專利名稱：感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試方法，特別涉及一種感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法。
背景技術(shù)：
目前，變頻調(diào)速技術(shù)由于具有良好的調(diào)速性能及優(yōu)良的節(jié)能特點(diǎn)，正逐漸的大范 圍應(yīng)用。高性能變頻調(diào)速技術(shù)可按轉(zhuǎn)子磁場定向，定子磁場定向，氣隙磁場定向來分類。而 這些調(diào)速系統(tǒng)都要受到電機(jī)參數(shù)的影響，如定子磁場定向技術(shù)中定子磁鏈的準(zhǔn)確估算是極
為重要的，在采用如下磁鏈計算模型時A:J"(《-之尺)^，系統(tǒng)在低速運(yùn)行性能會受電機(jī)
定子電阻參數(shù)的影響。定子電阻在電機(jī)運(yùn)行過程中會隨著溫度的升高而變大。當(dāng)電阻增大 到一定程度時，定子磁鏈的觀測不準(zhǔn)極有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰。同時，在電機(jī)中安置的溫 度傳感器會增加系統(tǒng)成本，降低了系統(tǒng)可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在低速下定子電阻的變化會對按定子磁場定向的變頻調(diào)速系統(tǒng) 產(chǎn)生影響的問題，提出了一種感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法，提供一種模型參考 自適應(yīng)算法來對定子電阻進(jìn)行估計并補(bǔ)償定子電阻壓降。將辨識出的定子電阻通過溫度辨 識單元估計出異步電機(jī)定子繞組平均溫度，可有效提高按定子磁場定向的變頻調(diào)速技術(shù)低 速下系統(tǒng)性能。 本發(fā)明的技術(shù)方案為一種感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法，包括如下步 驟 1)、在感應(yīng)電機(jī)定子磁場定向的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)下運(yùn)行時，電流、電壓傳感器檢 測出的定子側(cè)三相電流、電壓通過3/2坐標(biāo)變換器，變成兩相坐標(biāo)系下的電流和電壓；
2)、然后電流與轉(zhuǎn)速一起通過電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈參考模型計算出轉(zhuǎn)子磁鏈，同時，變換 后的電壓和電流通過電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)模型計算出轉(zhuǎn)子磁鏈；
3)、兩個模型的差通過PI控制辨識出定子電阻； 4)、將該定子電阻分別加到直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)定子磁鏈計算單元和溫度辨模型單 元，可在線辨識出定子電阻，估計出異步電機(jī)定子繞組平均溫度。 所述電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈參考模型為電流模型，電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)模型為電壓模型。所述電 流模型如下 尸 電壓模型如下
廣 、
"T 旭_ 1
，A
z旭一
、"乂
1
1
「 ^乂乂
3<formula>formula see original document page 4</formula>
式中=1-7^為電機(jī)總漏感系數(shù)；^ = #為轉(zhuǎn)子時間常數(shù)；1^。、 為轉(zhuǎn)
子磁鏈在兩相靜止正交坐標(biāo)下的a、P軸分量；i^、isa、i^、i^為定子電壓、電流在兩相 靜止正交坐標(biāo)下的a 、 |3軸分量；p、"分別為微分算子、轉(zhuǎn)子角速度；RS為定子電阻；LS、 Lr、 Lm分別為電機(jī)定子自感、轉(zhuǎn)子自感、定轉(zhuǎn)子互感。 本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法，可有效 辨識出異步電機(jī)定子電阻和定子繞組溫度，節(jié)省了溫度傳感器的使用。通過對定子電阻進(jìn) 行補(bǔ)償，可有效提高按定子磁場定向的變頻調(diào)速技術(shù)低速下系統(tǒng)性能。


圖1為本發(fā)明感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法中MRAS辨識定子電阻構(gòu)造 圖； 圖2為本發(fā)明感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法在直接轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速系統(tǒng) 中的應(yīng)用示意圖； 圖3為本發(fā)明感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法運(yùn)用后的電機(jī)轉(zhuǎn)速波形圖；
圖4為本發(fā)明感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法運(yùn)用后的電機(jī)轉(zhuǎn)矩波形圖。
具體實(shí)施例方式電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的兩種計算模型——電壓模型和電流模型。將電流模型作為參考模
型，電壓模型作為調(diào)節(jié)模型。
參考模型如下
, A、<formula>formula see original document page 4</formula>上式中CT =1-*為電機(jī)總漏感系數(shù)；
r,^t為轉(zhuǎn)子時間常數(shù)；
、為轉(zhuǎn)子磁鏈在兩相靜止正交坐標(biāo)下的a 、 P軸分量； usa、isa、use、ise為定子電壓、電流在兩相靜止正交坐標(biāo)下的a、 |3軸分量； p、"分別為微分算子、轉(zhuǎn)子角速度； &為定子電阻； Ls、 Lm分別為電機(jī)定子自感、轉(zhuǎn)子自感、定轉(zhuǎn)子互感。 當(dāng)以上參考模型和調(diào)節(jié)模型的輸出不一致時，將它們的差通過一定的自適應(yīng)率來 調(diào)節(jié)電壓模型中定子電阻參數(shù)，直到兩個模型的輸出相等為止。此時的定子電阻值即為電 機(jī)此刻運(yùn)行時的定子電阻數(shù)值。取比例積分自適應(yīng)律為Kp+Ki/s. Kp為比例系數(shù)，Ki為積 分系數(shù)，l/s表示積分。得到定子電阻自適應(yīng)算法
狀態(tài)差'



凡
,=f(234.5 + ,0)-234.5A。
式中5幾=/^，「; = /,"(^^-^^) + "，^ —;J為定子電阻自適應(yīng)
A
Vr和^分別表示參考模型和調(diào)節(jié)模型數(shù)值。
T^為辨識出的定子電阻值。
同時，定子電阻是受電機(jī)繞組溫度的影響而發(fā)生變化的，它們之間關(guān)系如下
""34.5+ /0
式中RS為電機(jī)所處的室溫t。時的電阻值。
Rsl為溫度為t時的電阻值。
由此可根據(jù)估算出的電阻值來辨識出此時定子繞組內(nèi)平均溫度
,=#(234.5 + 0-234.5 式中,為電機(jī)運(yùn)行時估算的平均溫度；
Rs為室溫t。下的電阻值，為常值； ^為辨識出的定子電阻。 具體方法包括如下步驟在感應(yīng)電機(jī)定子磁場定向的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)下運(yùn)行 時，傳感器檢測出的定子側(cè)三相電流、電壓通過3/2坐標(biāo)變換器，變成兩相坐標(biāo)系下的電流 和電壓。然后電流與轉(zhuǎn)速一起通過轉(zhuǎn)子磁鏈參考模型計算出轉(zhuǎn)子磁鏈。同時，變換后的電 壓和電流通過轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)模型計算出轉(zhuǎn)子磁鏈。兩個模型的差通過PI控制辨識出定子電阻， 將該定子電阻分別加到直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)定子磁鏈計算單元和溫度辨識模型單元，即可在 線辨識出定子電阻，估計出異步電機(jī)定子繞組平均溫度，提高直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)低速性能。
5
下面對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。圖1為MRAS辨識定子電阻構(gòu)造圖。圖l中電流 模型的輸入有isa， isb分別表示定子電流在兩相正交坐標(biāo)系下的分量，w表示轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角 速度。輸出為轉(zhuǎn)子磁鏈值。電壓模型輸入有usa，usb分別表示定子電壓在兩相正交坐標(biāo)系 下的分量，RsA表示辨識出的定子電阻。輸出也為轉(zhuǎn)子磁鏈。兩者的輸出通過前面所述的 自適應(yīng)算法辨識出定子電阻。 圖2為該發(fā)明在直接轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，直接轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速系統(tǒng)為高性 能變頻調(diào)速技術(shù)，它控制響應(yīng)快，高速下轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速非常穩(wěn)定。圖2中直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)由 坐標(biāo)變換、定子磁鏈計算、定子磁鏈調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)、磁鏈區(qū)間判斷、開關(guān)表選 擇及P麗脈沖產(chǎn)生等幾個部分組成。坐標(biāo)變換將電機(jī)定子端三相電壓、電流變成兩相數(shù)值， 轉(zhuǎn)速PI調(diào)節(jié)根據(jù)實(shí)時反饋的電機(jī)轉(zhuǎn)速計算出給定轉(zhuǎn)矩，然后在兩相靜止坐標(biāo)系下計算出 定子磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩，通過定子磁鏈調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)模塊，及磁鏈區(qū)間判斷模塊，輸出開關(guān) 信號給開關(guān)表選擇及P麗脈沖函數(shù)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腜麗脈沖信號，從而得到正確的電機(jī)定子端 三相電壓。實(shí)時地保證電機(jī)定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩能維持在給定值左右。 由于在低速下，定子磁鏈計算模塊受到定子電阻的變化而導(dǎo)致磁鏈觀測不準(zhǔn)，從 而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 將該發(fā)明用于直接轉(zhuǎn)矩系統(tǒng)中，如圖2中的定子電阻辨識及補(bǔ)償模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 有效地驗(yàn)證了 ，該方法能提高直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)低速時性能，同時可用來進(jìn)行溫度辨識。
圖3為采用此發(fā)明后的電機(jī)轉(zhuǎn)速波形圖。由于在系統(tǒng)中2s的時候負(fù)載突然增加， 因此圖3中在2s的時候轉(zhuǎn)速有一個抖動，但很快又恢復(fù)到給定值上，且非常平穩(wěn)。顯示了 在低速，動態(tài)負(fù)載下同樣能保持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。 圖4為采用此發(fā)明后的電機(jī)轉(zhuǎn)矩波形圖。圖4中2s的時候負(fù)載突然增加，電機(jī)電 磁轉(zhuǎn)矩也能很快的跟隨負(fù)載增加而增大，且保持穩(wěn)定，顯示了良好的動態(tài)特性。
權(quán)利要求
一種感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法，其特征在于，包括如下步驟1、在感應(yīng)電機(jī)定子磁場定向的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)下運(yùn)行時，電流、電壓傳感器檢測出的定子側(cè)三相電流、電壓通過3/2坐標(biāo)變換器，變成兩相坐標(biāo)系下的電流和電壓；2、然后電流與轉(zhuǎn)速一起通過電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈參考模型計算出轉(zhuǎn)子磁鏈，同時，變換后的電壓和電流通過電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)模型計算出轉(zhuǎn)子磁鏈；3、兩個模型的差通過PI控制辨識出定子電阻；4、將該定子電阻分別加到直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)定子磁鏈計算單元和溫度辨識模型單元，在線辨識出定子電阻，估計出異步電機(jī)定子繞組平均溫度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述電 機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈參考模型為電流模型，電機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)節(jié)模型為電壓模型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法，其特征在于，所述電 流模型如下<formula>formula see original document page 2</formula>電壓模型如下<formula>formula see original document page 2</formula>鏈在兩相靜止正交坐標(biāo)下的a 、 |3軸分式中<formula>formula see original document page 2</formula>為電機(jī)總漏感系數(shù)<formula>formula see original document page 2</formula>為轉(zhuǎn)子時間常數(shù)；Vfa、 il^e為轉(zhuǎn)子磁 為定子電壓、電流在兩相靜止正交坐標(biāo)下的a 、 |3軸分量；p、"分別為微分算子、轉(zhuǎn)子角速度；RS為定子電阻；LS、 Lt、 Lm分別為電機(jī)定子自感、轉(zhuǎn)子自感、定轉(zhuǎn)子互感。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)電機(jī)定子電阻及溫度參數(shù)辨識方法，采用基于模型參考自適應(yīng)的控制方法來對感應(yīng)電機(jī)定子電阻和定子繞組溫度進(jìn)行辨識。根據(jù)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈的計算方法，將所述的電流磁鏈計算模型作為參考模型，電壓磁鏈計算模型作為調(diào)節(jié)模型，將兩個模型輸出的差值通過自適應(yīng)率來不斷調(diào)節(jié)電壓模型中定子電阻參數(shù)，直到兩模型輸出差值為零。本發(fā)明有效的辨識出異步電機(jī)在運(yùn)行時的定子電阻參數(shù)和定子繞組溫度，可提高異步電機(jī)直接轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速系統(tǒng)低速性能，同時省略了溫度傳感器的使用，節(jié)約了調(diào)速系統(tǒng)成本。
文檔編號H02P21/04GK101783646SQ20091004557
公開日2010年7月21日 申請日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者梅柏杉, 梅菁, 湯凌峰, 陳暉 申請人:上海電力學(xué)院