同步电机之永磁同步电机功率角的测量

    同步电机的功率角是电机的端电压口和励磁电动势艺。之间的相角差。我们知道，当电机稳定运行时，其端电压信号可以直接取得，但励磁电动势信号不能直接取得，只能通过间接的方法取得一个与玄。频率相同、相差固定的周期信号来替代玄。以与端电压进行相位比较。传统的间接方法是：在被试电机的电枢槽口埋置节距与电机原有线圈相同的几匝细导线作为测量线圈，或在被试电机的轴上装一台与被试电机极数相同的小型同步电机或旋转变压器，以取得比较信号但埋置测量线圈很不方便，在转子轴上装小型同步电机或旋转变压器要求被试电机有两个轴伸端，这往往难以做到。要提高功率角测试精度和方便使用，现在较多采取用位置传感器来检测转子位置信号以与端电压进行相位比较的办法。直接测转子位置法的基本原理是在被试永磁同步电机的轴上装一投射式或反射式的光电圆盘，盘上均匀分布的孔或黑白相间的标记块数与被试同步电机的极对数户相同。当圆盘随电机旋转一圈时，光电传感器接受到p次转子位置信号，产生p个低电压脉冲。当电机同步运行时，该转子位置信号的频率等于电枢端电压频率，其相位能反映励磁电动势的相位。该同步脉冲信号经整形放大，移相后与被试电机电枢端电压进行相位比较得到相位差。设当电机空载运行时，相差为口1 〔近似认为此时的功率角夕一0 )，当负载运行时，该相差为久，则氏一夕l就是被试永磁同步电机负载时的功率角值。这种方法的原理框图如图11名所示．由于在光电盘上均匀涂黑白相间的标记较困难，而且当被试永磁同步电机极数不同时标记盘不能互相通用。为简便起见，也可以在被试电机传动轴上包一圈黑色胶布，其上涂一个白色标记，将反射式光电传感器的光源发出的光聚焦于这圈胶布的表面上这样电机每转一转，光电传感器中光敏三极管因接收到一次反射光而导通一次，产生一个电脉冲信号，经放大整形后得到比较信号El 。自被试电机电枢绕组端引出其任意两相端电压，由电压互感器PT降为低电压，送至电压比较器，形成代表电压相位的矩形脉冲信号u . ul经p分频后，经相位比较器比较得到其与El信号的相位差。

    以上测量功率角方法的不足之处在于：要对两次测量值求差以得到功率角。为避免两个量相减而降低精度，

在测量负载的相位差夕：时，把亡：信号反向．此时测得的相位差为刃一1800一久，功率角a一180a一（01＋酣），这就把两个量由相减转化为相加。其相量示意图如图11 ? 4所示。另一种改进的方法不用对电压矩形波信号分频，而用微型计算机同时记录信号波形，分别通过输入接口，记录空载电压和转子位置信号波形u、E 。以及负载时电压和转子位置矩形波信号u 、 E，然后把两次记录的波形相对移动，直到两个电压矩形波信号的波形完全重合，这时两个转子位置信号的相位差就是功率角；或移动波形到两个转子位置信号波形重合，这时两个电压信号的相差就是功率角。图11一5是后者情况的原理波形图。

需要指出的是，永磁同步电动机实际空载运行时，功率角不为零，尤其是对于小型电机，由于空载运行时的空载损耗（包括定子铜损耗、铁损耗、机械损耗、杂散损耗）相对比较大，如认为空载时功率角为零就会引起功率角测量的较大误差，这时可以使直流电机运行于电动机状态，转向与被试电机转向一致，用直流电动机提供被试电机的全部转轴损耗（包括铁耗、机械耗、杂散耗等）。判断的方法是，被试电机输入功率等于定子铜耗即P一八，且电压电流同相位。这时测得的夕才对应于功率角为零时的情况。