專利名稱：快速辨識異步電機參數(shù)的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及異步電機控制技術，特別是一種快速辨識異步電機參數(shù)的方法。
背景技術：
隨著半導體技術和控制技術的發(fā)展，對異步電機的控制 達到了與直流電機相當?shù)恼{速性能，現(xiàn)在的異步電機驅動系統(tǒng)多使用間接磁場定向或無速度傳感器磁場定向控制技術，異步電機磁場定向控制將電機的勵磁電流和轉矩電流解I禹，用轉子磁場定向方法實現(xiàn)轉矩的瞬時控制，無論是間接磁場定向還是無速度傳感器磁場定向控制，都需要準確的電機參數(shù)，因此電機參數(shù)的辨識是矢量控制的關鍵技術。異步電機參數(shù)辨識可分為在線式和離線式。在線式辨識需要系統(tǒng)正常工作并且有準確的速度信息，常用的主要方法有卡爾曼濾波、模型參考自適應法和最小方差等。這些方法計算量大，實時性不強，同時可能需要特殊的激勵信號，而且在無速度傳感器系統(tǒng)中，電機轉速和轉子電阻的同時辨識是很困難的。離線式辨識可以不需要速度信息，它在電機靜態(tài)時進行參數(shù)辨識，目前常用的異步電機參數(shù)離線辨識方法主要為利用直流試驗測試定子電阻，堵轉試驗辨識定、轉子漏感和轉子電阻，空載試驗辨識定、轉子間的互感。在一些情形中辨識電機參數(shù)時不能旋轉電機，需要在停轉下獲得主電感和轉子時間常數(shù)，這些試驗全在單相試驗中完成，因此，直流試驗和單相試驗能辨識異步電機的所有參數(shù)。中國發(fā)明專利公開說明書CN 1354557A公開了一種異步電機參數(shù)辨識方法，其通過直流伏安法測試電機的定子電阻；用短路試驗方法獲得電機的轉子電阻和定、轉子漏感；用空載試驗方法獲取電機的定、轉子互感及空載電流，通過對變頻調速系統(tǒng)中的導通壓降、開關延時和死區(qū)時間的補償，提高辨識參數(shù)的精度和穩(wěn)定性。通過兩個頻率點的堵轉試驗，采用兩點法計算額定滑差頻率處的轉子電阻值，克服集膚效應的影響獲取準確的轉子電阻值，使其完全滿足適量控制系統(tǒng)的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明需要解決的技術問題是如何通過一次實驗快速辨識逆變器供電異步電機系統(tǒng)中異步電機參數(shù)。為解決上述的技術問題，本發(fā)明快速辨識異步電機參數(shù)的方法包括以下步驟，a,向電機施加包含直流分量和兩個不同頻率交流分量的給定電流信號，所述交流頻率分別為和f2 ;b,通過控制逆變器的開關狀態(tài)使得電機三相繞組處于單相試驗狀態(tài)；C，通過檢測裝置分別檢測電機三相繞組電流和直流母線電容電壓；d,通過直流母線電容電壓計算得到電機繞組端電壓；e,通過對電機三相繞組電流和電機繞組端電壓進行FFT變換提取直流分量和各頻率下的電壓、電流幅值和相位；f,通過直流分量計算電機定子電阻，根據(jù)電機等效模型和步驟e中獲得的電壓、電流幅值和相位計算得到電機定、轉子漏感，轉子電阻，定、轉子間電感。進一步的，所述電機三相繞組單相試驗狀態(tài)為電機三相繞組中的一相繞組處于開路狀態(tài)或者其中兩相繞組短接。進一步的，所述兩個不同交流分量和f2的頻率范圍為16Hz-36Hz。進一步的，將步驟a中向電機施加的給定電流信號與步驟c檢測的電機繞組電流進行比較，通過電流環(huán)補償網(wǎng)絡形成閉環(huán)。進一步的，所述步驟c中檢測裝置包括檢測電機三相繞組電流的霍爾電流傳感器和檢測直流母線電容電壓的霍爾電壓傳感器。進一步的，所述步驟d計算電機繞組端電壓為將直流母線電壓乘以IGBT開關的占空比，同時減去IGBT開通時的導通壓降。 采用上述方法后，只需要通過一次單相實驗就可以計算出異步電機的參數(shù)，單相試驗不需要旋轉電機，這樣在一些不能旋轉電機的情況下可以順利的檢測出異步電機的參數(shù)。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。圖I為本發(fā)明逆變器供電異步電機系統(tǒng)。圖2為本發(fā)明異步電機參數(shù)辨識電機第一種連接方式的電路示意圖。圖3為本發(fā)明異步電機參數(shù)辨識電機第二種連接方式的電路示意圖。圖4為本發(fā)明異步電機參數(shù)辨識電機等效模型電路示意圖。圖5為本發(fā)明異步電機參數(shù)辨識方法的結構框圖。
具體實施例方式圖I為逆變器供電的異步電機簡化系統(tǒng)原理圖，圖中異步電機用三相繞組模型代替。本發(fā)明快速辨識異步電機參數(shù)的方法采用一次單相試驗，當采用逆變器進行單相試驗時，逆變器的開關狀態(tài)沒有按照傳統(tǒng)的動態(tài)正常工作時的PWM方式進行調制，而是采用靜態(tài)下某些開關一直處于開通狀態(tài)或者關斷狀態(tài)，為了得到辨識需要的直流電壓，將電機U, V, W三相繞組中的一相繞組處于開路狀態(tài)，如圖2所示，或者將兩相(V，W相或者U，V相或者U，W相)橋臂的控制信號相同，即將電機的兩相繞組短接，如圖3所示。綜上所述，如圖5所不,本發(fā)明方法第一步向電機施加包含直流分量和兩個不同頻率交流分量的給定電流信號，給定電流Ig=Ij^I1=I=Sin (ω jt) +I1^sin (ω 2t)其中，Im為直流分量，Ifsin(Colt) Udsin(Co2t)為兩個不同頻率交流分量，考慮到電機的集膚效應和齒槽效應，兩個交流分量和f2的頻率范圍16Hz-36Hz，即電機工作頻率的中頻帶。為了保證電機給定電流信號的穩(wěn)定，將步驟a中向電機施加的給定電流信號與步驟c檢測的電機繞組電流進行比較，兩者做差后通過電流環(huán)補償網(wǎng)絡，形成閉環(huán)。電流環(huán)補償網(wǎng)絡輸出作為電壓參考信號，利用該信號進行調制驅動逆變器，這樣經(jīng)電流環(huán)補償后的輸出可以使電機工作在給定電流的穩(wěn)定狀態(tài)。這里的電流環(huán)補償網(wǎng)絡采用PI比例積分控制器。
然后步驟b是通過控制逆變器的開關狀態(tài)使得電機三相繞組處于單相試驗狀態(tài)。在這里我們通過控制逆變器開關狀態(tài)選擇電機的兩相繞組短接(如圖3所示)。步驟c通過霍爾電流傳感器檢測三相繞組電流，霍爾電壓傳感器檢測直流母線電壓。同時，由于電機繞組連接逆變器時，逆變器直流母線電壓不能直接加在定子繞組上，需要對直流母線電壓進行調制，得到與給定電流成正比關系的電壓Us，所以步驟d通過直流母線電容電壓計算得到電機繞組端電壓。該電壓與直流母線電壓的關系為Us=Udc^D-Vce式中，Us為定子繞組電壓，Udc為直流母線電壓，D為IGBT開關的占空比，Vce為IGBT的導通壓降。步驟e是通過對電機三相繞組電流和電機繞組端電壓進行FFT變換提取直流分量和各頻率下的電壓、電流幅值和相位。這里設定經(jīng)過FFT變換后所提取的直流分量的電壓為Us d。，直流分量的電流為Is d。；頻率fl分量的電壓幅值為V(O1),電壓相位為θν(ω1)，電流幅值為IO1),電流相位為θ Ι(ω1);頻率f2分量的電壓幅值為ν(ω2)，電壓相位為·θ ν(ω2)，電流幅值為I (ω2)，電流相位為θ Ι(ω2)0步驟f是通過直流分量計算電機定子電阻，根據(jù)電機等效模型和步驟e中獲得的電壓、電流幅值和相位計算得到電機定、轉子漏感，轉子電阻，定、轉子間電感。其實現(xiàn)方法如下I.電機定子電阻計算由于電機繞組的電阻值在靜態(tài)時為一定值，不隨著激勵信號頻率的變化而變化，因此可以根據(jù)測試得到的定子繞組直流電壓和直流電流值可以計算定子電阻，Rs=Usdc/Isdc (I)Us dc為定子繞組直流電壓，Is dc為流過定子繞組的直流電流，Rs為計算得到的定子繞組的電阻。2.轉子電阻；定、轉子的電感以及定、轉子間的互感計算由于電感只有在交流激勵信號時起作用，由上述的FFT變換可以得到第一工作頻率下的等效阻抗，Ζθα(ω1)=ν(ω1)/Ι(ω1) (2)V(Co1)和I(Co1)分別為檢測到的第一頻率信號經(jīng)過FFT變換后的電壓幅值信號和電流幅值信號。同時經(jīng)過FFT變換可以得到相位信號，即電機的功率因數(shù)，其計算值為PF ( ω 丄)=Cos ( θ ν(ω1)-θ Ι(ω1)) (3)θ ν(ω1)和θ Ι(ω1)分別為檢測到的第一頻率信號經(jīng)過FFT變換后的電壓相位信號和電流相位信號。根據(jù)公式(2)和公式(3)可以得到第一工作頻率的電阻和電抗；等效電阻=Req(CO1)=Zeq(CO1)=^PF(CO1)等效電抗-.Xeq(ω,)=(ω,)*7、(ω,)-Re9(^1)*Re (碑)定、轉子的漏感!-I.'.='
J 士 CO,轉子電阻=Rr=Req(Co1)-Rs
用同樣方法可以得到第二工作頻率時的等效電阻、等效電抗、定轉子間的漏抗、轉子電阻等。如圖4所示的電機等效模型電路，其中漏感系數(shù)
權利要求
1.一種快速辨識異步電機參數(shù)的方法，其特征在于，包括以下步驟， a,向電機施加包含直流分量和兩個不同頻率交流分量的給定電流信號，所述交流頻率分別為和f2 ; b,通過控制逆變器的開關狀態(tài)使得電機三相繞組處于單相試驗狀態(tài)； c,通過檢測裝置分別檢測電機三相繞組電流和直流母線電容電壓； d,通過直流母線電容電壓計算得到電機繞組端電壓； e,通過對電機三相繞組電流和電機繞組端電壓進行FFT變換提取直流分量和各頻率下的電壓、電流幅值和相位； f，通過直流分量計算電機定子電阻，根據(jù)電機等效模型和步驟e中獲得的電壓、電流幅值和相位計算得到電機定、轉子漏感，轉子電阻，定、轉子間電感。
2.按照權利要求I所述的快速辨識異步電機參數(shù)的方法，其特征在于所述電機三相繞組單相試驗狀態(tài)為電機三相繞組中的一相繞組處于開路狀態(tài)或者其中兩相繞組短接。
3.按照權利要求I所述的快速辨識異步電機參數(shù)的方法，其特征在于所述兩個不同交流分量和f2的頻率范圍為16Hz-36Hz。
4.按照權利要求I所述的快速辨識異步電機參數(shù)的方法，其特征在于將步驟a中向電機施加的給定電流信號與步驟c檢測的電機繞組電流進行比較，通過電流環(huán)補償網(wǎng)絡形成閉環(huán)。
5.按照權利要求I所述的快速辨識異步電機參數(shù)的方法，其特征在于所述步驟c中檢測裝置包括檢測電機三相繞組電流的霍爾電流傳感器和檢測直流母線電容電壓的霍爾電壓傳感器。
6.按照權利要求I所述的快速辨識異步電機參數(shù)的方法，其特征在于所述步驟d計算電機繞組端電壓為將直流母線電壓乘以IGBT開關的占空比，同時減去IGBT開通時的導通壓降。
全文摘要
本發(fā)明涉及異步電機控制技術，特別是一種快速辨識異步電機參數(shù)的方法，通過一次實驗向電機輸入給定電流，然后檢測電機繞組電流和逆變器直流母線電壓。將得到的電機繞組電流和逆變器直流母線電壓進行FFT變換后得到直流分量以及各頻率分量的幅值和相位，再根據(jù)電機等效模型和公式計算得到電機各參數(shù)值。采用上述方法后，只需要通過一次單相實驗就可以計算出異步電機的參數(shù)，單相試驗不需要旋轉電機，這樣在一些不能旋轉電機的情況下可以順利的檢測出異步電機的參數(shù)。
文檔編號G01R31/34GK102914740SQ20121031849
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權日2012年8月31日
發(fā)明者陳鑫兵, 李剛, 董步洲, 王俊士, 張晶 申請人:常州聯(lián)力自動化科技有限公司