स्थायी चुंबक मोटरों के तुल्यकालिक प्रेरण का मापन

I. तुल्यकालिक प्रेरकत्व मापने का उद्देश्य और महत्व
(1)सिंक्रोनस इंडक्टेंस (अर्थात क्रॉस-एक्सिस इंडक्टेंस) के मापदंडों को मापने का उद्देश्य
स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर में एसी और डीसी प्रेरक पैरामीटर दो सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर हैं। उनका सटीक अधिग्रहण मोटर विशेषता गणना, गतिशील सिमुलेशन और गति नियंत्रण के लिए शर्त और आधार है। तुल्यकालिक प्रेरक का उपयोग कई स्थिर-अवस्था गुणों जैसे कि पावर फैक्टर, दक्षता, टॉर्क, आर्मेचर करंट, पावर और अन्य मापदंडों की गणना करने के लिए किया जा सकता है। वेक्टर नियंत्रण का उपयोग करने वाले स्थायी चुंबक मोटर की नियंत्रण प्रणाली में, तुल्यकालिक प्रेरक पैरामीटर सीधे नियंत्रण एल्गोरिदम में शामिल होते हैं, और शोध के परिणाम बताते हैं कि कमजोर चुंबकीय क्षेत्र में, मोटर मापदंडों की अशुद्धि से टॉर्क और पावर में उल्लेखनीय कमी आ सकती है। यह तुल्यकालिक प्रेरक मापदंडों के महत्व को दर्शाता है।
(2)तुल्यकालिक प्रेरकत्व मापने में ध्यान देने योग्य समस्याएं
उच्च शक्ति घनत्व प्राप्त करने के लिए, स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर की संरचना को अक्सर अधिक जटिल बनाया जाता है, और मोटर का चुंबकीय परिपथ अधिक संतृप्त होता है, जिसके परिणामस्वरूप मोटर का तुल्यकालिक प्रेरक पैरामीटर चुंबकीय परिपथ की संतृप्ति के साथ बदलता रहता है। दूसरे शब्दों में, पैरामीटर मोटर की परिचालन स्थितियों के साथ बदलेंगे, तुल्यकालिक प्रेरक पैरामीटर की रेटेड परिचालन स्थितियों के साथ पूरी तरह से मोटर पैरामीटर की प्रकृति को सटीक रूप से प्रतिबिंबित नहीं कर सकते हैं। इसलिए, विभिन्न परिचालन स्थितियों के तहत प्रेरक मूल्यों को मापना आवश्यक है।
2.स्थायी चुंबक मोटर तुल्यकालिक प्रेरकत्व माप विधियाँ
यह लेख सिंक्रोनस इंडक्टेंस को मापने के विभिन्न तरीकों को एकत्रित करता है और उनका विस्तृत तुलना और विश्लेषण करता है। इन तरीकों को मोटे तौर पर दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: प्रत्यक्ष लोड परीक्षण और अप्रत्यक्ष स्थैतिक परीक्षण। स्थैतिक परीक्षण को आगे एसी स्थैतिक परीक्षण और डीसी स्थैतिक परीक्षण में विभाजित किया जाता है। आज, हमारे "सिंक्रोनस इंडक्टर टेस्ट मेथड्स" की पहली किस्त लोड टेस्ट विधि की व्याख्या करेगी।

साहित्य [1] प्रत्यक्ष भार विधि के सिद्धांत का परिचय देता है। स्थायी चुंबक मोटरों का विश्लेषण आमतौर पर उनके भार संचालन का विश्लेषण करने के लिए दोहरी प्रतिक्रिया सिद्धांत का उपयोग करके किया जा सकता है, और जनरेटर और मोटर संचालन के चरण आरेख नीचे चित्र 1 में दिखाए गए हैं। जनरेटर का पावर एंगल θ E0 के U से अधिक होने पर सकारात्मक होता है, पावर फैक्टर एंगल φ I के U से अधिक होने पर सकारात्मक होता है, और आंतरिक पावर फैक्टर एंगल ψ E0 के I से अधिक होने पर सकारात्मक होता है। मोटर का पावर एंगल θ U के E0 से अधिक होने पर सकारात्मक होता है, पावर फैक्टर एंगल φ U के I से अधिक होने पर सकारात्मक होता है, और आंतरिक पावर फैक्टर एंगल ψ I के E0 से अधिक होने पर सकारात्मक होता है।

चित्र 1 स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर संचालन का चरण आरेख
(a)जनरेटर अवस्था (b)मोटर अवस्था

इस चरण आरेख के अनुसार प्राप्त किया जा सकता है: जब स्थायी चुंबक मोटर लोड ऑपरेशन, मापा नो-लोड उत्तेजना इलेक्ट्रोमोटिव बल E0, आर्मेचर टर्मिनल वोल्टेज यू, वर्तमान I, पावर फैक्टर कोण φ और पावर कोण θ और इसी तरह, सीधे अक्ष के आर्मेचर वर्तमान प्राप्त किया जा सकता है, क्रॉस-अक्ष घटक Id = Isin (θ - φ) और Iq = Icos (θ - φ), फिर Xd और Xq निम्नलिखित समीकरण से प्राप्त किया जा सकता है:

जब जनरेटर चल रहा हो:

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

जब मोटर चल रही हो:

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

स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर के स्थिर अवस्था पैरामीटर मोटर की परिचालन स्थितियों के बदलने पर बदलते हैं, और जब आर्मेचर धारा बदलती है, तो Xd और Xq दोनों बदल जाते हैं। इसलिए, पैरामीटर निर्धारित करते समय, मोटर परिचालन स्थितियों को भी इंगित करना सुनिश्चित करें। (वैकल्पिक और प्रत्यक्ष शाफ्ट धारा या स्टेटर धारा और आंतरिक शक्ति कारक कोण की मात्रा)

प्रत्यक्ष भार विधि द्वारा प्रेरणिक मापदंडों को मापने में मुख्य कठिनाई शक्ति कोण θ के माप में निहित है। जैसा कि हम जानते हैं, यह मोटर टर्मिनल वोल्टेज यू और उत्तेजना इलेक्ट्रोमोटिव बल के बीच चरण कोण अंतर है। जब मोटर स्थिर रूप से चल रही होती है, तो अंतिम वोल्टेज को सीधे प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन E0 को सीधे प्राप्त नहीं किया जा सकता है, इसलिए इसे केवल E0 के समान आवृत्ति के साथ एक आवधिक संकेत प्राप्त करने और E0 को बदलने के लिए एक निश्चित चरण अंतर प्राप्त करने के लिए एक अप्रत्यक्ष विधि द्वारा प्राप्त किया जा सकता है ताकि अंतिम वोल्टेज के साथ चरण तुलना की जा सके।

पारंपरिक अप्रत्यक्ष विधियाँ हैं:
1) परीक्षण के तहत मोटर के आर्मेचर स्लॉट में दफन पिच और मोटर के मूल कुंडल के कई मोड़ों को मापने वाले कुंडल के रूप में ठीक तार के रूप में, परीक्षण वोल्टेज तुलना संकेत के तहत मोटर घुमाव के साथ एक ही चरण प्राप्त करने के लिए, शक्ति कारक कोण की तुलना के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है।
2) परीक्षण के तहत मोटर के शाफ्ट पर एक सिंक्रोनस मोटर स्थापित करें जो परीक्षण के तहत मोटर के समान है। वोल्टेज चरण माप विधि [2], जिसे नीचे वर्णित किया जाएगा, इस सिद्धांत पर आधारित है। प्रायोगिक कनेक्शन आरेख चित्र 2 में दिखाया गया है। TSM परीक्षण के तहत स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर है, ASM एक समान सिंक्रोनस मोटर है जो अतिरिक्त रूप से आवश्यक है, PM प्राइम मूवर है, जो या तो एक सिंक्रोनस मोटर या DC मोटर हो सकता है, B ब्रेक है, और DBO एक दोहरी बीम ऑसिलोस्कोप है। TSM और ASM के चरण B और C ऑसिलोस्कोप से जुड़े होते हैं। जब TSM तीन-चरण बिजली की आपूर्ति से जुड़ा होता है, तो ऑसिलोस्कोप सिग्नल VTSM और E0ASM प्राप्त करता है। क्योंकि दो मोटर समान हैं और सिंक्रोनस रूप से घूमते हैं, परीक्षक के TSM का नो-लोड बैकपोटेंशियल और ASM का नो-लोड बैकपोटेंशियल, जो जनरेटर, E0ASM के रूप में कार्य करता है, चरण में हैं। इसलिए, शक्ति कोण θ, अर्थात्, VTSM और E0ASM के बीच चरण अंतर मापा जा सकता है।

चित्र 2 पावर कोण मापने के लिए प्रायोगिक वायरिंग आरेख

इस विधि का उपयोग बहुत आम तौर पर नहीं किया जाता है, मुख्यतः क्योंकि: ① रोटर शाफ्ट में लगे छोटे सिंक्रोनस मोटर या रोटरी ट्रांसफार्मर में माप की जाने वाली मोटर में दो शाफ्ट का फैला हुआ छोर होता है, जो अक्सर करना मुश्किल होता है। ② पावर एंगल माप की सटीकता काफी हद तक VTSM और E0ASM की उच्च हार्मोनिक सामग्री पर निर्भर करती है, और यदि हार्मोनिक सामग्री अपेक्षाकृत बड़ी है, तो माप की सटीकता कम हो जाएगी।
3) पावर एंगल टेस्ट की सटीकता और उपयोग में आसानी को बेहतर बनाने के लिए, अब रोटर स्थिति संकेत का पता लगाने के लिए स्थिति सेंसर का अधिक उपयोग किया जाता है, और फिर अंत वोल्टेज दृष्टिकोण के साथ चरण तुलना की जाती है
बुनियादी सिद्धांत मापा स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर के शाफ्ट पर एक प्रक्षेपित या परावर्तित फोटोइलेक्ट्रिक डिस्क स्थापित करना है, डिस्क या काले और सफेद मार्करों पर समान रूप से वितरित छिद्रों की संख्या और परीक्षण के तहत तुल्यकालिक मोटर के ध्रुवों के जोड़े की संख्या। जब डिस्क मोटर के साथ एक चक्कर घुमाती है, तो फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर पी रोटर स्थिति संकेत प्राप्त करता है और पी कम वोल्टेज पल्स उत्पन्न करता है। जब मोटर तुल्यकालिक रूप से चल रही होती है, तो इस रोटर स्थिति संकेत की आवृत्ति आर्मेचर टर्मिनल वोल्टेज की आवृत्ति के बराबर होती है, और इसका चरण उत्तेजना विद्युत चालक बल के चरण को दर्शाता है। चरण अंतर प्राप्त करने के लिए चरण तुलना के लिए आकार देने, चरण स्थानांतरित करने और परीक्षण मोटर आर्मेचर वोल्टेज द्वारा तुल्यकालन पल्स संकेत को बढ़ाया जाता है। मोटर नो-लोड ऑपरेशन के समय सेट करें, चरण अंतर θ1 है (लगभग इस समय पावर एंगल θ = 0), जब लोड चल रहा हो, चरण अंतर θ2 है, फिर चरण अंतर θ2 - θ1 मापा गया स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर लोड पावर कोण मान है। योजनाबद्ध आरेख चित्र 3 में दिखाया गया है।

चित्र 3 शक्ति कोण माप का योजनाबद्ध आरेख

चूंकि फोटोइलेक्ट्रिक डिस्क में काले और सफेद निशान के साथ समान रूप से लेपित अधिक कठिन होता है, और जब मापा जाता है तो स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर ध्रुव एक ही समय में डिस्क को चिह्नित नहीं कर सकते हैं। सादगी के लिए, स्थायी चुंबक मोटर ड्राइव शाफ्ट में काले टेप के एक चक्र में लिपटे, एक सफेद निशान के साथ लेपित, परावर्तक फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर प्रकाश स्रोत द्वारा उत्सर्जित प्रकाश को टेप की सतह पर इस सर्कल में इकट्ठा किया जा सकता है। इस तरह, मोटर के हर मोड़ पर, फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर प्रकाश संवेदनशील ट्रांजिस्टर में एक बार परावर्तित प्रकाश और चालन प्राप्त करने के कारण, एक विद्युत पल्स सिग्नल में परिणाम होता है, प्रवर्धन और आकार देने के बाद तुलना सिग्नल E1 प्राप्त होता है। किसी भी दो-चरण वोल्टेज के परीक्षण मोटर आर्मेचर घुमाव के अंत से, U1 को p-विभाजन आवृत्ति द्वारा, चरण तुलनित्र द्वारा सिग्नल के साथ इसके चरण अंतर की तुलना करने के लिए।
उपरोक्त शक्ति कोण मापन विधि की कमी यह है कि शक्ति कोण प्राप्त करने के लिए दो मापों के बीच अंतर किया जाना चाहिए। दो मात्राओं को घटाने से बचने और सटीकता को कम करने के लिए, लोड चरण अंतर θ2, U2 सिग्नल रिवर्सल के माप में, मापा गया चरण अंतर θ2'=180 ° - θ2, शक्ति कोण θ=180 ° - (θ1 + θ2') है, जो दो मात्राओं को चरण के घटाव से जोड़ में परिवर्तित करता है। चरण मात्रा आरेख चित्र 4 में दिखाया गया है।

चित्र 4 चरण अंतर की गणना के लिए चरण योग विधि का सिद्धांत

एक और बेहतर विधि वोल्टेज आयताकार तरंग संकेत आवृत्ति विभाजन का उपयोग नहीं करती है, लेकिन एक साथ सिग्नल तरंग को रिकॉर्ड करने के लिए एक माइक्रो कंप्यूटर का उपयोग करती है, क्रमशः इनपुट इंटरफेस के माध्यम से, नो-लोड वोल्टेज और रोटर स्थिति सिग्नल तरंगों U0, E0, साथ ही लोड वोल्टेज और रोटर स्थिति आयताकार तरंग संकेत U1, E1 रिकॉर्ड करती है, और फिर दो रिकॉर्डिंग के तरंगों को एक दूसरे के सापेक्ष तब तक ले जाती है जब तक कि दो वोल्टेज आयताकार तरंग संकेतों के तरंग पूरी तरह से ओवरलैप नहीं हो जाते हैं, जब दो रोटर के बीच चरण अंतर दो रोटर स्थिति संकेतों के बीच चरण अंतर शक्ति कोण होता है; या तरंग को दो रोटर स्थिति सिग्नल तरंगों के साथ मेल खाने के लिए ले जाएं, फिर दो वोल्टेज संकेतों के बीच चरण अंतर शक्ति कोण होता है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर के वास्तविक नो-लोड संचालन में, शक्ति कोण शून्य नहीं है, विशेष रूप से छोटे मोटर्स के लिए, नो-लोड संचालन के कारण नो-लोड लॉस (स्टेटर कॉपर लॉस, आयरन लॉस, मैकेनिकल लॉस, आवारा नुकसान सहित) अपेक्षाकृत बड़ा है, अगर आपको लगता है कि नो-लोड पावर एंगल शून्य है, तो यह पावर एंगल के माप में एक बड़ी त्रुटि का कारण बनेगा, जिसका उपयोग डीसी मोटर को मोटर की स्थिति में चलाने के लिए किया जा सकता है, स्टीयरिंग की दिशा और टेस्ट मोटर स्टीयरिंग सुसंगत है, डीसी मोटर स्टीयरिंग के साथ, डीसी मोटर एक ही स्थिति पर चल सकती है, और डीसी मोटर का उपयोग टेस्ट मोटर के रूप में किया जा सकता है। यह डीसी मोटर को मोटर की स्थिति में चलाने, स्टीयरिंग और टेस्ट मोटर स्टीयरिंग को डीसी मोटर के साथ सुसंगत बना सकता है ताकि टेस्ट मोटर के सभी शाफ्ट लॉस (लोहे की हानि, यांत्रिक हानि, आवारा नुकसान, आदि सहित) प्रदान किया जा सके। इस बार मापा गया θ1 शून्य के घात कोण के अनुरूप है।
सारांश: इस विधि के लाभ:
① प्रत्यक्ष लोड विधि विभिन्न लोड स्थितियों के तहत स्थिर अवस्था संतृप्ति प्रेरण को माप सकती है, और इसके लिए नियंत्रण रणनीति की आवश्यकता नहीं होती है, जो सहज और सरल है।
क्योंकि माप सीधे लोड के अंतर्गत किया जाता है, इसलिए प्रेरण मापदंडों पर संतृप्ति प्रभाव और विचुंबकन धारा के प्रभाव को ध्यान में रखा जा सकता है।
इस विधि के नुकसान:
① प्रत्यक्ष लोड विधि में एक ही समय में अधिक मात्राओं को मापने की आवश्यकता होती है (तीन-चरण वोल्टेज, तीन-चरण वर्तमान, पावर फैक्टर कोण, आदि), पावर कोण का माप अधिक कठिन होता है, और प्रत्येक मात्रा के परीक्षण की सटीकता का पैरामीटर गणना की सटीकता पर सीधा प्रभाव पड़ता है, और पैरामीटर परीक्षण में सभी प्रकार की त्रुटियां जमा होना आसान है। इसलिए, मापदंडों को मापने के लिए प्रत्यक्ष लोड विधि का उपयोग करते समय, त्रुटि विश्लेषण पर ध्यान देना चाहिए, और परीक्षण उपकरण की उच्च सटीकता का चयन करना चाहिए।
② इस माप पद्धति में उत्तेजना विद्युत चालक बल E0 का मान सीधे बिना लोड के मोटर टर्मिनल वोल्टेज द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, और यह सन्निकटन भी अंतर्निहित त्रुटियाँ लाता है। क्योंकि, स्थायी चुंबक का संचालन बिंदु लोड के साथ बदलता है, जिसका अर्थ है कि विभिन्न स्टेटर धाराओं पर, स्थायी चुंबक की पारगम्यता और प्रवाह घनत्व अलग-अलग होते हैं, इसलिए परिणामी उत्तेजना विद्युत चालक बल भी अलग-अलग होता है। इस तरह, लोड की स्थिति में उत्तेजना विद्युत चालक बल को बिना लोड के उत्तेजना विद्युत चालक बल से बदलना बहुत सटीक नहीं है।
संदर्भ
[1] तांग रेनयुआन एट अल. आधुनिक स्थायी चुंबक मोटर सिद्धांत और डिजाइन. बीजिंग: मशीनरी इंडस्ट्री प्रेस. मार्च 2011
[2] जे.एफ. गीयरस, एम. विंग. परमानेंट मैगनेट मोटर टेक्नोलॉजी, डिजाइन और अनुप्रयोग, दूसरा संस्करण. न्यूयॉर्क: मार्सेल डेकर, 2002:170~171
कॉपीराइट: यह लेख WeChat सार्वजनिक नंबर मोटर पीक(电机极客) का पुनर्मुद्रण है, मूल लिंकhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

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