Como ler os parâmetros do motor síncrono de ímã permanente?

Como ler os parâmetros do motor síncrono de ímã permanente?

Compreender os parâmetros do motor síncrono de ímã permanente (PMSM) é a base da seleção, aplicação, controle e diagnóstico de falhas. Esses parâmetros geralmente são divididos em duas categorias:

Parâmetros da placa/parâmetros básicos de desempenho: geralmente são marcados diretamente na placa do motor ou na tabela de especificação de desempenho do manual do produto, que é mais comumente encontrada pelos usuários.

Parâmetros de projeto/parâmetros de circuito equivalentes: esses parâmetros são críticos para análise aprofundada, controle preciso e modelagem de simulação do motor. Eles geralmente são encontrados no apêndice técnico do manual do produto, documentos de design ou exigem testes para obter

A seguir, explica esses dois tipos de parâmetros em detalhes:

I. Parâmetros da placa de nome / parâmetros de desempenho básico

1. Poder nominal:

Significado: A potência mecânica que o motor pode produzir de forma contínua, segura e confiável em condições nominais (tensão nominal, velocidade nominal, carga nominal, condições de resfriamento especificadas etc.). A unidade geralmente é Kilowatt ou Horavapower.

Visto como: este é o parâmetro principal para selecionar um motor para atender aos requisitos de carga. Verifique se a potência contínua máxima exigida pela carga é menor ou igual à potência nominal do motor. Observe a distinção entre potência nominal e potência de pico (capacidade de sobrecarga de curto prazo)

2. Tensão nominal:

Significado: O valor efetivo da tensão da linha especificado durante o projeto e aplicado ao enrolamento do estator do motor. A unidade é volt.

Para um motor alimentado pelo motorista, isso geralmente se refere ao valor equivalente da tensão do barramento CC do inversor convertida no lado CA.

Como visualizar: deve corresponder à capacidade de tensão de saída do driver. Tensão muito alta danificará o isolamento ou causará saturação magnética; Voltagem muito baixa não será capaz de produzir energia e torque nominal, degradação do desempenho.

3. Corrente nominal:

Significado: O valor efetivo da entrada da linha da linha do estator da fonte de alimentação quando o motor emite a energia nominal, a velocidade nominal e a tensão nominal. A unidade é ampere.

Como procurar: usado para calcular a energia de entrada, selecione a capacidade de corrente do driver (a corrente nominal do driver deve ser maior que a corrente nominal do motor), projete a linha de alimentação e o dispositivo de proteção contra sobrecarga. Também reflete indiretamente o tamanho da perda de cobre.

Velocidade nominal:

Significado: A velocidade de rotação do rotor do motor na tensão nominal, frequência nominal e potência de saída nominal. A unidade é revoluções por minuto.

Ele precisa corresponder aos requisitos de velocidade da carga. Como entender se o motor está funcionando em velocidade constante ou não: ele precisa ser ajustado para ser executado em velocidade. Observe a diferença entre a velocidade nominal e a velocidade máxima (limitada pela resistência mecânica e a capacidade magnética fraca)

5. Frequência nominal:

Significado: a frequência da fonte de alimentação quando o motor é diretamente alimentado por uma fonte de alimentação sinusoidal (por exemplo, a grade). Para motores acionados por um conversor de frequência, esse parâmetro geralmente se refere à frequência de saída do driver na velocidade nominal.

Como visualizar: Para aplicações de frequência de potência, ele deve corresponder à frequência da grade (50Hz ou 60Hz). Para aplicações de frequência variável, este parâmetro está diretamente relacionado à velocidade nominal (n = 60f /p, onde p é o número de pólos).

6. Torque nominal:

O torque mecânico gerado pelo motor quando produz a energia nominal na velocidade nominal. Unidade: n · m.

A fórmula é: t = p/w, onde p é a potência nominal (watt) e w é a velocidade angular nominal (radian/segundo, w = 2πn/60, n é a velocidade nominal em rpm). Este é o parâmetro principal necessário para superar o torque de resistência zero da carga. Observe a diferença entre o torque nominal e o pico de torque (capacidade de sobrecarga de curto prazo).

7. Eficiência:

A eficiência nominal do motor é definida como a taxa percentual da potência mecânica de saída para inserir energia elétrica (PIN = √3 * V classificada, onde V é a tensão nominal para sistemas trifásicos). A fórmula n = (p_out / p_in) × 100% indica sua capacidade de converter energia elétrica em energia mecânica. A maior eficiência reduz as perdas de energia (incluindo perdas de cobre, perdas de ferro, perdas mecânicas e perdas de vazamento) enquanto reduzem os custos operacionais. Observe que a eficiência exibida nas placas de nome do motor normalmente reflete apenas a condição nominal.

8. Fator de potência:

Significado: A razão entre a entrada de poder ativa para poder aparente (COSφ) em condições de trabalho nominal. Reflete a relação de fase entre a forma de onda de corrente e a tensão e o grau de distorção atual.

Como olhar para ele: um fator de alto poder significa uma alta taxa de utilização da grade e menos "poluição" na grade. O PMSM geralmente possui um alto fator de potência (próximo a 1) em condições nominais. O próprio driver (inversor) também afeta o fator de potência no lado da entrada.

9. Frequência:

Significado: O número total de pólos magnéticos (pólos N e S aparece em pares) do campo magnético do motor. O número de pólos geralmente é indicado na placa de identificação.

Visualização: determina a relação entre a velocidade síncrona do motor e a frequência da fonte de alimentação (N Sync = 60f/P). Mais pólos resultam em menor velocidade síncrona, mas potencialmente mais alta densidade de torque. Parâmetros que afetam os algoritmos de controle (por exemplo, largura de banda do observador)

10. Classe de isolamento:

Significado: A temperatura operacional máxima do material de isolamento do enrolamento do motor é especificada. Os graus comuns são B (130 ° C), F (155 ° C), H (180 ° C).

Como olhar: determina o aumento da temperatura permitido e a capacidade de sobrecarga do motor. Em ambiente de alta temperatura ou aplicações que requerem alta sobrecarga, é mais seguro e mais confiável escolher um motor com maior grau de isolamento (por exemplo, F ou H).

11. Classe de proteção:

Significado: O código IP indica que a capacidade da moradia do motor de prevenir matéria estranha sólida (primeiro dígito) e líquidos (segundo dígito) entra. Por exemplo, IP54 (à prova de poeira e à prova d'água), IP65 (à prova de poeira e resistente à água), IP67 (resistente à imersão à prova de poeira e de curto prazo).

Como olhar: selecione de acordo com as condições de poeira, umidade e umidade do ambiente de instalação do motor. Ambientes ao ar livre, úmidos e empoeirados requerem classe de alta proteção (como IP65 ou superior)

12. Modo de resfriamento:

Significado: a maneira da dissipação do calor do motor. Os comuns são i0 411 (resfriamento por si mesmo, dissipação de calor da superfície), i0 416 (resfriamento de ar forçado, ventilador externo), i0 410 (resfriamento natural, sem ventilador), IC71W (resfriamento de água).

Como olhar: afeta a densidade de potência e a capacidade de operação contínua do motor. Motores de alta potência ou compactos são frequentemente resfriamento de ar forçado ou resfriamento de água

Ii. Parâmetros de design/parâmetros de circuito equivalentes

Esses parâmetros geralmente são usados para estabelecer o modelo matemático do motor (modelo DQ eixo) para controle de vetores, simulação, otimização de eficiência e previsão de desempenho.

1. Resistência ao estator:

Significado: o valor de resistência de cada fase do enrolamento do estator sob DC ou baixa frequência. A unidade é ohm. Geralmente se refere à resistência de fase.

Como observar: afeta o cálculo da perda de cobre, a configuração dos parâmetros de controle do loop atual e a estimativa do aumento da temperatura. É significativamente afetado pela temperatura (aumentando com a temperatura)

2.

Indutância do eixo D / Indutância do eixo q:

Significado: o parâmetro de indutância do estator definido no sistema de coordenadas rotativas do rotor (eixo D e eixo q). O eixo D está na direção do campo magnético do ímã permanente, e o eixo Q está a 90 graus de ângulo elétrico à frente do eixo A.

LD: Indutância do eixo D. Devido à presença de ímãs permanentes, a relutância magnética do circuito magnético do eixo D é grande e LD é geralmente pequeno ou mesmo negativo (para PMSM incorporado)

Indutância do eixo q. O circuito magnético do eixo q passa principalmente pelos núcleos do estator e do rotor, com baixa resistência magnética, e o LQ é geralmente grande. La:

Os parâmetros-chave determinam: Torque eletromagnético: T = (3/2) × P [ψ ± × LQ + (LD-LQ) × LD × LQ] (onde ψ ± representa a ligação de fluxo de ímã permanente). O princípio fundamental do torque de relutância de geração de PMSM está em LD = LQ (para IPMSM com alta relação pólo saliente). Capacidade magnética fraca: Os valores menores de LD geralmente permitem faixas de operação de ímãs fracas mais amplas e desempenho superior de alta velocidade. Largura de banda atual e design do controlador: a indutância constitui a constante de tempo primário no componente de inércia de primeira ordem do loop atual. A forma de onda e a amplitude da EMF de costas eletromagnéticas são significativamente influenciadas pelos níveis de saturação magnética (particularmente em correntes altas).

3. Fluxo de ímã permanente:

Significado: A amplitude do elo magnético gerado pelo ímã permanente no enrolamento do estator. A unidade é Weber. Geralmente refere -se à ligação magnética máxima induzida pelo campo de ímã permanente do rotor no enrolamento do estator.

Como olhar: parâmetros principais! Determina:

Constante de parte traseira: ke = ψpm * w (onde w é a velocidade angular do campo elétrico). A EMF traseira é proporcional à velocidade de rotação.

Torque Constante: KT ≈ (3/2) * P * ψ ± (para SPMSM montado na superfície, LD ≈ LQ). O torque é proporcional à corrente do eixo q.

Velocidade da base: a velocidade máxima que o motor pode atingir na tensão nominal (quando o EMF traseiro está próximo da tensão do barramento)

O ponto de partida do fraco controle magnético.

4.

Definição: A magnitude do EMF traseiro (normalmente referindo -se ao EMF de volta à linha) gerado por revolução por um motor. As unidades são v/(krpm) ou vs/°. Método de medição: diretamente relacionado à ligação permanente do fluxo de ímã ψpm (ke = ψpm × w). Usado para estimar a EMF traseira em qualquer velocidade de rotação (e = q × n), o que é crucial para determinar a tensão mínima de barramento exigida pelas unidades, impedindo a supermodulação e implementando o fraco controle de ímãs. Mensurável através de testes sem carga sem carga.

5. Torque constante:

Significado: A magnitude do torque gerado pelo motor por unidade de corrente (para SPMSM, aproximadamente kt ≈ (3/2)*p*ψpm). A unidade é nm/a.

Referência: Usado para estimar o comando atual do eixo q necessário para um determinado comando de torque (lq_ref = t_ref / kt). Observe que, para o IPMSM, o KT não é constante devido à existência de torque de magnetorsistência e varia com o ID.

6. TEMPO ELÉTRICO constante:

Significado: geralmente refere -se à constante de tempo elétrico do loop atual, T_E = L / R (L geralmente é tomado como LQ ou média, R é a resistência da fase)

Como procurar: é um parâmetro -chave do controlador de loop de corrente de design (geralmente regulador PI), que determina a velocidade de resposta do loop atual.

7. Constante de tempo mecânico:

Significado: Considerando a constante de tempo de inércia de motor e carga, atrito e outros fatores, tm = j *r/(kt *ke) (j é a inércia total)

Como olhar: a velocidade de resposta do anel de velocidade é uma referência importante para o design do controlador de anel de velocidade

8. Momento de inércia

Significado: o momento de inércia do próprio rotor do motor. A unidade é kg · m? Como ler: Afeta a capacidade de aceleração/desaceleração do motor, resposta dinâmica do loop de velocidade e sensibilidade à perturbação da carga. O sistema servo tem requisitos para corresponder ao momento da inércia.

9. Corrente máxima:

Significado: A corrente máxima de curto prazo (corrente de pico) permitida pelo motor ou driver. Geralmente muito maior que a corrente nominal.

Como visualizar: determina a capacidade de sobrecarga de curto prazo (torque de pico) do motor. É restrito por fatores como aquecimento do enrolamento, risco permanente de desmagnetização do ímã e limite de corrente do motorista.

8. Inercia de rotação

Significado: o momento de inércia do próprio rotor do motor. A unidade é kg · m?

Como olhar para ele: afeta a capacidade de aceleração/desaceleração do motor, a resposta dinâmica do anel de velocidade e a sensibilidade à perturbação da carga. O sistema servo possui requisitos para a correspondência de inércia rotacional.

9. Corrente máxima:

Significado: A corrente máxima de curto prazo (corrente de pico) permitida pelo motor ou driver. Geralmente muito maior que a corrente nominal.

Como visualizar: determina a capacidade de sobrecarga de curto prazo do motor (pico de torque). É restrito por fatores como aquecimento do enrolamento, risco permanente de desmagnetização do ímã e limite de corrente do motorista.

10. Velocidade máxima:

Significado: A velocidade máxima que o motor F pode atingir sob os requisitos de força mecânica, vida, vibração e ruído. Geralmente muito maior que a velocidade nominal.

Como visualizar: determina a faixa de velocidade de operação do motor. Na velocidade mais alta, geralmente é necessário controle magnético fraco para manter a saída de torque.

Como você olha para esses parâmetros

1. Objetivo claro:

Seleção e correspondência: concentre -se nos parâmetros da placa de identificação (potência, tensão, velocidade, torque, proteção, resfriamento) para garantir que os requisitos de carga, condições ambientais e requisitos de fonte de alimentação sejam atendidos. Concentre-se na eficiência (custos operacionais de longo prazo)

Configuração e controle da unidade: além dos parâmetros da placa de identificação, os parâmetros de design (R, LD, LQ, ψPM) devem ser obtidos como base para alcançar o controle de vetores de alto desempenho (por exemplo, F0C). Os parâmetros do controlador (ganho PI, ou ke/kt) e os parâmetros do observador precisam ser definidos de acordo com esses parâmetros.

Análise e simulação de desempenho: um conjunto completo de parâmetros de circuito equivalente (R, LD, LQ, ψPM, Y, coeficiente de atrito, etc.) é necessário para estabelecer um modelo matemático preciso.

Diagnóstico de falhas: Alterações de parâmetros (como aumento da resistência podem indicar superaquecimento do enrolamento, e as alterações na indutância podem indicar o curto-circuito ou desmagnetização entre turnos) podem ser usadas como base diagnóstica.

2. Preste atenção à relação entre parâmetros:

Poder, velocidade, torque: p = t*w

Tensão, back emf, corrente, indutância: v ≈ e + ir + jwli (relação vetorial)

Torque, fluxo magnético, corrente: t = (3/2)* p* [ψ ±* lq + (ld-lq)* ld* lq] velocidade, frequência, logaritmo de pólo: n_sync = 60f/p força eletromotiva constante e fluxo magnético: ke∝ ψ ± ±

3. Compreendendo a natureza condicional dos parâmetros:

Muitos parâmetros (particularmente os parâmetros de projeto R, LD e LQ) não são constantes - eles variam com temperatura, corrente (saturação magnética) e posição do rotor (efeito da ranhura do dente). O controle de alto desempenho deve explicar esses fatores não lineares. As especificações nas placas de identificação do equipamento são definidas sob condições específicas (tensão nominal, frequência, carga, resfriamento e temperatura). Quando as condições operacionais reais diferem desses cenários ideais, o desempenho pode se desviar do ponto nominal.

4. Procure documentos oficiais:

As especificações do motor são detalhadas na placa de identificação do equipamento e na tabela de especificações de desempenho nos manuais do produto. Os parâmetros críticos de design (R, LD, LQ, ψPM, KE, KT) são normalmente fornecidos nas seções "parâmetros técnicos", "parâmetros de circuito equivalentes" ou "parâmetros de controle" do manual. Se indisponível, a documentação dos fabricantes deve ser obtida. Parâmetros detalhados, como curvas de indutância em diferentes níveis de saturação, podem exigir documentos de projeto especializados ou relatórios de teste.

5. Medição de teste

Se os parâmetros oficiais não puderem ser obtidos, são necessárias medições experimentais (como teste de bloco, teste de arrasto sem carga, medição do medidor de LCR, algoritmo de identificação de parâmetros, etc.). No entanto, isso requer equipamentos e conhecimentos profissionais.