同步電機(jī)之永磁同步電機(jī)功率角的測量

    同步電機(jī)的功率角是電機(jī)的端電壓口和勵磁電動勢藝。之間的相角差。我們知道，當(dāng)電機(jī)穩(wěn)定運行時，其端電壓信號可以直接取得，但勵磁電動勢信號不能直接取得，只能通過間接的方法取得一個與玄。頻率相同、相差固定的周期信號來替代玄。以與端電壓進(jìn)行相位比較。傳統(tǒng)的間接方法是：在被試電機(jī)的電樞槽口埋置節(jié)距與電機(jī)原有線圈相同的幾匝細(xì)導(dǎo)線作為測量線圈，或在被試電機(jī)的軸上裝一臺與被試電機(jī)極數(shù)相同的小型同步電機(jī)或旋轉(zhuǎn)變壓器，以取得比較信號但埋置測量線圈很不方便，在轉(zhuǎn)子軸上裝小型同步電機(jī)或旋轉(zhuǎn)變壓器要求被試電機(jī)有兩個軸伸端，這往往難以做到。要提高功率角測試精度和方便使用，現(xiàn)在較多采取用位置傳感器來檢測轉(zhuǎn)子位置信號以與端電壓進(jìn)行相位比較的辦法。直接測轉(zhuǎn)子位置法的基本原理是在被試永磁同步電機(jī)的軸上裝一投射式或反射式的光電圓盤，盤上均勻分布的孔或黑白相間的標(biāo)記塊數(shù)與被試同步電機(jī)的極對數(shù)戶相同。當(dāng)圓盤隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈時，光電傳感器接受到p次轉(zhuǎn)子位置信號，產(chǎn)生p個低電壓脈沖。當(dāng)電機(jī)同步運行時，該轉(zhuǎn)子位置信號的頻率等于電樞端電壓頻率，其相位能反映勵磁電動勢的相位。該同步脈沖信號經(jīng)整形放大，移相后與被試電機(jī)電樞端電壓進(jìn)行相位比較得到相位差。設(shè)當(dāng)電機(jī)空載運行時，相差為口1 〔近似認(rèn)為此時的功率角夕一0 )，當(dāng)負(fù)載運行時，該相差為久，則氏一夕l就是被試永磁同步電機(jī)負(fù)載時的功率角值。這種方法的原理框圖如圖11名所示．由于在光電盤上均勻涂黑白相間的標(biāo)記較困難，而且當(dāng)被試永磁同步電機(jī)極數(shù)不同時標(biāo)記盤不能互相通用。為簡便起見，也可以在被試電機(jī)傳動軸上包一圈黑色膠布，其上涂一個白色標(biāo)記，將反射式光電傳感器的光源發(fā)出的光聚焦于這圈膠布的表面上這樣電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，光電傳感器中光敏三極管因接收到一次反射光而導(dǎo)通一次，產(chǎn)生一個電脈沖信號，經(jīng)放大整形后得到比較信號El 。自被試電機(jī)電樞繞組端引出其任意兩相端電壓，由電壓互感器PT降為低電壓，送至電壓比較器，形成代表電壓相位的矩形脈沖信號u . ul經(jīng)p分頻后，經(jīng)相位比較器比較得到其與El信號的相位差。

    以上測量功率角方法的不足之處在于：要對兩次測量值求差以得到功率角。為避免兩個量相減而降低精度，

在測量負(fù)載的相位差夕：時，把亡：信號反向．此時測得的相位差為刃一1800一久，功率角a一180a一（01＋酣），這就把兩個量由相減轉(zhuǎn)化為相加。其相量示意圖如圖11 ? 4所示。另一種改進(jìn)的方法不用對電壓矩形波信號分頻，而用微型計算機(jī)同時記錄信號波形，分別通過輸入接口，記錄空載電壓和轉(zhuǎn)子位置信號波形u、E 。以及負(fù)載時電壓和轉(zhuǎn)子位置矩形波信號u 、 E，然后把兩次記錄的波形相對移動，直到兩個電壓矩形波信號的波形完全重合，這時兩個轉(zhuǎn)子位置信號的相位差就是功率角；或移動波形到兩個轉(zhuǎn)子位置信號波形重合，這時兩個電壓信號的相差就是功率角。圖11一5是后者情況的原理波形圖。

需要指出的是，永磁同步電動機(jī)實際空載運行時，功率角不為零，尤其是對于小型電機(jī)，由于空載運行時的空載損耗（包括定子銅損耗、鐵損耗、機(jī)械損耗、雜散損耗）相對比較大，如認(rèn)為空載時功率角為零就會引起功率角測量的較大誤差，這時可以使直流電機(jī)運行于電動機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)向與被試電機(jī)轉(zhuǎn)向一致，用直流電動機(jī)提供被試電機(jī)的全部轉(zhuǎn)軸損耗（包括鐵耗、機(jī)械耗、雜散耗等）。判斷的方法是，被試電機(jī)輸入功率等于定子銅耗即P一八，且電壓電流同相位。這時測得的夕才對應(yīng)于功率角為零時的情況。