Prüfrichtlinien für Permanentmagnetgeneratoren

Permanentmagnet-Synchrongeneratoren (PMSG) nutzen Hochleistungs-Permanentmagnete aus Seltenerdmaterialien, um ein konstantes Magnetfeld zu erzeugen. Sie benötigen keinen externen Erregerstrom und bieten daher einen extrem hohen Wirkungsgrad der elektrischen Energieumwandlung (typischerweise bis zu 92–96 %) und eine exzellente Leistungsdichte. Ihre einzigartige physikalische Struktur bestimmt jedoch wesentliche Eigenschaften der elektrischen Ausgangsleistung:

Während des Generatorbetriebs Die Leerlaufspannung ist in der Regel deutlich höher als die Volllastspannung.Dies liegt hauptsächlich an der internen Impedanz (Statorwicklungswiderstand und Streureaktanz) im Generator. Im Leerlauf ist der Ausgangsstrom extrem gering, der interne Spannungsabfall nahezu null und die Klemmenspannung liegt nahe der idealen Gegen-EMK. Bei Volllastanschluss führt der hohe Stromfluss durch die interne Impedanz zu einem signifikanten Spannungsabfall, wodurch die Ausgangsklemmenspannung sinkt.

Zum Beispiel für ein Permanentmagnetgenerator Bei einer Nennspannung von 690 V beträgt die Leerlaufspannung etwa756 V ~ 780 V, was ein völlig normales physikalisches Phänomen und kein Fehler ist.

Die Ausgangsspannung eines Permanentmagnetgenerator reagiert sehr empfindlich auf die Belastungseigenschaften.Selbst wenn die Geschwindigkeit der Antriebsmaschine (wie z. B. einer WindkraftanlageWenn eine Wasserturbine oder ein Dieselmotor absolut stabil bleibt, schwankt die Ausgangsspannung entsprechend, wenn sich die Größe oder Art der Lastleistung ändert.

• Beim Anschluss einer Hochleistungslast steigt der Statorstrom, der Spannungsabfall an der Innenimpedanz nimmt zu und die Klemmenspannung sinkt.
• Wenn eine Last mit geringer Leistung angeschlossen wird, erholt sich die Klemmenspannung.
• Beim Anschluss nichtlinearer Lasten (wie z. B. LED-Beleuchtung, Schaltnetzteile usw.) verursachen die von der Last erzeugten Oberwellenströme zusätzliche, gegenläufige Magnetfelder und Spannungsverzerrungen im Generator, was zu Spannungsschwankungen führt.

Da Permanentmagnete Spannungsabfälle nicht durch Anpassung des Erregerstroms wie elektrisch erregte Generatoren ausgleichen können, Die Spannungsregelungsrate ist relativ schwachDas ist auch der Grund PermanentmagnetgeneratorAuch wenn sie 380 V/50 Hz ausgeben und der Eingangstreiber stabil ist, wird davon abgeraten, sie direkt mit Lasten zu starten – der Lastpegel verursacht direkt Änderungen der Ausgangsspannung.

Um die Genauigkeit der Testergebnisse und die Gerätesicherheit zu gewährleisten Permanentmagnetgenerator,Es wird dringend empfohlen, einen Motor (oder eine Antriebsmaschine) mit einer Antriebsleistung von mindestens dem 1,1-Fachen der Nennleistung des Generators zu verwenden. zum Autofahren. Das heißt:

Zum Beispiel für ein Permanentmagnetgenerator Bei einer Nennleistung von 30 kW sollte ein Antriebsmotor mit einer Leistung von mindestens 33 kW ausgewählt werden.

Ist die Antriebsleistung wesentlich geringer als die Nennleistung des Generators (z. B. ein 5-kW-Motor zum Antrieb eines 30-kW-Generators), ergeben sich folgende schwerwiegende Konsequenzen:

(1) Unfähigkeit, die Nenngeschwindigkeit zu erreichen

Die Ausgangsspannung des Generators ist proportional zur Drehzahl. Bei unzureichender Antriebsleistung kann der Motor den Generator nicht auf die Nenndrehzahl beschleunigen, wodurch Ausgangsspannung und -frequenz unter den Nennwerten liegen. Ein 30-kW-Generator benötigt mehr als 30 kW mechanische Eingangsleistung, um die Nennleistung zu erbringen; das Antriebsdrehmoment von 5 kW ist dafür bei Weitem nicht ausreichend, und die Drehzahl wird deutlich zu niedrig sein.

(2) Ausgangsspannung und -frequenz entsprechen nicht den Spezifikationen

• Niedrige Spannung: Die Nennspannung (z. B. 380 V/400 V/690 V usw.) kann nicht erreicht werden, wodurch die ordnungsgemäße Durchführung von Nennbedingungentests unmöglich wird.
• Niedrige Frequenz: Bei einem 50-Hz-System führt eine unzureichende Geschwindigkeit dazu, dass die Frequenz von 50 Hz abweicht, wodurch die Testdaten ungültig werden.
• Unfähigkeit zur Durchführung von Volllasttests: Es können nur Leerlauf- oder Teillasttests durchgeführt werden, und die Belastbarkeit des Generators kann nicht überprüft werden.

(3) Schäden durch Überlastung des Antriebsmotors

Der Langzeitbetrieb des Antriebsmotors unter Überlastbedingungen führt zu Folgendem:

• Überhitzung der Wicklung, beschleunigte Alterung der Isolierung, verkürzte Lebensdauer des Motors.
• Mögliche Auslösung des Überlastschutzes, Unterbrechung von Tests.
• In schweren Fällen kann es zum Durchbrennen des Antriebsmotors kommen.

(4) Ungültige Testergebnisse

Da die Drehzahl nicht auf den Nennwert stabilisiert werden kann, haben alle Testdaten (Spannungsregelungsrate, Wirkungsgrad, Temperaturanstieg usw.) keinen Referenzwert, und es können keine genauen Testergebnisse erzielt werden.

Neben der Leistungsanpassung ist die Drehzahlstabilität der Antriebsausrüstung gleichermaßen entscheidend:

• Geschwindigkeitsschwankungen sollten innerhalb von ±1% der Nenngeschwindigkeit.
• Übermäßige Drehzahlschwankungen verursachen Frequenzschwankungen der Ausgangsspannung und Verzerrungen der Wellenform.
• Es wird empfohlen, als Antriebsquelle einen Frequenzumrichter oder einen Dieselmotor mit Drehzahlregelung zu verwenden, um eine präzise und kontrollierbare Drehzahl zu gewährleisten.

• Prüfen Sie, ob die Leistung des Antriebsmotors mindestens das 1,1-fache der Nennleistung des Generators beträgt.
• Prüfen Sie die Ausrichtung der Kupplung zwischen Antriebsmotor und Generator.
• Prüfen Sie, ob alle Generatorklemmen fest und zuverlässig sind und die Phasenfolge korrekt ist.
• Prüfen Sie den Isolationswiderstand (Statorwicklung gegen Erde und zwischen den Phasen); der Isolationswiderstand im kalten Zustand sollte nicht weniger als 500 MΩ betragen.
• Vergewissern Sie sich, dass alle Messgeräte (Voltmeter, Amperemeter, Leistungsmesser, Frequenzmesser, Thermometer usw.) kalibriert sind und sich innerhalb der Gültigkeitsdauer befinden.
• Vergewissern Sie sich, dass die Nennspannung des Lastkastens bzw. der Lastgeräte mit der Ausgangsspannung des Generators übereinstimmt.

1. Stellen Sie sicher, dass sich der Generatorausgangsschalter in der offenen (Leerlauf-)Position befindet.
2. Starten Sie den Antriebsmotor und erhöhen Sie die Drehzahl langsam auf die Nenndrehzahl des Generators.
3. Nachdem sich Drehzahl und Frequenz stabilisiert haben, werden die Leerlauf-Leiterspannung und die Phasenspannung aufgezeichnet.
4. Die Drehzahl schrittweise anpassen, die Leerlaufspannung bei verschiedenen Drehzahlen aufzeichnen und die Leerlaufkennlinie erstellen.
5. Messen Sie den Leerlaufstrom (sollte nahe Null liegen).
6. Den Temperaturanstieg während des Leerlaufbetriebs (nach 30 Minuten Betrieb) aufzeichnen.

NotizDie Leerlaufspannung eines Permanentmagnetgenerator Die Leerlaufspannung ist üblicherweise höher als die Nennspannung; das ist normal. Beispielsweise kann die Leerlaufspannung bei einem Generator mit einer Nennspannung von 690 V etwa 756 V betragen.

1. Prüfen Sie bei Nenndrehzahl, ob die Leerlaufspannung stabil ist.
2. Adoptieren Sie einen schrittweises Laden Methode, bei der die Last schrittweise auf 25 %, 50 %, 75 % und 100 % der Nennleistung erhöht wird.
3. Nachdem jede Laststufe 10 bis 15 Minuten lang stabil läuft, zeichnen Sie bitte folgende Daten auf:

• Netzspannung, Phasenspannung
• Leiterstrom, Phasenstrom
• Wirkleistung, Blindleistung, Leistungsfaktor
• Frequenz
• Wicklungstemperatur, Lagertemperatur, Gehäusetemperatur

4. Spannungsregelungsrate berechnen: ΔU% = (U₀ - U) / U × 100% (U₀ ist die Leerlaufspannung, U ist die Nennspannung)

1. Den Betrieb unter Nennlast fortsetzen, bis die Temperatur jedes Teils stabil ist (Temperaturanstiegsänderung nicht mehr als 1 K/h).
2. Verwenden Sie eine Infrarot-Wärmebildkamera oder einen Temperaturrekorder zur Überwachung:

• Statorwicklungstemperatur (mittels eingebetteter Widerstandsmethode oder Thermoelementmethode)
• Lagertemperatur
• Oberflächentemperatur des Permanentmagneten (darf die für das Permanentmagnetmaterial zulässige Höchsttemperaturgrenze, typischerweise 80~180°C, abhängig von der Magnetgüte, nicht überschreiten)
• Gehäuseoberflächentemperatur

3. Notieren Sie die Temperaturanstiegswerte der einzelnen Teile (im Vergleich zur Umgebungstemperatur).

Die Nenndrehzahl ist die Referenzdrehzahl für den Auslegungsbetrieb des Generators. Bei dieser Drehzahl gilt:

• Die Ausgangsfrequenz ist die Nennfrequenz (z. B. 50 Hz oder 60 Hz).
• Die Ausgangsspannung ist die Nennspannung (z. B. 380 V/400 V/690 V).
• Alle Leistungsparameter (Wirkungsgrad, Leistungsfaktor, Temperaturanstieg usw.) basieren auf Messwerten bei Nenndrehzahl.

Formel zur Geschwindigkeitsberechnung: n = 60f / p

Dabei ist f die Nennfrequenz (Hz) und p die Anzahl der Polpaare.

Beispiel: Bei einem 50-Hz-Generator mit 12 Polen (p=6) beträgt die Nenndrehzahl n = 60×50/6 = 500 U/min.

• Geschwindigkeit zu hoch: Erhöhung der Ausgangsspannung und -frequenz, was möglicherweise zu einer Überbeanspruchung der Isolation führt und die Testwerte zu hoch ausfallen lässt.
• Geschwindigkeit zu niedrig: Ausgangsspannung und -frequenz sinken, erreichen die Nennbedingungen nicht und die Testdaten sind zu niedrig und ungültig.
• Geschwindigkeitsschwankung: verursacht Spannungsfrequenzschwankungen und Wellenformverzerrungen, und die Messdaten weisen eine große Streuung auf.

• Nenndrehzahlschwankung: ≤ ±1%
• Reaktionszeit bei Lastsprüngen: ≤ 5 Sekunden (nach plötzlicher Laständerung)
• Es wird empfohlen, einen Frequenzumrichtermotor mit Drehzahlrückkopplung und geschlossener Regelung zu verwenden.

Die Ausgangsspannung des Generators muss exakt der Nennspannung des Prüfgeräts entsprechen. Vor dem Test muss die Leerlaufspannung des Generators mit einem Multimeter oder einem Netzqualitätsanalysator überprüft werden, um sicherzustellen, dass sie innerhalb des zulässigen Spannungsbereichs des Prüfgeräts liegt.

Wenn die Ausgangsspannung des Generators zu hoch ist (die Nennspannung des Prüfgeräts um mehr als 10 % überschreitet), führt dies zu Folgendem:

• Isolationsdurchschlag: Die Überspannung überschreitet die Spannungsfestigkeitsgrenzen der internen elektronischen Bauteile und Isoliermaterialien des Prüfgeräts.
• KondensatorplatzenElektrolytkondensatoren werden durch Überspannung beschädigt.
• Halbleiter-Durchbrennen: Leistungshalbleiterbauelemente fallen aufgrund von Überspannungsdurchschlägen aus.
• Sättigung des magnetischen KreisesBei Prüfgeräten für Transformatoren oder Motoren führt eine Überspannung zur Sättigung des Kernmagnetkreises, der Magnetisierungsstrom steigt sprunghaft an, und das Gerät erhitzt sich schnell und brennt durch.

• Vor der Prüfung muss die Spannung durch Anpassen der Drehzahl des Antriebsmotors oder des Umrichters auf den zulässigen Nennbereich des Geräts reduziert werden.
• Bei Permanentmagnetgeneratoren kann die Erregung nicht eingestellt werden, daher wird die Ausgangsspannung hauptsächlich durch die Einstellung der Antriebsdrehzahl gesteuert.
• Es wird empfohlen, an den Generatorausgangsklemmen einen Umrichter, ein spannungsstabilisierendes/frequenzstabilisierendes Netzteil oder einen Regler/Wechselrichter zu installieren, um Testgeräte mit unterschiedlichen Nennspannungen anzupassen und die Anforderungen an Netzanschluss und Energiespeicherung zu erfüllen.

Herkömmliche elektrisch erregte Generatoren können die Ausgangsspannung durch Anpassung des Erregerstroms stabilisieren. Das Magnetfeld eines Permanentmagnetgenerators hingegen wird von Permanentmagneten erzeugt und ist konstant, nicht einstellbar. Daher wirken sich Laständerungen direkt auf die Ausgangsspannung aus. Aus diesem Grund müssen Permanentmagnetgeneratoren zunächst im Leerlauf stabil laufen, bevor Lasten schrittweise hinzugefügt werden.

1. Entladen Sie die Stromzufuhr sofort schrittweise; öffnen Sie den Hochstromschalter nicht direkt.
2. Prüfen Sie, ob die Antriebsdrehzahl konstant beim Nennwert liegt.
3. Prüfen Sie, ob die Last zu groß ist oder ein Kurzschluss vorliegt.
4. Prüfen Sie, ob die Verkabelung korrekt ist, ob es keine Lockerungen oder schlechten Kontakt gibt.
5. Sollte die Spannung weiterhin abnormal sein, muss die Maschine sofort zur Überprüfung angehalten werden.

1. Die Last allmählich auf Null reduzieren und den Motor 2–3 Minuten zum Abkühlen laufen lassen.
2. Öffnen Sie den Lastschalter.
3. Reduzieren Sie die Drehzahl des Antriebsmotors langsam auf Null.
4. Die Stromversorgung unterbrechen.
5. Entladen Sie die Generatorausgangsklemmen.
6. Testdaten und Gerätestatus aufzeichnen.

Die wichtigsten Punkte bei der Prüfung von Permanentmagnetgeneratoren lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Die strikte Einhaltung der oben genannten Prüfrichtlinien gewährleistet die Sicherheit der Prüfung von Permanentmagnetgeneratoren und die Genauigkeit der Daten.