ สามารถวัดความแตกต่างของเฟสระหว่าง VTSM และ E0ASM ได้

รูปที่ 2 แผนภาพการเดินสายไฟทดลองสำหรับการวัดมุมกำลัง

วิธีการนี้ไม่ได้ใช้กันทั่วไปนัก เนื่องจากสาเหตุหลักมาจาก: 1 ในเพลาโรเตอร์ที่ติดตั้งมอเตอร์ซิงโครนัสขนาดเล็กหรือหม้อแปลงแบบหมุนที่ต้องวัด มอเตอร์มีปลายเพลาสองอันที่ยื่นออกมา ซึ่งมักจะทำได้ยาก 2. ความแม่นยำของการวัดมุมกำลังขึ้นอยู่กับปริมาณฮาร์มอนิกสูงของ VTSM และ E0ASM เป็นส่วนใหญ่ และหากปริมาณฮาร์มอนิกมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ความแม่นยำของการวัดจะลดลง
3) เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการทดสอบมุมกำลังและความสะดวกในการใช้งาน ตอนนี้มีการใช้เซ็นเซอร์ตำแหน่งมากขึ้นเพื่อตรวจจับสัญญาณตำแหน่งโรเตอร์ จากนั้นจึงเปรียบเทียบเฟสด้วยวิธีแรงดันไฟสุดท้าย
หลักการพื้นฐานคือการติดตั้งดิสก์โฟโตอิเล็กทริคที่ฉายหรือสะท้อนบนเพลาของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรที่วัดได้ จำนวนรูที่กระจายสม่ำเสมอบนดิสก์หรือเครื่องหมายขาวดำ และจำนวนคู่ของขั้วของมอเตอร์ซิงโครนัสที่ทดสอบ . เมื่อจานหมุนหนึ่งรอบด้วยมอเตอร์ โฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์จะรับสัญญาณตำแหน่งโรเตอร์ p และสร้างพัลส์แรงดันต่ำ p เมื่อมอเตอร์ทำงานแบบซิงโครนัส ความถี่ของสัญญาณตำแหน่งโรเตอร์จะเท่ากับความถี่ของแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อกระดอง และเฟสของมันจะสะท้อนถึงเฟสของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตุ้น สัญญาณพัลส์การซิงโครไนซ์จะถูกขยายโดยการสร้างรูปร่าง การเปลี่ยนเฟส และแรงดันกระดองมอเตอร์ทดสอบสำหรับการเปรียบเทียบเฟสเพื่อให้ได้ค่าความแตกต่างของเฟส ตั้งค่าเมื่อมอเตอร์ทำงานแบบไม่มีโหลด ความต่างเฟสคือ θ1 (โดยประมาณว่า ณ เวลานี้ มุมกำลัง θ = 0) เมื่อโหลดกำลังทำงาน ความต่างเฟสคือ θ2 จากนั้นความต่างเฟส θ2 - θ1 จะถูกวัด ค่ามุมกำลังโหลดของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร แผนผังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 แผนผังการวัดมุมกำลัง

เช่นเดียวกับในดิสก์โฟโตอิเล็กทริกที่เคลือบด้วยเครื่องหมายขาวดำอย่างสม่ำเสมอนั้นยากกว่า และเมื่อวัดเสามอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรในเวลาเดียวกัน ดิสก์ทำเครื่องหมายไม่สามารถร่วมกันได้ เพื่อความง่าย ยังสามารถทดสอบได้ในเพลาขับมอเตอร์แม่เหล็กถาวรที่พันด้วยเทปวงกลมสีดำ เคลือบด้วยเครื่องหมายสีขาว ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดแสงโฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์ชนิดสะท้อนแสงที่ปล่อยออกมาจากแสงที่รวมตัวกันในวงกลมนี้บนพื้นผิวของเทป ด้วยวิธีนี้ ทุกการหมุนของมอเตอร์ เซ็นเซอร์โฟโตอิเล็กทริคในทรานซิสเตอร์ไวแสงเนื่องจากการได้รับแสงสะท้อนและการนำไฟฟ้าหนึ่งครั้ง ส่งผลให้เกิดสัญญาณพัลส์ไฟฟ้า หลังจากการขยายและการปรับรูปร่างเพื่อให้ได้สัญญาณเปรียบเทียบ E1 จากปลายขดลวดกระดองมอเตอร์ทดสอบของแรงดันไฟฟ้าสองเฟสใดๆ โดยหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า PT ลงไปจนถึงแรงดันไฟฟ้าต่ำ ส่งไปยังเครื่องเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้า การก่อตัวของตัวแทนของเฟสสี่เหลี่ยมของสัญญาณพัลส์แรงดันไฟฟ้า U1 U1 ด้วยความถี่ p-division ซึ่งเป็นการเปรียบเทียบตัวเปรียบเทียบเฟสเพื่อรับการเปรียบเทียบระหว่างเฟสกับตัวเปรียบเทียบเฟส U1 ด้วยความถี่ p-division โดยตัวเปรียบเทียบเฟสเพื่อเปรียบเทียบความแตกต่างของเฟสกับสัญญาณ
จุดบกพร่องของวิธีการวัดมุมกำลังข้างต้นคือ ควรสร้างความแตกต่างระหว่างการวัดทั้งสองครั้งเพื่อให้ได้มุมกำลัง เพื่อหลีกเลี่ยงการลบปริมาณทั้งสองออกและลดความแม่นยำ ในการวัดความแตกต่างของเฟสโหลด θ2 การกลับสัญญาณ U2 ความแตกต่างของเฟสที่วัดได้คือ θ2'=180 ° - θ2 มุมกำลัง θ=180 ° - ( θ1 + θ2') ซึ่งจะแปลงค่าทั้งสองจากการลบเฟสไปเป็นการบวก แผนภาพปริมาณเฟสแสดงในรูปที่ 4

รูปที่ 4 หลักวิธีการบวกเฟสเพื่อคำนวณผลต่างเฟส

วิธีการปรับปรุงอีกวิธีหนึ่งไม่ใช้การแบ่งความถี่สัญญาณรูปคลื่นรูปสี่เหลี่ยมแรงดันไฟฟ้า แต่ใช้ไมโครคอมพิวเตอร์เพื่อบันทึกรูปคลื่นของสัญญาณพร้อมกัน ตามลำดับ ผ่านอินเทอร์เฟซอินพุต บันทึกแรงดันไฟฟ้าขณะไม่มีโหลดและรูปคลื่นสัญญาณตำแหน่งโรเตอร์ U0, E0 ตลอดจน แรงดันไฟฟ้าโหลดและตำแหน่งโรเตอร์รูปคลื่นสี่เหลี่ยมจะส่งสัญญาณ U1, E1 จากนั้นย้ายรูปคลื่นของการบันทึกทั้งสองที่สัมพันธ์กันจนกระทั่งรูปคลื่นของสัญญาณรูปคลื่นสี่เหลี่ยมแรงดันไฟฟ้าทั้งสองซ้อนทับกันอย่างสมบูรณ์เมื่อความต่างเฟสระหว่างโรเตอร์สองตัวความต่างเฟส ระหว่างสัญญาณตำแหน่งโรเตอร์สองตัวคือมุมกำลัง หรือย้ายรูปคลื่นไปที่รูปคลื่นของสัญญาณตำแหน่งโรเตอร์สองตัวให้ตรงกัน จากนั้นความแตกต่างของเฟสระหว่างสัญญาณแรงดันไฟฟ้าทั้งสองคือมุมกำลัง
ควรชี้ให้เห็นว่าการทำงานจริงที่ไม่มีโหลดของมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร มุมของกำลังไม่เป็นศูนย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับมอเตอร์ขนาดเล็ก เนื่องจากการทำงานที่ไม่มีโหลดของการสูญเสียที่ไม่มีโหลด (รวมถึงการสูญเสียทองแดงของสเตเตอร์ การสูญเสียเหล็ก การสูญเสียทางกล, การสูญเสียหลงทาง) มีขนาดค่อนข้างใหญ่หากคุณคิดว่ามุมกำลังไฟฟ้าที่ไม่มีโหลดเป็นศูนย์จะทำให้เกิดข้อผิดพลาดอย่างมากในการวัดมุมกำลังซึ่งสามารถใช้เพื่อทำให้มอเตอร์กระแสตรงทำงานในสถานะ ของมอเตอร์ ทิศทางของการบังคับเลี้ยวและการหมุนของมอเตอร์ทดสอบที่สอดคล้องกับพวงมาลัยมอเตอร์กระแสตรง มอเตอร์กระแสตรงสามารถทำงานในสถานะเดียวกัน และมอเตอร์กระแสตรงสามารถใช้เป็นมอเตอร์ทดสอบได้ สิ่งนี้สามารถทำให้มอเตอร์กระแสตรงทำงานในสถานะของมอเตอร์ การบังคับเลี้ยว และการบังคับเลี้ยวของมอเตอร์ทดสอบสอดคล้องกับมอเตอร์กระแสตรงเพื่อให้การสูญเสียเพลาทั้งหมดของมอเตอร์ทดสอบ (รวมถึงการสูญเสียธาตุเหล็ก การสูญเสียทางกล การสูญเสียการหลงทาง ฯลฯ) วิธีการตัดสินคือกำลังไฟฟ้าเข้าของมอเตอร์ทดสอบเท่ากับปริมาณการใช้ทองแดงของสเตเตอร์ ซึ่งก็คือ P1 = pCu และแรงดันและกระแสในเฟส คราวนี้ θ1 ที่วัดได้จะสอดคล้องกับมุมยกกำลังเป็นศูนย์
สรุป: ข้อดีของวิธีนี้:
1 วิธีการโหลดโดยตรงสามารถวัดค่าความเหนี่ยวนำความอิ่มตัวของสถานะคงตัวภายใต้สถานะโหลดต่างๆ และไม่จำเป็นต้องมีกลยุทธ์การควบคุม ซึ่งใช้งานง่ายและเรียบง่าย
เนื่องจากการวัดจะทำโดยตรงภายใต้โหลด จึงสามารถนำมาพิจารณาถึงผลกระทบจากความอิ่มตัวและอิทธิพลของกระแสล้างอำนาจแม่เหล็กที่มีต่อพารามิเตอร์ตัวเหนี่ยวนำได้
ข้อเสียของวิธีนี้:
1 วิธีการโหลดโดยตรงจำเป็นต้องวัดปริมาณมากขึ้นในเวลาเดียวกัน (แรงดันไฟฟ้าสามเฟส กระแสสามเฟส มุมตัวประกอบกำลัง ฯลฯ) การวัดมุมกำลังจะยากขึ้น และความแม่นยำของการทดสอบ ปริมาณแต่ละปริมาณมีผลกระทบโดยตรงต่อความแม่นยำของการคำนวณพารามิเตอร์ และข้อผิดพลาดทุกประเภทในการทดสอบพารามิเตอร์นั้นง่ายต่อการสะสม ดังนั้น เมื่อใช้วิธีการโหลดโดยตรงในการวัดพารามิเตอร์ ควรให้ความสนใจกับการวิเคราะห์ข้อผิดพลาด และเลือกความแม่นยำที่สูงขึ้นของเครื่องมือทดสอบ
2 ค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตุ้น E0 ในวิธีการวัดนี้ถูกแทนที่ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วต่อมอเตอร์ที่ไม่มีโหลดโดยตรง และการประมาณนี้ยังทำให้เกิดข้อผิดพลาดโดยธรรมชาติอีกด้วย เนื่องจากจุดการทำงานของแม่เหล็กถาวรเปลี่ยนแปลงตามโหลด ซึ่งหมายความว่าที่กระแสสเตเตอร์ที่แตกต่างกัน ความสามารถในการซึมผ่านและความหนาแน่นของฟลักซ์ของแม่เหล็กถาวรจะแตกต่างกัน ดังนั้นแรงเคลื่อนไฟฟ้ากระตุ้นที่เกิดขึ้นจึงแตกต่างกันเช่นกัน ด้วยวิธีนี้ จึงไม่แม่นยำนักที่จะแทนที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบกระตุ้นภายใต้สภาวะโหลดด้วยแรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบกระตุ้นที่ไม่มีโหลด
อ้างอิง
[1] ถังเหรินหยวน และคณะ ทฤษฎีและการออกแบบมอเตอร์แม่เหล็กถาวรสมัยใหม่ ปักกิ่ง: สำนักพิมพ์อุตสาหกรรมเครื่องจักร. มีนาคม 2554
[2] เจเอฟ กีราส, เอ็ม. วิง. เทคโนโลยีมอเตอร์แม่เหล็กถาวร การออกแบบและการประยุกต์ ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2 นิวยอร์ก: มาร์เซล เดกเกอร์ 2002:170~171
ลิขสิทธิ์: บทความนี้เป็นการพิมพ์ซ้ำของหมายเลขสาธารณะ WeChat motor peek (电机极客) ซึ่งเป็นลิงก์ต้นฉบับhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

บทความนี้ไม่ได้นำเสนอความคิดเห็นของบริษัทเรา หากคุณมีความคิดเห็นหรือมุมมองที่แตกต่าง โปรดแก้ไขเรา!