I. Tilgangur og mikilvægi þess að mæla samstillta spankraft
(1) Tilgangur þess að mæla breytur samstilltrar spanns (þ.e. þversásarspanns)
Raf- og jafnstraumsspólunarbreyturnar eru tvær mikilvægustu breyturnar í samstilltum segulmótorum með varanlegum seglum. Nákvæm mæling þeirra er forsenda og grunnur að útreikningum á eiginleikum mótorsins, hreyfihermun og hraðastýringu. Samstillta spólunarbreyturnar geta verið notaðar til að reikna út marga stöðugleikaeiginleika eins og aflstuðul, skilvirkni, tog, armature straum, afl og aðrar breytur. Í stjórnkerfi fyrir varanlega segulmótor sem notar vigurstýringu eru samstilltu spólunarbreyturnar beint þátttakandi í stjórnunarreikniritinu og rannsóknarniðurstöður sýna að á veiku segulsviði getur ónákvæmni mótorbreytnanna leitt til verulegrar minnkunar á togi og afli. Þetta sýnir mikilvægi samstilltu spólunarbreytnanna.
(2) Vandamál sem þarf að hafa í huga við mælingu á samstilltri spannstuðli
Til að ná fram mikilli aflþéttleika er uppbygging samstilltra segulmótora með varanlegum seglum oft hönnuð til að vera flóknari og segulrás mótorsins er mettuðari, sem leiðir til þess að samstillta spanstuðulsbreytan í mótornum breytist með mettun segulrásarinnar. Með öðrum orðum, breyturnar munu breytast með rekstrarskilyrðum mótorsins, og með nafnvirði rekstrarskilyrða geta samstilltu spanstuðulsbreyturnar ekki endurspeglað eðli mótorbreytnanna nákvæmlega. Þess vegna er nauðsynlegt að mæla spanstuðulsgildin við mismunandi rekstrarskilyrði.
2. Mælingaraðferðir fyrir samstillta spanstuðul með varanlegum segulmótorum
Þessi grein safnar saman ýmsum aðferðum til að mæla samstillta spanstuðul og gerir ítarlegan samanburð og greiningu á þeim. Þessum aðferðum má gróflega flokka í tvo meginflokka: bein álagsprófun og óbein stöðuprófun. Stöðuprófun skiptist síðan í stöðuprófun á riðstraumi og stöðuprófun á jafnstraumi. Í dag verður fyrsti hluti af „Prófunaraðferðum samstilltra spóla“ útskýrður álagsprófunaraðferðin.
Í heimildum [1] er kynnt meginreglan um bein álagsaðferð. Hægt er að greina varanlega segulmótora með því að nota tvöfalda viðbragðskenninguna til að greina álagsvirkni þeirra, og fasarit rafalsins og mótorsins eru sýnd á mynd 1 hér að neðan. Aflhornið θ rafalsins er jákvætt þar sem E0 er hærra en U, aflstuðulshornið φ er jákvætt þar sem I er hærra en U, og innri aflstuðulshornið ψ er jákvætt þar sem E0 er hærra en I. Aflhornið θ mótorsins er jákvætt þar sem U er hærra en E0, aflstuðulshornið φ er jákvætt þar sem U er hærra en I, og innri aflstuðulshornið ψ er jákvætt þar sem I er hærra en E0.
Mynd 1 Fasamynd af notkun samstilltrar mótors með varanlegum segli
(a) Ástand rafalstöðvar (b) Ástand mótor
Samkvæmt þessu fasariti er hægt að fá: þegar varanlegi segulmótorinn er undir álagi, er hægt að mæla rafmótorkraftinn E0 án álags, spennu U á tengipunktinum, strauminn I, aflstuðulshornið φ og aflstuðulshornið θ og svo framvegis. Þannig er hægt að fá straum beina ásinnar á tengipunktinum, þar sem þversniðsþátturinn Id = Isin (θ - φ) og Iq = Icos (θ - φ), og þá er hægt að fá Xd og Xq með eftirfarandi jöfnu:
Þegar rafallinn er í gangi:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
Þegar mótorinn er í gangi:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
Stöðugleikabreytur samstilltra mótora með varanlegum seglum breytast þegar rekstrarskilyrði mótorsins breytast, og þegar straumurinn í armatúrunni breytist breytast bæði Xd og Xq. Þess vegna, þegar færibreyturnar eru ákvarðaðar, skal gæta þess að tilgreina einnig rekstrarskilyrði mótorsins. (Magn riðstraums og jafnstraums ás eða statorstraums og innri aflstuðulshorns)
Helsta erfiðleikinn við að mæla aðleiðandi breytur með beinni álagsaðferð liggur í mælingu á aflhorninu θ. Eins og við vitum er það fasahornsmunurinn á milli mótortengingarspennu U og örvunarrafmótorkraftsins. Þegar mótorinn gengur stöðugt er hægt að fá lokaspennuna beint, en ekki er hægt að fá E0 beint, þannig að aðeins er hægt að fá hana með óbeinum aðferð til að fá reglubundið merki með sömu tíðni og E0 og föstum fasamismun til að koma í stað E0 til að gera fasasamanburð við lokaspennuna.
Hefðbundnar óbeinar aðferðir eru:
1) Í raufinni á armature mótorsins sem verið er að prófa er grafið inn nokkrar snúningar af fínum vír sem mælispóla og upprunalega spólu mótorsins. Til að fá sömu fasa og spennumerki mótorvindingarinnar sem verið er að prófa er hægt að fá samanburð á aflstuðlinum með því að bera saman hann.
2) Setjið upp samstilltan mótor á ás mótorsins sem verið er að prófa, sem er eins og mótorinn sem verið er að prófa. Aðferðin við spennu-fasamælingu [2], sem lýst verður hér að neðan, byggir á þessari meginreglu. Tilraunatengingarmyndin er sýnd á mynd 2. TSM er samstillti mótorinn með varanlegum segli sem verið er að prófa, ASM er eins samstilltur mótor sem er einnig nauðsynlegur, PM er aðalhreyfillinn, sem getur verið annað hvort samstilltur mótor eða jafnstraumsmótor, B er bremsan og DBO er tvígeisla sveiflusjá. Fasarnir B og C í TSM og ASM eru tengdir við sveiflusjána. Þegar TSM er tengt við þriggja fasa aflgjafa tekur sveiflusjárinn við merkjunum VTSM og E0ASM. Þar sem mótorarnir tveir eru eins og snúast samstillt, eru tómarúmsbakspenna TSM prófunartækisins og tómarúmsbakspenna ASM, sem virkar sem rafall, E0ASM, í fasa. Þess vegna er hægt að mæla aflhornið θ, þ.e. fasamismuninn á milli VTSM og E0ASM.
Mynd 2 Tilraunalínurit fyrir mælingu á aflhorni
Þessi aðferð er ekki mjög algeng, aðallega vegna þess að: 1. Lítill samstilltur mótor eða snúningsspenni er festur í snúningsásnum og þarf að mæla mótorinn með tvo ása útrétta enda, sem er oft erfitt að gera. 2. Nákvæmni mælinga á aflshorninu er að miklu leyti háð háu harmonískum innihaldi VTSM og E0ASM, og ef harmoníski innihaldið er tiltölulega stórt mun nákvæmni mælingarinnar minnka.
3) Til að bæta nákvæmni og auðvelda notkun á aflhornsprófunum er nú meiri notkun á staðsetningarskynjurum til að greina stöðumerki snúningshlutans og síðan fasasamanburður við lokaspennuaðferðina.
Grunnreglan er að setja upp ljósrafskaut á ás samstillta mótorsins með varanlegum seglum, fjöldi jafndreifðra gata á diskinum eða svart-hvítum merkjum og fjöldi pólpara samstillta mótorsins sem verið er að prófa. Þegar diskurinn snýst einn hring með mótornum tekur ljósrafskynjarinn við p stöðumerkjum frá snúningsásnum og býr til p lágspennupúlsa. Þegar mótorinn gengur samstillt er tíðni þessa stöðumerkis frá snúningsásnum jöfn tíðni spennu tengibúnaðarins og fasi hans endurspeglar fasa örvunar rafhreyfikraftsins. Samstillingarpúlsmerkið er magnað með mótun, fasafærslu og prófunarspennu mótorsins til fasasamanburðar til að fá fasamismuninn. Þegar mótorinn er án álags er fasamismunurinn θ1 (á þessum tíma er aflhornið θ = 0), þegar álagið er í gangi er fasamismunurinn θ2, þá er fasamismunurinn θ2 - θ1 mælt gildi aflhorns álags samstillta mótorsins með varanlegum seglum. Skýringarmyndin er sýnd á mynd 3.
Mynd 3 Skýringarmynd af mælingu á aflshorni
Þar sem ljósrafskautið er jafnt húðað með svörtum og hvítum merkjum er erfiðara að merkja diskinn, og þegar mældir eru pólarnir á samstilltum varanlegum segulmótor á sama tíma geta merkingardiskarnir ekki verið sameiginlegir hver öðrum. Til einföldunar er einnig hægt að prófa drifás varanlegs segulmótorsins, vafinn í hring af svörtum límbandi, húðaður með hvítum merkjum, og ljósgjafinn sem geislar frá sér endurskinsljósi safnast saman í þessum hring á yfirborði límbandsins. Þannig tekur ljósrafskautið í ljósnæma smáranum við endurskini og leiðni einu sinni, sem leiðir til rafpúlsmerkis. Eftir að það er magnað og mótað, fæst samanburðarmerkið E1. Frá tveggja fasa spennuenda prófunarmótorsins, með spennubreytinum PT niður í lága spennu, sent til spennusamanburðarins. Þar myndast rétthyrnt spennupúlsmerki U1. Með p-skiptingu tíðninnar á U1 fæst samanburður á fasasamanburðarins. Með p-skiptingu tíðninnar á U1 ber fasamismuninn saman við fasamismuninn með fasasamanburðarins.
Ókosturinn við ofangreinda aðferð til að mæla aflhorn er að mismunurinn á milli mælinganna tveggja þarf að vera reiknaður til að fá aflhornið. Til að forðast að tvær stærðir séu dregnar frá og draga úr nákvæmni, við mælingu á fasamismuninum θ2 í álaginu, sem er snúningur U2 merkisins, er mældur fasamismunur θ2'=180° - θ2, aflhornið θ=180° - (θ1 + θ2'), sem breytir stærðunum tveimur úr frádrætti fasans í samlagningu. Fasastærðarritið er sýnt á mynd 4.
Mynd 4 Meginregla fasasamlagningaraðferðar til að reikna út fasamismun
Önnur bætt aðferð notar ekki tíðniskiptingu spennuferningabylgjuformsins, heldur notar örtölvu til að taka upp bylgjuformið samtímis í gegnum inntaksviðmótið, taka upp spennu- og stöðumerkisbylgjur U0 og E0 án álags, sem og spennu- og stöðumerkisbylgjur U1 og E1 án álags, og síðan færa bylgjuformin á báðum upptökunum miðað við hvort annað þar til bylgjuformin á rétthyrndum spennumerkjunum skarast alveg. Þegar fasamismunurinn á stöðumerkjunum er aflhornið, eða þegar bylgjuformið er fært þannig að stöðumerkin falli saman, þá er fasamismunurinn á spennumerkjunum aflhornið.
Það skal tekið fram að í raun tómgangsaðgerð á samstilltum mótor með varanlegum segulmótorum er aflhornið ekki núll, sérstaklega fyrir litla mótora. Vegna þess að tómgangsaðgerðir eru tapin (þar á meðal kopartap stator, járntap, vélrænt tap og villutap) tiltölulega stór. Ef aflhornið er núll í tómgangsaðgerð veldur það mikilli skekkju í mælingu á aflhorninu. Þetta getur gert það að verkum að jafnstraumsmótorinn er í gangi í mótorstöðu, stýrisátt og stýrisátt prófunarmótorsins. Með stýringu jafnstraumsmótorsins getur jafnstraumsmótorinn gengið í sama ástandi og hægt er að nota jafnstraumsmótorinn sem prófunarmótor. Þetta getur gert það að verkum að jafnstraumsmótorinn er í gangi í mótorstöðu, stýrisátt og stýrisátt prófunarmótorsins og jafnstraumsmótorinn veitir allt ás tap prófunarmótorsins (þar á meðal járntap, vélrænt tap, villutap o.s.frv.). Aðferðin við mat er sú að inntaksafl prófunarmótorsins er jafnt koparnotkun statorsins, þ.e. P1 = pCu, og spennan og straumurinn eru í fasa. Að þessu sinni samsvarar mælda θ1 aflshorninu núll.
Yfirlit: Kostir þessarar aðferðar:
① Bein álagsaðferðin getur mælt mettunarspóluna í stöðugu ástandi við mismunandi álagsástand og krefst ekki stjórnunarstefnu, sem er innsæi og einföld.
Þar sem mælingin er gerð beint undir álagi er hægt að taka tillit til mettunaráhrifa og áhrifa afsegulmögnunarstraums á spanstuðulsbreyturnar.
Ókostir þessarar aðferðar:
① Bein álagsaðferðin þarf að mæla fleiri stærðir samtímis (þriggja fasa spennu, þriggja fasa straum, aflsstuðulshorn o.s.frv.), mæling á aflshorninu er erfiðari og nákvæmni prófunar hverrar stærðar hefur bein áhrif á nákvæmni útreikninga á breytum og alls kyns villur safnast auðveldlega upp í breytuprófuninni. Þess vegna, þegar beina álagsaðferðin er notuð til að mæla breytur, ætti að huga að villugreiningunni og velja prófunartæki með meiri nákvæmni.
② Gildi örvunarrafmótorkraftsins E0 í þessari mæliaðferð er skipt beint út fyrir tengispennu mótorsins við tómarúm, og þessi nálgun hefur einnig í för með sér villur. Vegna þess að rekstrarpunktur varanlegs seguls breytist með álaginu, sem þýðir að við mismunandi statorstrauma er gegndræpi og flæðisþéttleiki varanlegs seguls mismunandi, þannig að örvunarrafmótorkrafturinn sem myndast er einnig mismunandi. Þannig er ekki mjög nákvæmt að skipta örvunarrafmótorkraftinum við álag út fyrir örvunarrafmótorkraftinn við tómarúm.
Heimildir
[1] Tang Renyuan o.fl. Kenning og hönnun nútíma segulmótora. Peking: Machinery Industry Press. Mars 2011
[2] JF Gieras, M. Wing. Tækni, hönnun og notkun varanlegra segulmótora, 2. útgáfa. New York: Marcel Dekker, 2002:170~171
Höfundarréttur: Þessi grein er endurprentun af WeChat opinberu númeramótorprófinu (电机极客), upprunalega tenglinumhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
Þessi grein endurspeglar ekki skoðanir fyrirtækisins okkar. Ef þú hefur aðrar skoðanir eða skoðanir, vinsamlegast leiðréttu okkur!
Birtingartími: 18. júlí 2024