用简易方法测定永磁同步电机的漏抗和同步电抗.pdf

华北电力学院学报 协认 侣 刀卫认飞 叨 用简易方法测定永磁同步电机的 漏抗和同步电抗 叶东李和 明施传立郑廷海 华北电力学院电力系 摘要 由于永磁同步电机的励磁不能调节 因此不能按传统的方法用空载特性 短路特性和零功 率因数负载特性来测量漏抗和同步电抗如用三相突然短路法或电压恢复法测出其同步 电抗 则需降低转速进行 还需录波器等设备 而且数据处理也较复杂 本文介绍几种用一般设备测 量永磁同步电机参数的方法 井对各方法进行分析比较最后用所述方法测试了一台钦 铁硼永磁 同步电动机的漏抗和同步电抗 关键词永磁同步电机漏杭同步电抗 中图分类 号 漏抗的测量 转子静止单相励磁法 图为定子有三相对称绕组 转子 有等效的 轴起动或阻尼乏绕组 的永磁同步电机绕组祸合示 意 图按 图示在相加一正弦电压 则此时定 子三相 电压方程为 图祸合示意图 声万砚 毛 几 尸 月于 加叽 北 加 姗 一 母 二 一一 一 泥 少 似 又 一二一 御 兀 气一 一一 兀 不一 叭叽叽 户 户 叽 叽 式 中为相绕组 电阻 与 乌 场为 相绕组和 绕组的全自感 入么 从 为 相 相之间的互感 收稿日期卯 一一 一下 华北电力学院学报 城 为相与 绕组之间的互感 角为转子轴与相轴线之夹角 把式中三相电压相加 由于几和 几 在三相绕组 中产生的电压对称 氏饥饥 与一 一 毛 如果电机为隐极转子 则 与 一 一从 几 几即为漏感 所以 认眯知却毛 十久 毛 合成后为零 所以 于是 一 叫 尘半 兰 一 尘普业 如果为 凸极转子 由于自感和互感是转子位置的函数 因此可移动转子位置 并测量 相电 压 当 相电压相等时 则 此时可读取数据 然后按 式计算和 试验线路如图所示三相绕组顺极性串联 相加电压 从电压表读出 办 讥 口 从电流表读出 翻 从功率表读出电流与电压间相角为 尸 价不 于是 少 少 式 一下 以万毋 了 中 价角也可通过双线示波器或相 角仪测 出 抽出转子法 一 阵 磊露 卜 一一一一 一 一 图试验电路示意图 将转子自定子取出 在定子接线端施以较低三相对称电压 使电流不超过额定值此时定 子电流产生的磁通包括四部分 即槽漏磁通端接漏磁能定子谐波磁势在定于内圆 中产生 的谐波磁通以及定子基波磁势在定子 内圆中产生的磁通 其中槽漏磁通与端接漏磁通 和实 际情况没有差别由于抽出转子后 比实际情况 的气隙加大了 因此测 出的漏抗中 谐波漏 抗差漏抗比实际情况要小 但谐波漏抗占总漏抗的很小部分 所以由此项引起 的误差并不 很大其次 定子基波磁势产生的通过定子 内圆的磁通不属于漏磁通 它对应的电抗为不应 包括在漏抗之列 必须减去 利用磁场理论 可以得出在同样基波磁势作用下 转子取出后定子 内圆的每极磁通和有 转子且均匀气隙为气占的每极磁通之比值为 占 式中为极对数 为定子内径 假设两 用简易方法测定永磁同步电机的漏抗和同步电机 种情况下定子 内圆表面的磁通分布均为正弦波 只是大小不 同 所以相对应 的电抗之比就等 于磁通大小之比设为有转子时之电枢反应 电抗 则 棍占 或 凡 却气占 花 二 卜 根据气 二 叫以推导出 砚机 护 下蔽万 一 式中 为定子绕组相数 料 兀 一 为空气磁导率 犬明为定子基波绕组系数 为定子铁心有效长度 把式代入式并化简得 了为电源频率 为定子一相申联匝数 毕 为极距 一 凡巧 刀 一 功 试验时 定子加三相对称低电压 测出线电压 线电流和功率若为接 则每相阻抗为 其有效电阻为 乙一 行 丽 其电抗为 二 拒万 若 已知电机铁心长 每相有效匝数气 和极数 则可按式算出 凡 一凡 于是电机漏抗为 也可在定子内圆表面安置一探测线圈测出 两种方法的分析比较 上述两种侧定漏抗的方法都较实用 但抽出转子法由于忽略了有无转子时谐波漏抗的变 化 而且 为计算值 需要知道电机的有关设计数据 而设计值与实际值可能有一定的差 别 因此测出的漏抗有一定的误差 该方法仅适 用于已知电机设计数据的情况转子静止单 相励磁法简单可行 它不仅能测 出漏抗 还 能测出一相的交流电阻值 而且 不必抽 出转子 该方法的准确度取决于功率因数角中的测量 若用功率表测 量功率计算出 中角 则由于功 率表的读数误差可能使漏抗误差增大 因此最好采用双线示波器或相角仪 华北电力学院学 报 同步电抗的测量 纯电感负载法测介 永磁同步电机作发电机运行 定子接三相纯 电感负载 如忽略电阻 其相量图如图所 示 由相量图可知直轴同步电抗 一 一丁一 因此只要测 出额定转速下的空载相电势 带上纯感性负 载时的相电压和相电流 即可算出直轴同步电抗 直接短路法测为 电机作发电机运行 当忽略电阻时 三相稳态短路应 满足 几为 所以 凡一 丁 图相量 图 试验时 先把定子三相绕组开路 测出额定转速下的空载电势 然后把三相 绕组 短路 测 出某一转速下的短路电流 人 即可算 出凡 由于电势和同步电抗凡都与频率成正比 所 以在非额定转速下进行短路 试验 短路电流基本不变 因此 不会影 响与的大小 若是在 非额定转速下测 出 则求 出的 应折算到基频 转差法测和气 试验前应将磁体从转子铁心中取出 然后按常规转差法测 出孙凡 为了准确 最好采 用录波法 由于永磁电机一般凡 凡 所以当电流最大时 测出 的为勺 电流最小 时 测出 的 为凡 直接负载法测 和 凡 图为凸极同步电动机相量 图 图为过励情况 图为欠励情况 由于切向转子 结构的轴磁阻大于轴磁阻 所以图中凡 夕 尹 产 们 卜勺 了 护 了 由相量图可知 凡二沙 甲 孙时 孔 沪 一 凡 一 叼 时 式 中以了落后于亡 甲为正 落后于瓦 沙为正 岭执 一 一埃 亡 一 一 认 犷 灯 的 凸极同步电动机相量图 义 工 工 用简易方法测定永磁同步电机的漏 抗和同步电机 联立求解式 得 周 心职一 翎沙 动 梦 盆 价 一一二 凡 凡 由式得 尺一凡 十 二甲 于 价 试验时 把永磁同步电动机投人 电网 在电机空载情况下 调节其端电压 使定子 电流达 最小此时 勾 并以此时之功率角占近似地作为零然后调节端电压至额定 并调节负 载 使永磁同步电动机在额定负载下运行 测 出此时之 只及功率角占 由 只可算 出 功率因数角 中伸也可 由双线示波器测 出 内功率因数角 甲 中一占 把上述数据代人式 即可算 出凡和凡的值 为 了准确 式中宜用交流电阻殖 并网法测 值 永磁 同步电机通过一调压器并人 电网 让电机作发电机运行 调节原动机 使发电机带一 定量的负载 然后调节发电机端压 使电流与空载电势瓦同相位 测 出此 时发电机的 工凡 当与同相位的相量图如图所示 由图可知 护 一 所以 凡 了护 一一 空载电势几和一相 电阻值在并网前可以测 出 从 图相量图 而可计算出凡 如何确定与几 同相位呢可用两种方法来校核由图相量图可知 哪印 两边乘以相数和电流几则 巾即 哪中血 尸 丑 几可用功率表测 出 几和 可 以计算 出 如果上式成立 则与它同相位 其次 在一定 负载下 调节端电压 当与 瓦同相位时 电流应为最小 如果不与瓦同相位 则定子 电 流除有轴分量外 还有轴分量 因此 进行该试验时 应一面调节电流使其最小 一面计 算式功率关系是否成立这样才能较准确地确定与瓦同相位 测试方法的分析比较 纯感性负载法和直接短路法 虽电枢反应为去磁作用 使磁路处于不饱和状态 但计算 中 电势不是采用气隙线上的电势 而是实际开路电势凡因此算出的为为饱和值由于额定负 华北电力学院学报 载时的饱和度与开路时的饱和度不 同 因此测出的 与额定负载时的值稍有差别其次 由 于忽略了电阻的影响 对于小容量电机可能误差相对较大 转差法不仅能测 出 还能测 出凡 由于要降低电压进行 所以测出 的为 非饱 和值 采用电流 电压表测量时 由于指针摆动的惯性 测量误差 较大 采用录波法可以解决这一问 题 直接负载法是较好的一种测 试方法 但需要测量功率角的装置 而且功率角的测量准确度 直接影响 和 的误差其次 计算时采用开路电势凡它与实际负载时之 也有一定的 差别 井网法 只能测 出 它的优点是无需测 出功率角该试验 的关键是调节电压使电流和 电势瓦同相位 测试实例 用上述方法对一台自起动钦铁硼永磁同步电动机的参数进行了测定 现把测量结 果列表如下 漏抗及交流 电阻的测 转子静止单相励磁法 表单相励磁法测试数据 凹 中 卿 人 注 田 中角是用 双线示波 罗 器测出的 交流电阻平均值 一 合 一 漏抗平均值 气 抽出转子法 汉 组 出 合 一 印 按 式 算出 已知电机的 科匝 交叭 户 按式计算出凡 所以电机的漏抗 凡 一凡一 同步电抗 的测 纯电感负载法测为 表纯电感负载法测试数据 凡闰 币 沥 币币 凹 圳乃币 幼 职币 刁叩研 用简易方法侧定永磁同步电机的诵抗和同步电机 直轴电抗平均值 一 今 的 一 仙 直接短路法测 司绷 转分 尽了 按式算出 二 加 转差法测 石凹 衰转差法沮弓 试数据 注 幼 一户 挂目 临 为 叨 氏 凡 脚 电压 电流采用 光线录彼器侧出 且为线值 直轴同步电抗平均值 一 冬 一 价 交轴同步电抗平均值 李 一 价 直接负载法测 凡 由试验测出 只 咨 几 价 由中 了六 二 算出 价 护 刀 平 中一占一 一 按式 可算出 价 蛆 井网法很 叮 测出 闪气 砂 凡 饮 几几 习 即 几凡 与 瓦基本上同相位 按式可算出 脱 测试值与设计值的比较 裹派弓 试值与设计值的比较 定子漏抗凡卿 设计值 转子静止单 相励磁法 抽出转子法 定子电阻 卿 哪 直流电阻 训 交流电阻 巧 侧试值 华北电力学院学报 表测试值与设计值的比较 直轴同步电抗凡叨交轴同步电抗凡叨 设计值 犯 纯感性负载法 直接短路法 直接负载法 井网法测凡 转差法 测试值 侧不饱和值域不饱和值 结论 本文所述测 试永磁同步电机漏抗和同步电抗的方法 原理清楚 简便可行 从测试实例 的结果与设计值比较看出 这些方法的准确度高 所述方法还适用于电