I. 同期インダクタンス測定の目的と意義
(1)同期インダクタンス(軸間インダクタンス)パラメータ測定の目的
AC および DC インダクタンス パラメータは、永久磁石同期モータの 2 つの最も重要なパラメータです。それらを正確に取得することは、モーター特性の計算、動的シミュレーション、および速度制御の前提条件および基礎となります。同期インダクタンスを使用して、力率、効率、トルク、電機子電流、電力、その他のパラメーターなどの多くの定常状態の特性を計算できます。ベクトル制御を使用した永久磁石モータの制御システムでは、同期インダクタのパラメータが制御アルゴリズムに直接関与しており、弱い磁気領域ではモータパラメータの不正確さがトルクの大幅な低下につながる可能性があることが研究結果で示されています。そして力。これは、同期インダクタのパラメータの重要性を示しています。
(2)同期インダクタンス測定時の注意点
高い出力密度を得るために、永久磁石同期モーターの構造はより複雑になるように設計されることが多く、モーターの磁気回路はより飽和します。その結果、モーターの同期インダクタンス パラメーターは飽和度に応じて変化します。磁気回路。言い換えれば、パラメータはモータの動作条件によって変化し、同期インダクタンスのパラメータはモータのパラメータの性質を正確に反映することができません。したがって、さまざまな動作条件下でインダクタンス値を測定する必要があります。
2.永久磁石モータの同期インダクタンス測定方法
この論文では、同期インダクタンスを測定するさまざまな方法を収集し、それらの詳細な比較と分析を行います。これらの方法は、大きく「直接負荷試験」と「間接静的試験」の 2 種類に分類できます。静的試験は、さらに AC 静的試験と DC 静的試験に分類されます。今回は「同期インダクタの試験方法」の第1回目として、負荷試験方法について説明します。
文献[1]では直接負荷法の原理を紹介しています。永久磁石モータは通常、二重反応理論を使用して負荷動作を解析することができます。発電機とモータの動作の状態図を以下の図 1 に示します。発電機の出力角 θ は E0 が U を超えると正、力率角 φ は I が U を超えると正、内部力率 ψ は E0 が I を超えると正になります。 モーターの出力角 θ は正になります。 U が E0 を超えると、力率角 φ は U が I を超えると正となり、内部力率角 ψ は I が E0 を超えると正になります。
図1 永久磁石同期モータの動作状態図
(a) 発電機の状態 (b) モーターの状態
この状態図から、永久磁石モータの負荷運転時、測定された無負荷励磁起電力 E0、電機子端子電圧 U、電流 I、力率角 φ、電機子力角 θ などが得られます。直軸電流、交差軸成分 Id = Isin (θ - φ)、Iq = Icos (θ - φ) とすると、Xd と Xq は次式で求められます。
ジェネレーターが動作しているとき:
Xd=[E0-Ucosθ-IR1cos(θ-φ)]/Id (1)
Xq=[Usinθ+IR1sin(θ-φ)]/Iq (2)
モーターが動作しているとき:
Xd=[E0-Ucosθ+IR1cos(θ-φ)]/Id (3)
Xq=[Usinθ-IR1sin(θ-φ)]/Iq (4)
永久磁石同期モータの定常状態パラメータは、モータの動作条件が変化すると変化し、電機子電流が変化すると、Xd と Xq の両方が変化します。したがって、パラメータを決定する際には、必ずモータの動作条件も併せて指示してください。 （交流および直流の軸電流または固定子電流の量と内部力率角）
直接負荷法で誘導パラメータを測定する場合の主な困難は、電力角 θ の測定にあります。ご存知のとおり、モータ端子電圧 U と励磁起電力の位相角の差です。モーターが安定して動作している場合、終了電圧は直接取得できますが、E0 は直接取得できないため、E0 と同じ周波数の周期信号と固定の位相差を取得して置き換える間接的な方法でのみ取得できます。 E0は終端電圧との位相比較を行うためのものです。
従来の間接的な方法は次のとおりです。
1) 被試験モータの電機子スロット内に埋設ピッチとモータのオリジナルコイルの細線を数回巻いて測定コイルとし、被試験モータ巻線の電圧比較信号と同位相を得るために、力率角を求めることができます。
2) 被試験モータのシャフトに被試験モータと同一の同期モータを取り付けます。後述する電圧位相測定法[2]はこの原理に基づくものである。実験的な接続図を図 2 に示します。TSM はテスト対象の永久磁石同期モーター、ASM は追加で必要な同一の同期モーター、PM は原動機であり、同期モーターまたは DC のいずれかになります。モーター、B はブレーキ、DBO はデュアル ビーム オシロスコープです。TSM と ASM の相 B と C はオシロスコープに接続されています。 TSM が三相電源に接続されている場合、オシロスコープは信号 VTSM および E0ASM を受信します。 2 つのモーターは同一で同期して回転するため、テスターの TSM の無負荷逆電位と、発電機 E0ASM として機能する ASM の無負荷逆電位は同相になります。したがって、パワー角θ、すなわち、VTSMとE0ASMの位相差を測定することができます。
図2 電力角測定用の実験配線図
この方法はあまり一般的ではありません。主な理由は次のとおりです。 ① 測定する必要のある小型同期モータまたはロータリートランスをロータシャフトに取り付けるモータには、2 つのシャフトが伸びた端があり、測定が困難な場合が多い。 ② パワーアングル測定の精度は、VTSM および E0ASM の高調波成分に大きく依存し、高調波成分が比較的大きい場合、測定精度が低下します。
3) パワーアングルテストの精度と使いやすさを向上させるために、位置センサーをより多く使用してローター位置信号を検出し、最終電圧アプローチとの位相比較を行うようになりました。
基本原理は、測定対象の永久磁石同期モータのシャフトに投影または反射された光電ディスクを設置し、ディスク上の均一に分布した穴の数または白黒のマーカーと、試験対象の同期モータの極のペアの数です。 。ディスクがモーターで 1 回転すると、光電センサーは p 個のローター位置信号を受信し、p 個の低電圧パルスを生成します。モータが同期運転している場合、このロータ位置信号の周波数は電機子端子電圧の周波数と等しく、その位相は励磁起電力の位相を反映します。同期パルス信号を整形、位相シフトし、テストモータの電機子電圧と位相比較して位相差を求めます。モータ無負荷運転時の位相差をθ1（この時の電力角θ＝0と近似）、負荷運転時の位相差をθ2として設定すると、位相差θ2－θ1が測定値となります。永久磁石同期モータの負荷電力角度値。概略図を図 3 に示します。
図3 パワー角測定の模式図
光電ディスクのように、黒と白のマークを均一にコーティングすることはより困難であり、同時に測定される永久磁石同期モーターの極をマークするディスクが互いに共通になることはありません。簡単にするために、永久磁石モーターの駆動軸を黒いテープで包み、白いマークを付けて、テープの表面上のこの円に集められた光によって放射される反射型光電センサーの光源でもテストできます。このようにして、モータが回転する毎に、光電センサが受光トランジスタに反射光を受光して一度導通し、電気パルス信号を増幅・整形して比較信号E1を得る。試験モータの電機子巻線端からの二相電圧は、変圧器 PT によって低電圧に降下され、電圧比較器に送られ、電圧パルス信号 U1 の矩形相を表す信号が形成されます。 U1のp分割周波数により、位相比較器と位相比較器の位相を比較します。 U1をp分周周波数で、位相比較器で信号と位相差を比較します。
上記のパワー角測定方法の欠点は、パワー角を取得するために 2 つの測定値の差をとらなければならないことです。 2 つの量の減算と精度の低下を避けるため、負荷位相差 θ2、U2 信号反転の測定では、測定された位相差は θ2'=180 ° - θ2、電力角 θ=180 ° - ( θ1 + θ2')、2 つの量を位相の減算から加算に変換します。位相量図を図 4 に示します。
図4 位相加算法の位相差算出原理
別の改良された方法は、電圧矩形波信号の分周を使用せず、マイコンを使用して入力インターフェースを介して信号波形をそれぞれ記録し、無負荷電圧とロータ位置信号波形U0、E0、およびを記録します。負荷電圧と回転子位置の矩形波信号 U1、E1 を検出し、2 つの電圧矩形波信号の波形が完全に重なるまで 2 つの記録の波形を相対的に移動します。このとき、2 つの回転子の位相差は異なります。 2 つのローター位置信号の間にあるのがパワー角です。または波形を移動して 2 つのローター位置信号波形が一致すると、2 つの電圧信号間の位相差が電力角になります。
永久磁石同期モータの実際の無負荷動作では、特に小型モータの場合、無負荷動作の無負荷損失（固定子の銅損、鉄損、機械損失、浮遊損失）が比較的大きいため、無負荷電力角をゼロと考えると、電力角の測定に大きな誤差が生じ、その状態で DC モータを動作させることができます。モーターの方向、ステアリングの方向とテストモーターのステアリングが一致しているため、DC モーターステアリングと同じ状態で DC モーターを動作させることができ、DC モーターをテストモーターとして使用できます。これにより、モータ状態で動作する DC モータ、ステアリング、およびテスト モータのステアリングを DC モータと一致させ、テスト モータのすべての軸損失 (鉄損、機械損失、浮遊損失などを含む) を提供することができます。判定方法は、テストモータの入力電力がステータの銅消費量、つまりP1 = pCuに等しく、電圧と電流が同相であるかどうかです。今回、測定された θ1 はパワー角 0 に対応します。
要約: この方法の利点:
① 直接負荷法は、さまざまな負荷状態での定常状態の飽和インダクタンスを測定でき、制御戦略を必要としないため、直観的で簡単です。
測定は負荷の下で直接行われるため、飽和効果とインダクタンスパラメータに対する減磁電流の影響を考慮することができます。
この方法の欠点:
① 直接負荷法では、より多くの量（三相電圧、三相電流、力率角など）を同時に測定する必要があり、電力角の測定がより困難になり、試験の精度が低下します。それぞれの量はパラメーター計算の精度に直接影響し、パラメーター テストではあらゆる種類のエラーが蓄積されやすくなります。したがって、直接負荷法を使用してパラメータを測定する場合は、誤差解析に注意を払い、より精度の高い試験器を選択する必要があります。
② この測定方法における励磁起電力 E0 の値は、無負荷時のモータ端子電圧に直接置き換えられるため、この近似にも固有の誤差が生じます。これは、永久磁石の動作点が負荷に応じて変化するためです。つまり、固定子電流が異なると、永久磁石の透磁率と磁束密度が異なり、結果として生じる励磁起電力も異なります。このように、負荷時の励磁起電力を無負荷時の励磁起電力に置き換えるのはあまり正確ではありません。
参考文献
[1] 唐仁源ら。最新の永久磁石モーターの理論と設計。北京：機械産業新聞社。 2011 年 3 月
[2] JF ギエラス、M. ウィング。永久磁石モーターの技術、設計、および応用、第 2 版ニューヨーク: マーセル・デッカー、2002:170~171
著作権: この記事は WeChat 公開番号モーターピーク (电机极客) の転載です、元のリンクhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A
この記事は当社の見解を表すものではありません。異なる意見や見解がある場合は、修正してください。
投稿日時: 2024 年 7 月 18 日