قياس الحث المتزامن للمحركات ذات المغناطيس الدائم

I. الغرض وأهمية قياس الحث المتزامن
(1) الغرض من قياس معلمات الحث المتزامن (أي الحث عبر المحاور)
تعد معلمات محاثة التيار المتردد والتيار المستمر من أهم المعلمات في محرك متزامن ذو مغناطيس دائم. إن اكتسابها الدقيق هو الشرط الأساسي والأساس لحساب الخصائص الحركية والمحاكاة الديناميكية والتحكم في السرعة. يمكن استخدام الحث المتزامن لحساب العديد من خصائص الحالة المستقرة مثل عامل القدرة والكفاءة وعزم الدوران وتيار عضو الإنتاج والطاقة وغيرها من المعلمات. في نظام التحكم بمحرك المغناطيس الدائم باستخدام التحكم في المتجهات، تشارك معلمات المحث المتزامن بشكل مباشر في خوارزمية التحكم، وتظهر نتائج البحث أنه في المنطقة المغناطيسية الضعيفة، يمكن أن يؤدي عدم دقة معلمات المحرك إلى انخفاض كبير في عزم الدوران والقوة. وهذا يدل على أهمية معلمات مغو متزامن.
(2) المشاكل التي يجب ملاحظتها في قياس الحث المتزامن
من أجل الحصول على كثافة طاقة عالية، غالبًا ما يتم تصميم هيكل المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم لتكون أكثر تعقيدًا، وتكون الدائرة المغناطيسية للمحرك أكثر تشبعًا، مما يؤدي إلى اختلاف معلمة الحث المتزامن للمحرك مع تشبع الدائرة المغناطيسية. بمعنى آخر، ستتغير المعلمات مع ظروف تشغيل المحرك، تمامًا مع ظروف التشغيل المقدرة لمعلمات الحث المتزامن لا يمكن أن تعكس بدقة طبيعة معلمات المحرك. ولذلك، فمن الضروري قياس قيم الحث في ظل ظروف التشغيل المختلفة.
2. طرق قياس الحث المتزامن لمحرك المغناطيس الدائم
تجمع هذه الورقة طرقًا مختلفة لقياس الحث المتزامن وتقوم بإجراء مقارنة وتحليل تفصيلي لها. يمكن تصنيف هذه الطرق تقريبًا إلى نوعين رئيسيين: اختبار الحمل المباشر والاختبار الساكن غير المباشر. ينقسم الاختبار الثابت أيضًا إلى اختبار ثابت للتيار المتردد واختبار ثابت للتيار المستمر. اليوم، ستشرح الدفعة الأولى من "طرق اختبار الحث المتزامن" طريقة اختبار الحمل.

الأدب [1] يقدم مبدأ طريقة التحميل المباشر. يمكن عادةً تحليل المحركات ذات المغناطيس الدائم باستخدام نظرية التفاعل المزدوج لتحليل عملية التحميل الخاصة بها، وتظهر مخططات الطور لتشغيل المولد والمحرك في الشكل 1 أدناه. زاوية القدرة θ للمولد موجبة مع E0 تتجاوز U، وزاوية عامل القدرة φ موجبة مع I تتجاوز U، وزاوية عامل القدرة الداخلية ψ موجبة مع E0 تتجاوز I. زاوية الطاقة θ للمحرك موجبة مع U تتجاوز E0، وزاوية عامل القدرة φ موجبة مع U تتجاوز I، وزاوية عامل القدرة الداخلية ψ موجبة مع I تتجاوز E0.

الشكل 1: مخطط المرحلة لتشغيل محرك متزامن ذو مغناطيس دائم
(أ) حالة المولد (ب) حالة المحرك

وفقًا لمخطط الطور هذا يمكن الحصول على: عند تشغيل تحميل محرك المغناطيس الدائم، وقياس القوة الدافعة الكهربائية للإثارة بدون تحميل E0، والجهد الطرفي للحديد U، والتيار I، وزاوية عامل الطاقة φ وزاوية الطاقة θ وما إلى ذلك، يمكن الحصول على حديد التسليح تيار المحور المستقيم، مكون المحور المتقاطع Id = Isin (θ - φ) وIq = Icos (θ - φ)، ثم يمكن الحصول على Xd وXq من المعادلة التالية:

عند تشغيل المولد:

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

عندما يعمل المحرك:

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

تتغير معلمات الحالة الثابتة للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم مع تغير ظروف تشغيل المحرك، وعندما يتغير تيار عضو الإنتاج، يتغير كل من Xd وXq. لذلك، عند تحديد المعلمات، تأكد أيضًا من الإشارة إلى ظروف تشغيل المحرك. (كمية تيار العمود المتناوب والمباشر أو تيار الجزء الثابت وزاوية عامل القدرة الداخلية)

تكمن الصعوبة الرئيسية عند قياس المعلمات الاستقرائية بطريقة التحميل المباشر في قياس زاوية القدرة θ. كما نعلم، هو فرق زاوية الطور بين الجهد الطرفي للمحرك U والقوة الدافعة الكهربائية المثيرة. عندما يعمل المحرك بثبات، يمكن الحصول على الجهد النهائي مباشرة، لكن لا يمكن الحصول على E0 مباشرة، لذلك لا يمكن الحصول عليه إلا بطريقة غير مباشرة للحصول على إشارة دورية بنفس تردد E0 وفرق طور ثابت للاستبدال. E0 من أجل إجراء مقارنة الطور مع الجهد النهائي.

الطرق التقليدية غير المباشرة هي:
1) في فتحة المحرك للمحرك تحت الملعب المدفون للاختبار والملف الأصلي للمحرك لعدة دورات من الأسلاك الدقيقة كملف قياس، من أجل الحصول على نفس المرحلة مع لف المحرك تحت إشارة مقارنة جهد الاختبار، من خلال مقارنة ويمكن الحصول على زاوية عامل القدرة.
2) قم بتركيب محرك متزامن على عمود المحرك قيد الاختبار والذي يكون مطابقًا للمحرك قيد الاختبار. تعتمد طريقة قياس طور الجهد [2]، والتي سيتم وصفها أدناه، على هذا المبدأ. يظهر مخطط الاتصال التجريبي في الشكل 2. TSM هو المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم قيد الاختبار، ASM هو محرك متزامن متطابق مطلوب بالإضافة إلى ذلك، PM هو المحرك الرئيسي، والذي يمكن أن يكون إما محرك متزامن أو DC المحرك، B هو الفرامل، وDBO عبارة عن راسم ذبذبات مزدوج الشعاع. يتم توصيل المرحلتين B وC من TSM وASM إلى راسم الذبذبات. عندما يتم توصيل TSM بمصدر طاقة ثلاثي الطور، يستقبل راسم الذبذبات الإشارات VTSM وE0ASM. نظرًا لأن المحركين متطابقان ويدوران بشكل متزامن، فإن القدرة الخلفية لعدم التحميل لجهاز TSM الخاص بالاختبار والقدرة الخلفية لعدم التحميل لـ ASM، والتي تعمل كمولد، E0ASM، تكون في الطور. ولذلك، يمكن قياس زاوية القدرة θ، أي فرق الطور بين VTSM وE0ASM.

الشكل 2: مخطط الأسلاك التجريبي لقياس زاوية القدرة

لا يتم استخدام هذه الطريقة بشكل شائع جدًا، ويرجع ذلك أساسًا إلى ما يلي: ① في عمود الدوار، يتم تركيب محرك متزامن صغير أو محول دوار مطلوب للقياس، يحتوي المحرك على طرفين ممتدين من العمود، وهو ما يصعب القيام به في كثير من الأحيان. ② تعتمد دقة قياس زاوية الطاقة إلى حد كبير على المحتوى التوافقي العالي لـ VTSM وE0ASM، وإذا كان المحتوى التوافقي كبيرًا نسبيًا، فسيتم تقليل دقة القياس.
3) لتحسين دقة اختبار زاوية القدرة وسهولة الاستخدام، تم الآن استخدام المزيد من مستشعرات الموضع للكشف عن إشارة موضع الدوار، ثم مقارنة الطور مع نهج الجهد النهائي
المبدأ الأساسي هو تثبيت قرص كهروضوئي مسقط أو منعكس على عمود المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم المقاس، وعدد الثقوب الموزعة بشكل موحد على القرص أو العلامات السوداء والبيضاء وعدد أزواج أقطاب المحرك المتزامن قيد الاختبار . عندما يدور القرص دورة واحدة مع المحرك، يستقبل المستشعر الكهروضوئي إشارات موضع الدوار ويولد نبضات جهد منخفض. عندما يعمل المحرك بشكل متزامن، يكون تردد إشارة موضع الدوار مساويًا لتردد جهد طرف المحرك، ويعكس مرحلته طور الإثارة القوة الدافعة الكهربائية. يتم تضخيم إشارة نبض التزامن عن طريق التشكيل وإزاحة الطور واختبار جهد المحرك لمقارنة الطور للحصول على فرق الطور. يتم ضبطه عند تشغيل المحرك بدون تحميل، يكون فرق الطور θ1 (تقريبيًا في هذا الوقت زاوية الطاقة θ = 0)، عند تشغيل الحمل، يكون فرق الطور θ2، ثم يكون فرق الطور θ2 - θ1 هو المقاس قيمة زاوية تحميل المحرك المتزامن بالمغناطيس الدائم. يظهر الرسم التخطيطي في الشكل 3.

الشكل 3: رسم تخطيطي لقياس زاوية القدرة

كما هو الحال في القرص الكهروضوئي المطلي بشكل موحد بعلامة سوداء وبيضاء يكون أكثر صعوبة، وعندما يتم قياس أقطاب المحرك المتزامن ذات المغناطيس الدائم في نفس الوقت، لا يمكن أن يكون قرص الوسم مشتركًا مع بعضها البعض. للتبسيط، يمكن أيضًا اختباره في عمود تشغيل محرك المغناطيس الدائم المغلف في دائرة من شريط أسود، مغطى بعلامة بيضاء، مصدر الضوء المستشعر الكهروضوئي العاكس المنبعث من الضوء المتجمع في هذه الدائرة على سطح الشريط. وبهذه الطريقة، فإن كل دورة للمحرك، والمستشعر الكهروضوئي في الترانزستور الحساس للضوء، من المقرر أن يستقبل الضوء المنعكس والتوصيل مرة واحدة، مما ينتج عنه إشارة نبضية كهربائية، بعد التضخيم والتشكيل للحصول على إشارة المقارنة E1. من نهاية لف المحرك المحرك للاختبار لأي جهد على مرحلتين، بواسطة محول الجهد PT نزولاً إلى جهد منخفض، يتم إرساله إلى مقارنة الجهد، وتشكيل ممثل للمرحلة المستطيلة لإشارة نبض الجهد U1. U1 بواسطة تردد القسم p، مقارنة مقارن الطور للحصول على مقارنة بين الطور ومقارن الطور. U1 بواسطة تردد القسم p، بواسطة مقارن الطور لمقارنة فرق الطور مع الإشارة.
عيب طريقة قياس زاوية القدرة المذكورة أعلاه هو أنه يجب عمل فرق بين القياسين للحصول على زاوية القدرة. من أجل تجنب طرح الكميتين وتقليل الدقة، في قياس فرق طور الحمل θ2، وانعكاس إشارة U2، يكون فرق الطور المقاس θ2'=180 ° - θ2، وزاوية الطاقة θ=180 ° - ( θ1 + θ2')، الذي يحول الكميتين من طرح الطور إلى الإضافة. يظهر مخطط كمية الطور في الشكل 4.

الشكل 4: مبدأ طريقة إضافة الطور لحساب فرق الطور

هناك طريقة محسنة أخرى لا تستخدم تقسيم تردد إشارة شكل موجة مستطيلة للجهد، ولكن تستخدم حاسوبًا صغيرًا لتسجيل شكل موجة الإشارة في وقت واحد، على التوالي، من خلال واجهة الإدخال، وتسجيل أشكال موجة إشارة الجهد بدون تحميل وأشكال إشارة موضع الدوار U0، E0، وكذلك تحميل الجهد وموضع الدوار إشارات الشكل الموجي المستطيل U1، E1، ثم قم بتحريك الأشكال الموجية للتسجيلين بالنسبة لبعضهما البعض حتى تتداخل الأشكال الموجية لإشارتي الشكل الموجي المستطيل للجهد تمامًا، عندما يكون فرق الطور بين الدوارين فرق الطور بين إشارتي موضع الدوار توجد زاوية القدرة؛ أو قم بتحريك الشكل الموجي إلى شكلي موجة إشارة موضع الدوار متزامنين، ثم يكون فرق الطور بين إشارتي الجهد هو زاوية الطاقة.
تجدر الإشارة إلى أن التشغيل الفعلي بدون تحميل للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم، فإن زاوية الطاقة ليست صفرًا، خاصة بالنسبة للمحركات الصغيرة، بسبب التشغيل بدون تحميل لفقدان عدم التحميل (بما في ذلك فقدان النحاس الثابت، وفقدان الحديد، الخسارة الميكانيكية، الخسارة الشاردة) كبيرة نسبيًا، إذا كنت تعتقد أن زاوية طاقة عدم التحميل صفر، فسوف تتسبب في خطأ كبير في قياس زاوية الطاقة، والتي يمكن استخدامها لتشغيل محرك التيار المستمر في الحالة للمحرك، يكون اتجاه التوجيه وتوجيه محرك الاختبار متسقًا، مع توجيه محرك التيار المستمر، يمكن أن يعمل محرك التيار المستمر على نفس الحالة، ويمكن استخدام محرك التيار المستمر كمحرك اختبار. هذا يمكن أن يجعل محرك DC يعمل في حالة المحرك، والتوجيه وتوجيه محرك الاختبار متوافقان مع محرك DC لتوفير كل فقدان عمود محرك الاختبار (بما في ذلك فقدان الحديد، والفقد الميكانيكي، والخسارة الضالة، وما إلى ذلك). طريقة الحكم هي أن طاقة إدخال محرك الاختبار تساوي استهلاك النحاس الثابت، أي P1 = pCu، والجهد والتيار في الطور. هذه المرة يتوافق قياس θ1 مع زاوية القدرة البالغة صفر.
ملخص: مميزات هذه الطريقة:
① يمكن لطريقة الحمل المباشر قياس محاثة تشبع الحالة المستقرة في ظل حالات تحميل مختلفة، ولا تتطلب استراتيجية تحكم، وهي بديهية وبسيطة.
نظرًا لأن القياس يتم مباشرة تحت الحمل، يمكن أن يؤخذ في الاعتبار تأثير التشبع وتأثير تيار إزالة المغناطيسية على معلمات الحث.
عيوب هذه الطريقة:
① تحتاج طريقة التحميل المباشر إلى قياس المزيد من الكميات في نفس الوقت (جهد ثلاثي الطور، تيار ثلاثي الطور، زاوية عامل الطاقة، وما إلى ذلك)، ويكون قياس زاوية الطاقة أكثر صعوبة، ودقة اختبار كل كمية لها تأثير مباشر على دقة حسابات المعلمات، ومن السهل أن تتراكم جميع أنواع الأخطاء في اختبار المعلمات. ولذلك، عند استخدام طريقة التحميل المباشر لقياس المعلمات، ينبغي إيلاء الاهتمام لتحليل الخطأ، واختيار دقة أعلى لأداة الاختبار.
② يتم استبدال قيمة القوة الدافعة الكهربائية المثيرة E0 في طريقة القياس هذه مباشرة بجهد طرف المحرك عند عدم التحميل، وهذا التقريب يؤدي أيضًا إلى أخطاء متأصلة. لأن نقطة تشغيل المغناطيس الدائم تتغير مع الحمل، مما يعني أنه في تيارات الجزء الثابت المختلفة، تختلف نفاذية وكثافة تدفق المغناطيس الدائم، وبالتالي فإن القوة الدافعة الكهربائية الناتجة تختلف أيضًا. بهذه الطريقة، ليس من الدقيق للغاية استبدال القوة الدافعة الكهربائية المثيرة تحت حالة الحمل بالقوة الدافعة الكهربائية المثيرة عند عدم التحميل.
مراجع
[1] تانغ رين يوان وآخرون. نظرية وتصميم محرك المغناطيس الدائم الحديث. بكين: مطبعة صناعة الآلات. مارس 2011
[2] جي إف جيراس، إم وينج. تكنولوجيا المحركات ذات المغناطيس الدائم والتصميم والتطبيقات، الطبعة الثانية. نيويورك: مارسيل ديكر، 2002:170~171
حقوق الطبع والنشر: هذه المقالة عبارة عن إعادة طباعة لنظرة خاطفة على محرك الرقم العام لـ WeChat (电机极客)، الرابط الأصليhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

هذه المقالة لا تمثل آراء شركتنا. إذا كان لديك آراء أو وجهات نظر مختلفة، يرجى تصحيحنا!