მუდმივი მაგნიტის მქონე ძრავების სინქრონული ინდუქციის გაზომვა

I. სინქრონული ინდუქციის გაზომვის მიზანი და მნიშვნელობა
(1) სინქრონული ინდუქციის პარამეტრების გაზომვის მიზანი (ანუ ჯვარედინი ღერძის ინდუქცია)
მუდმივი მაგნიტური სინქრონული ძრავის ორი უმნიშვნელოვანესი პარამეტრია ცვლადი და მუდმივი დენის ინდუქციის პარამეტრები. მათი ზუსტი აღრიცხვა ძრავის მახასიათებლების გამოთვლის, დინამიური სიმულაციისა და სიჩქარის კონტროლის წინაპირობა და საფუძველია. სინქრონული ინდუქციის გამოყენება შესაძლებელია მრავალი სტაციონარული თვისების გამოსათვლელად, როგორიცაა სიმძლავრის კოეფიციენტი, ეფექტურობა, ბრუნვის მომენტი, არმატურის დენი, სიმძლავრე და სხვა პარამეტრები. ვექტორული მართვის გამოყენებით მუდმივი მაგნიტური ძრავის მართვის სისტემაში სინქრონული ინდუქტორის პარამეტრები პირდაპირ არის ჩართული მართვის ალგორითმში და კვლევის შედეგები აჩვენებს, რომ სუსტ მაგნიტურ რეგიონში ძრავის პარამეტრების უზუსტობამ შეიძლება გამოიწვიოს ბრუნვის მომენტისა და სიმძლავრის მნიშვნელოვანი შემცირება. ეს აჩვენებს სინქრონული ინდუქტორის პარამეტრების მნიშვნელობას.
(2) სინქრონული ინდუქციის გაზომვისას გასათვალისწინებელი პრობლემები
მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივის მისაღებად, მუდმივი მაგნიტის მქონე სინქრონული ძრავების სტრუქტურა ხშირად უფრო რთული დიზაინითაა შექმნილი და ძრავის მაგნიტური წრედი უფრო გაჯერებულია, რაც იწვევს ძრავის სინქრონული ინდუქციურობის პარამეტრის ცვლილებას მაგნიტური წრედის გაჯერების მიხედვით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, პარამეტრები იცვლება ძრავის მუშაობის პირობებთან ერთად, სინქრონული ინდუქციურობის პარამეტრების ნომინალური მუშაობის პირობებით სრულად ვერ ასახავს ძრავის პარამეტრების ბუნებას. ამიტომ, აუცილებელია ინდუქციურობის მნიშვნელობების გაზომვა სხვადასხვა სამუშაო პირობებში.
2. მუდმივი მაგნიტის ძრავის სინქრონული ინდუქციის გაზომვის მეთოდები
ეს ნაშრომი აგროვებს სინქრონული ინდუქციის გაზომვის სხვადასხვა მეთოდს და ახდენს მათ დეტალურ შედარებასა და ანალიზს. ეს მეთოდები შეიძლება დაიყოს ორ ძირითად ტიპად: პირდაპირი დატვირთვის ტესტი და არაპირდაპირი სტატიკური ტესტი. სტატიკური ტესტირება ასევე იყოფა ცვლადენოვანი დენის სტატიკურ ტესტირებად და მუდმივ დენის სტატიკურ ტესტირებად. დღეს, ჩვენი „სინქრონული ინდუქტორების ტესტირების მეთოდების“ პირველი ნაწილი ახსნის დატვირთვის ტესტირების მეთოდს.

ლიტერატურა [1] წარმოგვიდგენს პირდაპირი დატვირთვის მეთოდის პრინციპს. მუდმივი მაგნიტის მქონე ძრავების ანალიზი, როგორც წესი, შესაძლებელია ორმაგი რეაქციის თეორიის გამოყენებით მათი დატვირთვის მუშაობის გასაანალიზებლად, ხოლო გენერატორისა და ძრავის მუშაობის ფაზური დიაგრამები ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ნახაზ 1-ში. გენერატორის სიმძლავრის კუთხე θ დადებითია, როდესაც E0 აღემატება U-ს, სიმძლავრის კოეფიციენტის კუთხე φ დადებითია, როდესაც I აღემატება U-ს, და შიდა სიმძლავრის კოეფიციენტის კუთხე ψ დადებითია, როდესაც E0 აღემატება I-ს. ძრავის სიმძლავრის კუთხე θ დადებითია, როდესაც U აღემატება E0-ს, სიმძლავრის კოეფიციენტის კუთხე φ დადებითია, როდესაც U აღემატება I-ს, და შიდა სიმძლავრის კოეფიციენტის კუთხე ψ დადებითია, როდესაც I აღემატება E0-ს.

სურ. 1. მუდმივი მაგნიტის სინქრონული ძრავის მუშაობის ფაზური დიაგრამა
(ა) გენერატორის მდგომარეობა (ბ) ძრავის მდგომარეობა

ამ ფაზური დიაგრამის მიხედვით შეიძლება მივიღოთ: მუდმივი მაგნიტის მქონე ძრავის დატვირთვისას, იზომება დატვირთვის გარეშე აგზნების ელექტრომამოძრავებელი ძალა E0, არმატურის ტერმინალის ძაბვა U, დენი I, სიმძლავრის კოეფიციენტის კუთხე φ და სიმძლავრის კუთხე θ და ა.შ., შეიძლება მივიღოთ სწორი ღერძის არმატურის დენის მონაცემები, განივი ღერძის კომპონენტი Id = Isin (θ - φ) და Iq = Icos (θ - φ), შემდეგ Xd და Xq შეიძლება მივიღოთ შემდეგი განტოლებიდან:

როდესაც გენერატორი მუშაობს:

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

როდესაც ძრავა მუშაობს:

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

მუდმივი მაგნიტური სინქრონული ძრავების სტაციონარული პარამეტრები იცვლება ძრავის მუშაობის პირობების ცვლილებასთან ერთად და არმატურის დენის ცვლილებისას იცვლება როგორც Xd, ასევე Xq. ამიტომ, პარამეტრების განსაზღვრისას აუცილებლად მიუთითეთ ძრავის მუშაობის პირობებიც. (ცვლადი და პირდაპირი ლილვის დენის ან სტატორის დენის რაოდენობა და შიდა სიმძლავრის კოეფიციენტის კუთხე)

ინდუქციური პარამეტრების პირდაპირი დატვირთვის მეთოდით გაზომვის მთავარი სირთულე სიმძლავრის კუთხის θ-ს გაზომვაშია. როგორც ვიცით, ეს არის ფაზური კუთხის სხვაობა ძრავის ტერმინალის ძაბვას U-სა და აგზნების ელექტრომამოძრავებელ ძალას შორის. როდესაც ძრავა სტაბილურად მუშაობს, საბოლოო ძაბვის მიღება შესაძლებელია პირდაპირ, მაგრამ E0-ს მიღება პირდაპირ შეუძლებელია, ამიტომ მისი მიღება შესაძლებელია მხოლოდ არაპირდაპირი მეთოდით, რათა მივიღოთ პერიოდული სიგნალი E0-ს სიხშირით და ფიქსირებული ფაზური სხვაობით E0-ს ნაცვლად, რათა ფაზური შედარება განხორციელდეს საბოლოო ძაბვასთან.

ტრადიციული არაპირდაპირი მეთოდებია:
1) ტესტირების ქვეშ მყოფი ძრავის არმატურის ჭრილში ჩაფლული უნდა იყოს რამდენიმე ბრუნიანი წვრილი მავთული და ძრავის თავდაპირველ ხვეულში, როგორც საზომი ხვეული, რათა მივიღოთ იგივე ფაზა, როგორც ტესტირების ქვეშ მყოფი ძაბვის შედარების სიგნალი ძრავის გრაგნილთან, სიმძლავრის კოეფიციენტის კუთხის შედარებით.
2) ტესტირებადი ძრავის ლილვზე დაამონტაჟეთ სინქრონული ძრავა, რომელიც იდენტურია ტესტირებადი ძრავისა. ძაბვის ფაზის გაზომვის მეთოდი [2], რომელიც ქვემოთ იქნება აღწერილი, ამ პრინციპს ეფუძნება. ექსპერიმენტული შეერთების დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზ 2-ში. TSM არის ტესტირებადი მუდმივი მაგნიტის სინქრონული ძრავა, ASM არის იდენტური სინქრონული ძრავა, რომელიც დამატებით საჭიროა, PM არის მთავარი ძრავა, რომელიც შეიძლება იყოს სინქრონული ძრავა ან მუდმივი დენის ძრავა, B არის მუხრუჭი, ხოლო DBO არის ორმაგი სხივის ოსცილოსკოპი. TSM-ისა და ASM-ის ფაზები B და C დაკავშირებულია ოსცილოსკოპით. როდესაც TSM დაკავშირებულია სამფაზიან კვების წყაროსთან, ოსცილოსკოპი იღებს სიგნალებს VTSM და E0ASM. რადგან ორი ძრავა იდენტურია და სინქრონულად ბრუნავს, ტესტერის TSM-ის უსადენო უკუპოტენციალი და ASM-ის უსადენო უკუპოტენციალი, რომელიც გენერატორის როლს ასრულებს, E0ASM, ფაზაშია. ამგვარად, შესაძლებელია სიმძლავრის კუთხის θ, ანუ VTSM-სა და E0ASM-ს შორის ფაზური სხვაობის გაზომვა.

სურ. 2 ექსპერიმენტული გაყვანილობის დიაგრამა სიმძლავრის კუთხის გაზომვისთვის

ეს მეთოდი არც თუ ისე ფართოდ გამოიყენება, ძირითადად შემდეგი მიზეზების გამო: ① როტორის ლილვზე დამონტაჟებული პატარა სინქრონული ძრავის ან მბრუნავი ტრანსფორმატორის გაზომვისთვის საჭიროა ძრავა, რომელსაც ლილვის ორი გაჭიმული ბოლო აქვს, რაც ხშირად რთულია. ② სიმძლავრის კუთხის გაზომვის სიზუსტე დიდწილად დამოკიდებულია VTSM-ისა და E0ASM-ის მაღალ ჰარმონიულ შემცველობაზე და თუ ჰარმონიული შემცველობა შედარებით მაღალია, გაზომვის სიზუსტე შემცირდება.
3) სიმძლავრის კუთხის ტესტის სიზუსტისა და გამოყენების სიმარტივის გასაუმჯობესებლად, ახლა უფრო ხშირად გამოიყენება პოზიციის სენსორები როტორის პოზიციის სიგნალის დასადგენად, შემდეგ კი ფაზის შედარება საბოლოო ძაბვასთან.
ძირითადი პრინციპია გაზომილი მუდმივი მაგნიტის მქონე სინქრონული ძრავის ლილვზე პროეცირებული ან არეკლილი ფოტოელექტრული დისკის დამონტაჟება, დისკზე თანაბრად განაწილებული ხვრელების რაოდენობა ან შავ-თეთრი მარკერები და ტესტირებადი სინქრონული ძრავის პოლუსების წყვილების რაოდენობა. როდესაც დისკი ძრავასთან ერთად ერთ ბრუნს აკეთებს, ფოტოელექტრული სენსორი იღებს p როტორის პოზიციის სიგნალებს და წარმოქმნის p დაბალი ძაბვის იმპულსებს. როდესაც ძრავა სინქრონულად მუშაობს, ამ როტორის პოზიციის სიგნალის სიხშირე უდრის არმატურის ტერმინალის ძაბვის სიხშირეს, ხოლო მისი ფაზა ასახავს აგზნების ელექტრომამოძრავებელი ძალის ფაზას. სინქრონიზაციის იმპულსური სიგნალი გაძლიერდება ფორმირებით, ფაზის გადაადგილებით და ტესტირების ძრავის არმატურის ძაბვით ფაზური სხვაობის მისაღებად. ძრავის დატვირთვის გარეშე მუშაობისას ფაზური სხვაობაა θ1 (დაახლოებით ამ დროს სიმძლავრის კუთხე θ = 0), როდესაც დატვირთვა მუშაობს, ფაზური სხვაობაა θ2, მაშინ ფაზური სხვაობა θ2 - θ1 არის გაზომილი მუდმივი მაგნიტის სინქრონული ძრავის დატვირთვის სიმძლავრის კუთხის მნიშვნელობა. სქემატური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზ 3-ში.

სურ. 3 სიმძლავრის კუთხის გაზომვის სქემატური დიაგრამა

რადგან ფოტოელექტრული დისკის შემთხვევაში, რომელიც თანაბრად არის დაფარული შავი და თეთრი ნიშნით, უფრო რთულია მარკირების დისკის პოვნა, ხოლო როდესაც მუდმივი მაგნიტის სინქრონული ძრავის პოლუსები იზომება ერთდროულად, მარკირების დისკი ერთმანეთთან საერთო არ არის. გამარტივების მიზნით, ასევე შესაძლებელია შავი ლენტის წრეში გახვეული მუდმივი მაგნიტის ძრავის ლილვის ტესტირება, რომელიც დაფარულია თეთრი ნიშნით, ამ წრეში შეკრებილი ფოტოელექტრული სენსორის სინათლის წყაროს მიერ გამოსხივებული სინათლე გროვდება ლენტის ზედაპირზე. ამ გზით, ძრავის ყოველი ბრუნვისას, ფოტომგრძნობიარე ტრანზისტორში ფოტოელექტრული სენსორი იღებს არეკლილ სინათლეს და ერთხელ ატარებს მას, რაც იწვევს ელექტრულ იმპულსურ სიგნალს, გაძლიერებისა და ფორმირების შემდეგ მიიღება შედარების სიგნალი E1. ტესტის ძრავის არმატურის გრაგნილიდან ნებისმიერი ორფაზიანი ძაბვის ბოლოდან, ძაბვის ტრანსფორმატორის PT-ის მიერ დაბალ ძაბვამდე, იგზავნება ძაბვის შედარებისას, ძაბვის იმპულსური სიგნალის U1 მართკუთხა ფაზის წარმომადგენლის ფორმირება. U1 p-გაყოფის სიხშირით, ფაზის შედარებისას მიიღება შედარება ფაზასა და ფაზის შედარებისას. U1 p-გაყოფის სიხშირით, ფაზის შედარების საშუალებით, რათა შეადაროს მისი ფაზური სხვაობა სიგნალს.
ზემოთ მოყვანილი სიმძლავრის კუთხის გაზომვის მეთოდის ნაკლი ის არის, რომ სიმძლავრის კუთხის მისაღებად ორ გაზომვას შორის სხვაობა უნდა იყოს. ორი რაოდენობის გამოკლების თავიდან ასაცილებლად და სიზუსტის შესამცირებლად, დატვირთვის ფაზური სხვაობის θ2 გაზომვისას, U2 სიგნალის შებრუნებისას, გაზომილი ფაზური სხვაობაა θ2'=180° - θ2, სიმძლავრის კუთხე θ=180° - (θ1 + θ2'), რაც ფაზის გამოკლებიდან ორ რაოდენობას შეკრებაში გარდაქმნის. ფაზური რაოდენობის დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 4-ში.

სურ. 4 ფაზური სხვაობის გამოსათვლელად ფაზების შეკრების მეთოდის პრინციპი

კიდევ ერთი გაუმჯობესებული მეთოდი არ იყენებს ძაბვის მართკუთხა ტალღის ფორმის სიგნალის სიხშირის დაყოფას, არამედ იყენებს მიკროკომპიუტერს სიგნალის ტალღის ფორმის ერთდროულად ჩასაწერად, შესაბამისად, შეყვანის ინტერფეისის მეშვეობით, იწერს დატვირთვის გარეშე ძაბვისა და როტორის პოზიციის სიგნალის ტალღის ფორმებს U0, E0, ასევე დატვირთვის ძაბვისა და როტორის პოზიციის მართკუთხა ტალღის სიგნალებს U1, E1, შემდეგ კი ორი ჩანაწერის ტალღის ფორმების ერთმანეთთან მიმართებაში გადატანას მანამ, სანამ ორი ძაბვის მართკუთხა ტალღის ფორმის სიგნალის ტალღის ფორმები სრულად არ გადაიფარება, როდესაც ორ როტორს შორის ფაზური სხვაობა არის სიმძლავრის კუთხე; ან გადაიტანეთ ტალღის ფორმა ისე, რომ როტორის ორი პოზიციის სიგნალის ტალღის ფორმები ემთხვეოდეს, მაშინ ორ ძაბვის სიგნალს შორის ფაზური სხვაობა არის სიმძლავრის კუთხე.
უნდა აღინიშნოს, რომ მუდმივი მაგნიტის სინქრონული ძრავის ფაქტობრივი დატვირთვის გარეშე მუშაობისას, სიმძლავრის კუთხე ნულის ტოლი არ არის, განსაკუთრებით მცირე ზომის ძრავებისთვის. დატვირთვის გარეშე მუშაობისას, დატვირთვის გარეშე დანაკარგები (მათ შორის სტატორის სპილენძის დანაკარგი, რკინის დანაკარგი, მექანიკური დანაკარგი, გაფანტული დანაკარგი) შედარებით დიდია. თუ დატვირთვის გარეშე სიმძლავრის კუთხე ნულის ტოლია, ეს გამოიწვევს სიმძლავრის კუთხის გაზომვის დიდ შეცდომას, რომლის გამოყენება შესაძლებელია ძრავის მდგომარეობაში მომუშავე DC ძრავის საჭის მიმართულებით და სატესტო ძრავის საჭის შესაბამისობაში მოსაყვანად. DC ძრავის საჭესთან ერთად, DC ძრავას შეუძლია ერთსა და იმავე მდგომარეობაში მუშაობა და DC ძრავის გამოყენება სატესტო ძრავად. ამან შეიძლება უზრუნველყოს DC ძრავის ძრავის მდგომარეობაში მომუშავე საჭე და სატესტო ძრავის საჭე DC ძრავასთან შესაბამისობაში მოსაყვანად, რათა უზრუნველყოს სატესტო ძრავის ყველა ლილვის დანაკარგი (მათ შორის რკინის დანაკარგი, მექანიკური დანაკარგი, გაფანტული დანაკარგი და ა.შ.). შეფასების მეთოდი არის ის, რომ სატესტო ძრავის შემავალი სიმძლავრე ტოლია სტატორის სპილენძის მოხმარებისა, ანუ P1 = pCu, და ძაბვა და დენი ფაზაშია. ამჯერად გაზომილი θ1 შეესაბამება ნულის ტოლ სიმძლავრის კუთხეს.
შეჯამება: ამ მეთოდის უპირატესობები:
① პირდაპირი დატვირთვის მეთოდით შესაძლებელია სტაციონარული გაჯერების ინდუქციის გაზომვა სხვადასხვა დატვირთვის მდგომარეობაში და არ საჭიროებს კონტროლის სტრატეგიას, რაც ინტუიციური და მარტივია.
რადგან გაზომვა ხორციელდება უშუალოდ დატვირთვის ქვეშ, შესაძლებელია გავითვალისწინოთ გაჯერების ეფექტი და დემაგნეტიზაციის დენის გავლენა ინდუქციურ პარამეტრებზე.
ამ მეთოდის ნაკლოვანებები:
① პირდაპირი დატვირთვის მეთოდი ერთდროულად რამდენიმე რაოდენობის გაზომვას საჭიროებს (სამფაზიანი ძაბვა, სამფაზიანი დენი, სიმძლავრის კოეფიციენტის კუთხე და ა.შ.), სიმძლავრის კუთხის გაზომვა უფრო რთულია და თითოეული რაოდენობის ტესტის სიზუსტე პირდაპირ გავლენას ახდენს პარამეტრების გამოთვლის სიზუსტეზე, ხოლო პარამეტრების ტესტში ყველა სახის შეცდომა ადვილად გროვდება. ამიტომ, პარამეტრების გასაზომად პირდაპირი დატვირთვის მეთოდის გამოყენებისას ყურადღება უნდა მიექცეს შეცდომების ანალიზს და შეარჩიოთ უფრო მაღალი სიზუსტის მქონე სატესტო ინსტრუმენტი.
② ამ გაზომვის მეთოდში აგზნების ელექტრომამოძრავებელი ძალის E0 მნიშვნელობა პირდაპირ იცვლება ძრავის ტერმინალის ძაბვით დატვირთვის გარეშე და ეს მიახლოება ასევე იწვევს თანდაყოლილ შეცდომებს. რადგან მუდმივი მაგნიტის მუშაობის წერტილი იცვლება დატვირთვის მიხედვით, რაც ნიშნავს, რომ სხვადასხვა სტატორის დენის დროს მუდმივი მაგნიტის გამტარობა და ნაკადის სიმკვრივე განსხვავებულია, ამიტომ შედეგად მიღებული აგზნების ელექტრომამოძრავებელი ძალაც განსხვავებულია. ამ გზით, არც თუ ისე ზუსტია დატვირთვის პირობებში აგზნების ელექტრომამოძრავებელი ძალის ჩანაცვლება დატვირთვის გარეშე აგზნების ელექტრომამოძრავებელი ძალით.
ცნობები
[1] ტანგ რენიუანი და სხვ. თანამედროვე მუდმივი მაგნიტური ძრავის თეორია და დიზაინი. პეკინი: მანქანათმშენებლობის გამომცემლობა. 2011 წლის მარტი
[2] ჯ.ფ. გიერასი, მ. ვინგი. მუდმივი მაგნიტური ძრავის ტექნოლოგია, დიზაინი და გამოყენება, მე-2 გამოცემა. ნიუ-იორკი: მარსელ დეკერი, 2002:170~171
საავტორო უფლება: ეს სტატია წარმოადგენს WeChat-ის საჯარო ნომრის motor peek-ის (电机极客) გადაბეჭდვას, ორიგინალი ბმული.https://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

ეს სტატია არ ასახავს ჩვენი კომპანიის შეხედულებებს. თუ თქვენ გაქვთ განსხვავებული მოსაზრებები ან შეხედულებები, გთხოვთ, შეგვასწოროთ!