영구자석 모터의 동기 인덕턴스 측정

I. 동기 인덕턴스 측정의 목적과 의의
(1) 동기 인덕턴스(즉, 교차축 인덕턴스)의 매개변수를 측정하는 목적
AC 및 DC 인덕턴스 매개변수는 영구 자석 동기 모터에서 가장 중요한 두 가지 매개변수입니다. 정확한 획득은 모터 특성 계산, 동적 시뮬레이션 및 속도 제어를 위한 전제조건이자 기초입니다. 동기 인덕턴스는 역률, 효율, 토크, 전기자 전류, 전력 및 기타 매개변수와 같은 다양한 정상 상태 속성을 계산하는 데 사용할 수 있습니다. 벡터 제어를 이용한 영구자석 모터 제어 시스템에서 동기 인덕터 파라미터는 제어 알고리즘에 직접적으로 관여하며, 연구 결과에 따르면 약한 자기 영역에서는 모터 파라미터의 부정확성이 토크를 크게 감소시킬 수 있는 것으로 나타났습니다. 그리고 힘. 이는 동기 인덕터 매개변수의 중요성을 보여줍니다.
(2) 동기 인덕턴스 측정 시 주의할 점
높은 전력 밀도를 얻기 위해 영구 자석 동기 모터의 구조는 종종 더 복잡하도록 설계되고 모터의 자기 회로는 더 포화되어 모터의 동기 인덕턴스 매개 변수가 포화에 따라 달라집니다. 자기 회로. 즉, 매개변수는 모터의 작동 조건에 따라 변경되며 동기 인덕턴스 매개변수의 정격 작동 조건으로는 모터 매개변수의 특성을 정확하게 반영할 수 없습니다. 따라서 다양한 작동 조건에서 인덕턴스 값을 측정해야 합니다.
2. 영구 자석 모터 동기 인덕턴스 측정 방법
본 논문에서는 동기 인덕턴스를 측정하는 다양한 방법을 수집하고 이에 대한 상세한 비교 및 ​​분석을 수행합니다. 이러한 방법은 크게 직접 부하 테스트와 간접 정적 테스트의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 정적 테스트는 AC 정적 테스트와 DC 정적 테스트로 더 구분됩니다. 오늘은 "동기 인덕터 테스트 방법"의 첫 번째 기사에서는 부하 테스트 방법을 설명하겠습니다.

문헌[1]에서는 직접 부하 방식의 원리를 소개합니다. 영구자석 전동기는 일반적으로 부하 동작을 이중 반응 이론을 이용하여 해석할 수 있으며, 발전기와 전동기 동작의 상태도는 아래 그림 1과 같습니다. 발전기의 전력각 θ는 E0가 U를 초과하는 경우 양수이고, 역률 각도 ψ는 I가 U를 초과하는 경우 양수이며, 내부 역률 각도 ψ는 E0가 I를 초과하는 경우 양수입니다. 모터의 전력각 θ는 다음과 같이 양수입니다. U가 E0을 초과하면 역률 각도 ψ는 U가 I를 초과할 때 양수이고, 내부 역률 각도 ψ는 I가 E0를 초과할 때 양수입니다.

그림 1 영구자석 동기 전동기 작동의 위상 다이어그램
(a) 발전기 상태 (b) 모터 상태

이 위상 다이어그램에 따르면 영구 자석 모터 부하 작동 시 측정된 무부하 여자 기전력 E0, 전기자 단자 전압 U, 전류 I, 역률 각도 Φ 및 전력 각도 θ 등을 얻을 수 있으며 전기자를 얻을 수 있습니다. 직선축 전류, 교차축 구성요소 Id = Isin(θ - ψ) 및 Iq = Icos(θ - ψ)인 경우 Xd 및 Xq는 다음 방정식에서 얻을 수 있습니다.

발전기가 작동 중일 때:

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

모터가 작동 중일 때:

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

영구자석 동기 전동기의 정상 상태 매개변수는 모터의 작동 조건이 변함에 따라 변하고, 전기자 전류가 변하면 Xd와 Xq가 모두 변합니다. 따라서 매개변수를 결정할 때 모터 작동 조건도 명시해야 합니다. (교류 및 직접 축 전류 또는 고정자 전류량 및 내부 역률 각도)

직접 부하 방법으로 유도 매개변수를 측정할 때 가장 어려운 점은 전력 각도 θ를 측정하는 것입니다. 우리가 알고 있듯이 이는 모터 단자 전압 U와 여자 기전력 간의 위상각 차이입니다. 모터가 안정적으로 작동할 때 최종 전압은 직접 얻을 수 있지만 E0는 직접 얻을 수 없으므로 E0과 동일한 주파수와 고정된 위상차를 갖는 주기 신호를 얻기 위해 간접적인 방법으로만 얻을 수 있습니다. E0을 사용하여 최종 전압과 위상을 비교합니다.

전통적인 간접 방법은 다음과 같습니다.
1) 테스트 중인 모터의 전기자 슬롯에 매립 피치와 모터의 원래 코일을 몇 감은 가는 선으로 측정 코일로 하여 테스트 전압 비교 신호에서 모터 권선과 동일한 위상을 얻기 위해 다음과 같은 비교를 통해 역률각을 구할 수 있다.
2) 피시험 모터의 축에 피시험 모터와 동일한 동기 전동기를 설치합니다. 아래에서 설명할 전압위상 측정방법[2]은 이러한 원리에 기초하고 있다. 실험적 연결 다이어그램은 그림 2에 나와 있습니다. TSM은 테스트 중인 영구 자석 동기 모터이고, ASM은 추가로 필요한 동일한 동기 모터이며, PM은 동기 모터 또는 DC일 수 있는 원동기입니다. 모터, B는 브레이크, DBO는 이중 빔 오실로스코프입니다. TSM 및 ASM의 위상 B와 C는 오실로스코프에 연결됩니다. TSM이 3상 전원 공급 장치에 연결되면 오실로스코프는 VTSM 및 E0ASM 신호를 수신합니다. 두 모터가 동일하고 동기식으로 회전하기 때문에 테스터의 TSM의 무부하 백포텐셜과 발전기 역할을 하는 ASM의 무부하 백포텐셜인 E0ASM은 동상입니다. 따라서 VTSM과 E0ASM의 위상차인 파워각(θ)을 측정할 수 있다.

그림 2 전력각 측정을 위한 실험 배선도

이 방법은 일반적으로 사용되지 않습니다. 주로 다음과 같은 이유로 인해: ① 측정해야 하는 소형 동기 모터 또는 회전 변압기에 장착된 회전자 샤프트에 두 개의 샤프트 끝이 뻗어 있어 수행하기 어려운 경우가 많습니다. ② 전력각 측정의 정확도는 VTSM과 E0ASM의 고조파 함유량에 크게 좌우되며, 고조파 함유량이 상대적으로 크면 측정의 정확도가 감소합니다.
3) 전력각 테스트 정확도와 사용 편의성을 향상시키기 위해 이제 위치 센서를 더 많이 사용하여 회전자 위치 신호를 감지한 다음 최종 전압 접근 방식과 위상을 비교합니다.
기본 원리는 측정된 영구 자석 동기 모터의 샤프트에 투영 또는 반사된 광전 디스크를 설치하고 디스크 또는 흑백 마커에 균일하게 분포된 구멍의 수와 테스트 중인 동기 모터의 극 쌍 수를 설치하는 것입니다. . 디스크가 모터와 함께 1회전하면 광전 센서는 p개의 회전자 위치 신호를 수신하고 p개의 저전압 펄스를 생성합니다. 모터가 동기적으로 작동할 때 이 회전자 위치 신호의 주파수는 전기자 단자 전압의 주파수와 동일하며 그 위상은 여자 기전력의 위상을 반영합니다. 동기화 펄스 신호는 위상차를 얻기 위해 위상 비교를 위해 성형, 위상 이동 및 테스트 모터 전기자 전압을 통해 증폭됩니다. 모터 무부하 운전 시 위상차는 θ1(이때 전력각 θ = 0에 가깝습니다), 부하 운전 시 위상차는 θ2, 위상차 θ2 - θ1이 측정됩니다. 영구 자석 동기 모터 부하 전력 각도 값. 개략도는 그림 3에 나와 있습니다.

그림 3 전력각 측정의 개략도

흑백 마크로 균일하게 코팅된 광전 디스크에서와 같이 측정된 영구 자석 동기 모터 극을 동시에 마킹하는 경우 디스크가 서로 공통될 수 없습니다. 단순화를 위해 흰색 표시로 코팅된 검정색 테이프 원으로 감싼 영구 자석 모터 구동축에서도 테스트할 수 있습니다. 반사형 광전 센서 광원은 테이프 표면의 이 원에 모인 빛에 의해 방출됩니다. 이러한 방식으로 모터가 회전할 때마다 감광성 트랜지스터의 광전 센서는 반사된 빛과 전도를 한 번 수신하여 전기 펄스 신호를 생성하고 증폭 및 성형 후 비교 신호 E1을 얻습니다. 임의의 2상 전압의 테스트 모터 전기자 권선 끝에서 전압 변압기 PT에 의해 저전압으로 내려가 전압 비교기로 전송되어 전압 펄스 신호 U1의 직사각형 위상을 대표하는 형성이 형성됩니다. U1은 p분할 주파수에 의해 위상 비교기 비교를 통해 위상과 위상 비교기를 비교합니다. U1은 p 분할 주파수로, 위상 비교기로 신호와 위상차를 비교합니다.
위의 파워각 측정 방법의 단점은 파워각을 얻기 위해서는 두 측정값의 차이를 만들어야 한다는 점입니다. 두 가지 양을 빼는 것을 방지하고 정확도를 줄이기 위해 부하 위상차 θ2, U2 신호 반전 측정에서 측정된 위상차는 θ2'=180° - θ2, 전력각 θ=180° - ( θ1 + θ2'), 위상 빼기에서 추가로 두 양을 변환합니다. 위상량 다이어그램은 그림 4에 나와 있습니다.

그림 4 위상차 계산을 위한 위상 추가 방법의 원리

또 다른 개선된 방법은 전압 직사각형 파형 신호 주파수 분할을 사용하지 않고 마이크로컴퓨터를 사용하여 입력 인터페이스를 통해 각각 신호 파형을 동시에 기록하고 무부하 전압 및 회전자 위치 신호 파형 U0, E0 및 부하 전압 및 회전자 위치 직사각형 파형 신호 U1, E1을 사용하고 두 회전자 사이의 위상차가 있을 때 두 전압 직사각형 파형 신호의 파형이 완전히 겹칠 때까지 두 기록의 파형을 서로 상대적으로 이동합니다. 위상차 두 개의 회전자 위치 신호 사이는 전력각입니다. 또는 두 개의 회전자 위치 신호 파형이 일치하도록 파형을 이동하면 두 전압 신호 간의 위상차가 전력 각도입니다.
영구 자석 동기 모터의 실제 무부하 작동, 무부하 손실(고정자 구리 손실, 철 손실 포함)의 무부하 작동으로 인해 특히 소형 모터의 경우 전력 각도가 0이 아니라는 점에 유의해야 합니다. 기계적 손실, 표류 손실)은 상대적으로 큽니다. 무부하 전력 각도가 0이라고 생각하면 전력 각도 측정에 큰 오류가 발생하여 DC 모터를 해당 상태에서 작동시키는 데 사용할 수 있습니다. 모터의 방향, 조향 방향 및 테스트 모터 조향이 일치하고 DC 모터 조향을 사용하면 DC 모터가 동일한 상태에서 작동할 수 있으며 DC 모터를 테스트 모터로 사용할 수 있습니다. 이는 모터 상태에서 작동하는 DC 모터, 조향 및 DC 모터와 일치하는 테스트 모터 조향을 만들어 테스트 모터의 모든 샤프트 손실(철 손실, 기계적 손실, 표유 손실 등 포함)을 제공할 수 있습니다. 판단 방법은 테스트 모터 입력 전력이 고정자 구리 소비량, 즉 P1 = pCu, 위상 전압 및 전류와 동일하다는 것입니다. 이번에 측정된 θ1은 전력각 0에 해당합니다.
요약: 이 방법의 장점:
① 직접 부하 방식은 다양한 부하 상태에서 정상 상태 포화 인덕턴스를 측정할 수 있으며, 제어 전략이 필요하지 않아 직관적이고 간단합니다.
부하가 걸린 상태에서 직접 측정이 이루어지기 때문에 포화 효과와 감자 전류가 인덕턴스 매개변수에 미치는 영향을 고려할 수 있습니다.
이 방법의 단점:
① 직접부하 방식은 동시에 더 많은 양(3상 전압, 3상 전류, 역률각 등)을 측정해야 하므로 전력각 측정이 어렵고, 시험의 정확도가 더 떨어진다. 각 수량은 매개변수 계산의 정확성에 직접적인 영향을 미치며 매개변수 테스트에서 모든 종류의 오류가 누적되기 쉽습니다. 따라서 매개변수를 측정하기 위해 직접 부하 방법을 사용할 때는 오류 분석에 주의를 기울여야 하며 테스트 장비의 정확도가 더 높은 것을 선택해야 합니다.
② 이 측정 방법에서 여자 기전력 E0의 값은 무부하 상태에서 모터 단자 전압으로 직접 대체되며, 이 근사치에도 고유한 오류가 발생합니다. 왜냐하면 영구 자석의 동작점은 부하에 따라 변하기 때문입니다. 즉, 서로 다른 고정자 전류에서 영구 자석의 투자율과 자속 밀도가 다르기 때문에 결과적인 여기 기전력도 다릅니다. 이런 식으로 부하 상태의 여자 기전력을 무부하 상태의 여자 기전력으로 대체하는 것은 그다지 정확하지 않습니다.
참고자료
[1] Tang Renyuan 외. 현대 영구 자석 모터 이론 및 설계. 베이징: 기계산업 출판부. 2011년 3월
[2] JF Gieras, M. 윙. 영구 자석 모터 기술, 설계 및 응용, 2판. 뉴욕: 마르셀 데커, 2002:170~171
저작권: 이 글은 위챗 공개번호 모터픽(电机极客)의 원본 링크를 재인쇄한 것입니다.https://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

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