स्थायी चुंबक मोटरों के तुल्यकालिक प्रेरकत्व 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 प्रेरकत्व प्राचल दो सबसे महत्वपूर्ण प्राचल हैं। इनका सटीक अधिग्रहण मोटर अभिलक्षणिक गणना, गतिक अनुकरण और गति नियंत्रण के लिए पूर्वापेक्षा और आधार है। तुल्यकालिक प्रेरकत्व का उपयोग कई स्थिर-अवस्था गुणों, जैसे शक्ति गुणांक, दक्षता, बलाघूर्ण, आर्मेचर धारा, शक्ति और अन्य प्राचलों की गणना के लिए किया जा सकता है। वेक्टर नियंत्रण का उपयोग करने वाली स्थायी चुंबक मोटर की नियंत्रण प्रणाली में, तुल्यकालिक प्रेरकत्व प्राचल सीधे नियंत्रण एल्गोरिथम में शामिल होते हैं, और शोध के परिणाम बताते हैं कि दुर्बल चुंबकीय क्षेत्र में, मोटर प्राचलों की अशुद्धि से बलाघूर्ण और शक्ति में उल्लेखनीय कमी आ सकती है। यह तुल्यकालिक प्रेरकत्व प्राचलों के महत्व को दर्शाता है।
(2)तुल्यकालिक प्रेरकत्व मापने में ध्यान देने योग्य समस्याएं
उच्च शक्ति घनत्व प्राप्त करने के लिए, स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटरों की संरचना अक्सर अधिक जटिल होती है, और मोटर का चुंबकीय परिपथ अधिक संतृप्त होता है, जिसके परिणामस्वरूप मोटर का तुल्यकालिक प्रेरकत्व प्राचल चुंबकीय परिपथ की संतृप्ति के साथ बदलता रहता है। दूसरे शब्दों में, ये प्राचल मोटर की परिचालन स्थितियों के साथ बदलते रहेंगे, और तुल्यकालिक प्रेरकत्व प्राचलों की रेटेड परिचालन स्थितियों के साथ पूरी तरह से मोटर प्राचलों की प्रकृति को सटीक रूप से प्रतिबिंबित नहीं कर सकते। इसलिए, विभिन्न परिचालन स्थितियों में प्रेरकत्व मानों को मापना आवश्यक है।
2.स्थायी चुंबक मोटर तुल्यकालिक प्रेरकत्व मापन विधियाँ
यह लेख समकालिक प्रेरकत्व मापने की विभिन्न विधियों को एकत्रित करता है और उनकी विस्तृत तुलना एवं विश्लेषण करता है। इन विधियों को मोटे तौर पर दो मुख्य प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: प्रत्यक्ष भार परीक्षण और अप्रत्यक्ष स्थैतिक परीक्षण। स्थैतिक परीक्षण को आगे AC स्थैतिक परीक्षण और DC स्थैतिक परीक्षण में विभाजित किया गया है। आज, हमारी "तुल्यकालिक प्रेरक परीक्षण विधियों" की पहली कड़ी में भार परीक्षण विधि की व्याख्या की जाएगी।

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 द्वि-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 शक्ति कोण θ, E0 के U से अधिक होने पर धनात्मक होता है, शक्ति गुणांक कोण φ, I के U से अधिक होने पर धनात्मक होता है, और आंतरिक शक्ति गुणांक कोण ψ, E0 के I से अधिक होने पर धनात्मक होता है। मोटर का शक्ति कोण θ, U के E0 से अधिक होने पर धनात्मक होता है, शक्ति गुणांक कोण φ, U के I से अधिक होने पर धनात्मक होता है, और आंतरिक शक्ति गुणांक कोण ψ, I के E0 से अधिक होने पर धनात्मक 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 U, 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 मोटरों के स्थिर अवस्था प्राचल मोटर की परिचालन स्थितियों के अनुसार बदलते हैं, और जब आर्मेचर धारा बदलती है, तो Xd और Xq दोनों बदलते हैं। इसलिए, प्राचल निर्धारित करते समय, मोटर परिचालन स्थितियों का भी उल्लेख अवश्य करें। (प्रत्यावर्ती और दिष्ट शाफ्ट धारा या स्टेटर धारा की मात्रा और आंतरिक शक्ति गुणक कोण)

प्रत्यक्ष भार विधि द्वारा प्रेरणिक प्राचलों को मापने में मुख्य कठिनाई शक्ति कोण θ के मापन में होती है। जैसा कि हम जानते हैं, यह मोटर टर्मिनल वोल्टेज U और उत्तेजन विद्युत-वाहक बल के बीच कला कोण अंतर है। जब मोटर स्थिर रूप से चल रही हो, तो अंतिम वोल्टेज सीधे प्राप्त किया जा सकता है, लेकिन E0 को सीधे प्राप्त नहीं किया जा सकता है, इसलिए इसे केवल अप्रत्यक्ष विधि द्वारा ही प्राप्त किया जा सकता है, जिसमें E0 के समान आवृत्ति वाला एक आवर्त संकेत और E0 के स्थान पर एक निश्चित कला अंतर प्राप्त किया जा सके ताकि अंतिम वोल्टेज के साथ कला 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 ठीक तार के कई मोड़ों को मापने वाले कुंडल 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। प्रयोगात्मक कनेक्शन आरेख चित्रा 2 में दिखाया गया है। टीएसएम परीक्षण के तहत स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर है, एएसएम एक समान सिंक्रोनस मोटर है जो अतिरिक्त रूप से आवश्यक है, पीएम प्राइम मूवर है, जो एक सिंक्रोनस मोटर या डीसी मोटर हो सकता है, बी ब्रेक है, और डीबीओ एक दोहरी बीम ऑसिलोस्कोप है। टीएसएम और एएसएम के चरण बी और सी ऑसिलोस्कोप से जुड़े हुए हैं। जब टीएसएम तीन-चरण बिजली की आपूर्ति से जुड़ा होता है, तो ऑसिलोस्कोप सिग्नल वीटीएसएम और ई0एएसएम प्राप्त करता है। इसलिए, शक्ति कोण θ, अर्थात, VTSM और E0ASM के बीच चरण अंतर को मापा जा सकता है।

चित्र 2 शक्ति 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 को मापने के लिए आवश्यक मोटर में दो शाफ्ट का अंत होता है, जो अक्सर करना मुश्किल होता है। 2 पावर कोण 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 परीक्षण 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 अंतिम वोल्टेज दृष्टिकोण के साथ चरण तुलना की जाती है
मूल सिद्धांत मापी गई स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर के शाफ्ट पर एक प्रक्षेपित या परावर्तित प्रकाश-विद्युत डिस्क स्थापित करना है, डिस्क पर समान रूप से वितरित छिद्रों या काले और सफेद चिह्नों की संख्या और परीक्षण के तहत तुल्यकालिक मोटर के ध्रुवों के जोड़े की संख्या। जब डिस्क मोटर के साथ एक चक्कर घूमती है, तो प्रकाश-विद्युत संवेदक p रोटर स्थिति संकेत प्राप्त करता है और p निम्न 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-शक्ति के चरण को दर्शाता है। तुल्यकालन पल्स संकेत को आकार देकर, चरण-स्थानांतरित करके और चरण तुलना के लिए परीक्षण मोटर आर्मेचर वोल्टेज द्वारा प्रवर्धित किया जाता है ताकि चरण अंतर प्राप्त किया जा सके। मोटर के बिना-लोड संचालन के समय, कलांतर θ1 होता है (लगभग इस समय शक्ति कोण θ = 0), जब लोड चल रहा हो, कलांतर θ2 होता है, तो कलांतर θ2 - θ1 मापा गया स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर भार शक्ति 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 होना अधिक कठिन होता है, और जब मापा जाता है तो स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर ध्रुव एक ही समय में डिस्क को चिह्नित करते हैं तो एक दूसरे के साथ आम नहीं हो सकते हैं। सरलता के लिए, स्थायी चुंबक मोटर ड्राइव शाफ्ट में काले टेप के एक चक्र में लिपटे हुए, 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 प्रत्येक मोड़, फोटोइलेक्ट्रिक सेंसर में प्रकाश संवेदनशील ट्रांजिस्टर के कारण एक बार परावर्तित प्रकाश और चालन प्राप्त होता है, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत पल्स सिग्नल होता है, जो प्रवर्धन और आकार देने के बाद तुलना सिग्नल E1 प्राप्त करता 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 दोनों मापों के बीच का अंतर निकालना आवश्यक है। दो राशियों के घटने से बचने और सटीकता कम करने के लिए, भार कलांतर θ2, U2 सिग्नल उत्क्रमण के मापन में, मापा गया कलांतर θ2'=180° - θ2, शक्ति कोण θ=180° - (θ1 + θ2') होता है, जो दोनों राशियों को कला के घटाव से योग में परिवर्तित करता है। कला राशि आरेख चित्र 4 में दिखाया गया है।

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

एक और बेहतर तरीका वोल्टेज आयताकार तरंग संकेत आवृत्ति विभाजन का उपयोग नहीं करता है, लेकिन एक साथ सिग्नल तरंग को रिकॉर्ड करने के लिए एक माइक्रो कंप्यूटर का उपयोग करता है, क्रमशः इनपुट इंटरफ़ेस 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 करता है, और फिर दो रिकॉर्डिंग के तरंगों को एक दूसरे के सापेक्ष तब तक ले जाता 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 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 है।
यह बताया जाना चाहिए कि स्थायी चुंबक तुल्यकालिक मोटर के वास्तविक नो-लोड संचालन में, शक्ति कोण शून्य नहीं होता है, विशेष रूप से छोटे मोटर्स के लिए, नो-लोड संचालन के कारण नो-लोड हानि (स्टेटर तांबे की हानि, लौह हानि, यांत्रिक हानि, आवारा हानि सहित) अपेक्षाकृत बड़ी होती है, अगर आपको लगता है कि नो-लोड शक्ति कोण शून्य है, तो यह शक्ति कोण के माप में एक बड़ी त्रुटि पैदा करेगा, जिसका उपयोग डीसी मोटर को मोटर की स्थिति में चलाने के लिए किया जा सकता है, स्टीयरिंग की दिशा और परीक्षण मोटर स्टीयरिंग सुसंगत है, डीसी मोटर स्टीयरिंग के साथ, डीसी मोटर एक ही स्थिति पर चल सकती है, और डीसी मोटर को परीक्षण मोटर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। यह डीसी मोटर को मोटर स्थिति में चला सकता है, स्टीयरिंग और परीक्षण मोटर स्टीयरिंग डीसी मोटर के साथ सुसंगत है ताकि परीक्षण मोटर के सभी शाफ्ट नुकसान (लौह हानि, यांत्रिक हानि, आवारा हानि, 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।
चूंकि माप सीधे लोड के तहत किया जाता है, इसलिए संतृप्ति प्रभाव और प्रेरकत्व मापदंडों पर विचुंबकन धारा के प्रभाव को ध्यान में रखा जा सकता है।
इस विधि के नुकसान:
1 प्रत्यक्ष भार विधि में एक ही समय में अधिक मात्राओं (तीन-चरण वोल्टेज, तीन-चरण धारा, शक्ति गुणांक कोण, आदि) को मापने की आवश्यकता होती है, शक्ति कोण का मापन 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 त्रुटियाँ जमा होना आसान होता है। इसलिए, पैरामीटर मापने के लिए प्रत्यक्ष भार विधि का उपयोग करते समय, त्रुटि विश्लेषण पर ध्यान देना चाहिए और उच्च सटीकता वाले परीक्षण उपकरण का चयन करना चाहिए।
② इस मापन विधि में उत्तेजन विद्युत-वाहक बल E0 का मान बिना भार के मोटर टर्मिनल वोल्टेज द्वारा सीधे प्रतिस्थापित किया जाता है, और यह सन्निकटन अंतर्निहित त्रुटियाँ भी लाता है। क्योंकि स्थायी चुम्बक का संचालन बिंदु भार के साथ बदलता है, अर्थात विभिन्न स्टेटर धाराओं पर, स्थायी चुम्बक की पारगम्यता और फ्लक्स घनत्व भिन्न होते हैं, इसलिए परिणामी उत्तेजन विद्युत-वाहक बल भी भिन्न होता है। इस प्रकार, भार की स्थिति में उत्तेजन विद्युत-वाहक बल को बिना भार के उत्तेजन विद्युत-वाहक बल से प्रतिस्थापित करना बहुत सटीक नहीं है।
संदर्भ
[1] तांग रेनयुआन एट अल. आधुनिक स्थायी चुंबक मोटर सिद्धांत और डिज़ाइन. बीजिंग: मशीनरी इंडस्ट्री प्रेस. मार्च 2011
[2] जे.एफ. गीरास, एम. विंग. स्थायी चुंबक मोटर प्रौद्योगिकी, डिज़ाइन और अनुप्रयोग, दूसरा संस्करण. न्यूयॉर्क: मार्सेल डेकर, 2002:170~171
कॉपीराइट: यह लेख WeChat पब्लिक नंबर मोटर पीक(电机极客) का पुनर्मुद्रण है, मूल लिंकhttps://mp.weixin.qq.com/s/Swb2QnApcCWgbLlt9jMp0A

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