CN101825685A - 一种基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的方法，首先通过永磁体磁场和电枢绕组产生的磁场的相互作用来调节转子直、交轴与电枢绕组合成磁动势方向重合，然后根据要测的直、交轴不同的电抗参数，对电机定子绕组选择不同的接线方式，在线路达到电桥平衡的状态下接通电压采集设备，采集电压信号的实时数据，接下来采用数值积分法对由电压采集设备采集到的离散电压信号进行积分，得到永磁电机的磁链参数，进而计算出永磁电机的电抗参数。本发明方法通过磁场的相互作用来调节转子直轴或交轴与电枢绕组合成磁动势方向重合以及通过电压采集设备直接采集电压信号的实时数据，解决了现有技术测量精度低的问题，测量精度高。

Description

一种基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的方法

技术领域

本发明方法涉及永磁电机电抗参数的测试方法，它基于电压积分法，是通过对采集的离散电压信号进行积分的永磁电机电抗参数测试方法。

背景技术

目前用于测量各类永磁电机直、交轴电抗参数的测试方法有电压积分法、直流衰减法、直接负载法等多种辨识方法。其中原电压积分法的操作步骤为(测量原理见图1，该图为直轴电抗参数测量电路)：第一步，调节转子直轴或交轴与电枢合成磁动势轴线方向重合；第二步，根据要测的直、交轴电抗参数的不同，对电机定子绕组选择不同的接线方式，然后将电机绕组网络的一端通过电流表与滑动变阻器R₃、R_m的一端相连接，R_m的另一端通过开关与直流电源正极相连。直流电源负极与另外两个滑动变阻器R₄、R₂的一端相连，R₂另一端与绕组网络的另一端相连，R₄的另一端与R₃相连，电压表和磁通计相并联后，一端接到R₃和R₄的接线处，另一端接到R₂和绕组网络一端的接线处；第三步，接通电源，调节滑动变阻器，使电压表指示为零并观察磁通计数值是否变化；第四步，若达到平衡，则按下磁通计的复位键，断开开关，记录此时的磁通计读数；第五步，根据读数计算对应的直轴或交轴电感参数，然后经计算得到直轴或交轴电抗数值。原电压积分法原理简单，但也存在一定的不足：在第一步转子直轴或交轴与电枢合成磁势方向重合的调节中，通过转动电机转子，使已连接有检流计的定子绕组中产生感应电流，根据检流计的指针摆动调节两方向重合，由于受到检流计指针的机械惯性以及人的反应时间的影响，两方向重合的调节必然产生一定的误差。第四步中用到磁通计这一特殊仪器，由于第三步中电压表受到电阻器精度的影响而导致调零不准确，所以当磁通计调为零时，实际电桥两输出端的电压并不为零，以至于在线圈放电完毕后磁通计的示数仍有变化，影响永磁电机电抗参数的测量精度，造成测量精度低。

发明内容

针对现有电压积分法的不足，本发明提供一种测量精度高，操作过程简单的基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的方法。

本发明基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的方法，其特征在于采用数值积分法对由电压采集设备采集到的离散电压信号进行积分，得到永磁电机的磁链参数，进而计算出永磁电机的电抗参数，具体的测试步骤为：

第一步，将永磁电机的B、C两相绕组相连接，并从A相绕组输入，从B、C两相绕组输出电流I使永磁体带动转子RT定位，此时转子直轴与定子绕组合成磁动势的方向重合。

第二步，将电机绕组的B、C两相短接，与A相共同构成一个电阻网络，其中A端通过电流表与滑动变阻器R₃、R_m的一端相连接，R_m的另一端通过空气开关S与直流电源E正极相连，直流电源负极与滑动变阻器R₂、滑动变阻器R₄的一端相连，R₂另一端与绕组网络的B、C端相连，R₄的另一端与R₃相连，电压表和电压采集装置相并联后，一端接到R₃和R₄的接线处，另一端接到R₂和绕组网络B、C端的接线处。

第三步，合上开关S，调节滑动变阻器R_m使电流表示数为实验所需要的数值I₀₁，然后调节滑动变阻器R₂、R₃、R₄，使电压表示数为零，即电桥平衡。

第四步，接通电压采集设备，如示波器或信号采集卡等装置，断开开关S，用电压采集设备采集电压信号的实时数据。

第五步，记开关S断开的时刻为0时刻，从采集到的电压信号中选取从0时刻到电压值减小至零时这段时间内的信号为有效信号，并按公式(1)计算磁链ψ′₁

${{\mathrm{\ψ}}_1}^{\′}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{u}_1\left(k\right)*\mathrm{\Δt}---\left(1\right)$

其中u₁(k)为回路中电阻R₂和R₄上的瞬时电压在各个采样点的值，Δt为采样间隔，n为采样点数；

第六步，根据公式(2)计算定子绕组直轴电感L_d

$L_d=\frac{(R_d+R_2+R_3+R_4){{\mathrm{\ψ}}^{\′}}_1}{(R_2+R_4)I_{01}}---\left(2\right)$

其中公式(2)中R_d为电枢绕组连接而成的电阻网络的等效电阻；

用公式(3)求出直轴电抗参数X_d

$X_d=\frac{2{\mathrm{\ω}}_s{L}_d}{3}---\left(3\right)$

公式(3)中ω_s为永磁同步电机实际运行的电角频率；

第七步，将永磁电机的B、C两相绕组相连接，并从A相绕组输入，从B、C两相绕组输出电流I使永磁体带动转子RT定位，然后固定转子位置不动，改变定子绕组的接线方式，从B相输入，从C相输出电流I，此时转子交轴与定子绕组合成磁动势方向重合。

第八步，将电机绕组的A相断开，B、C两相构成一个电阻网络，其中B端通过电流表，与R₃、R_m的一端相连接，R_m的另一端通过开关S与直流电源E正极相连，直流电源负极与R₂、R₄一端相连，R₂另一端与绕组网络的C端相连，R₄的另一端与R₃相连，电压表和电压采集装置相并联后，一端接到R₃和R₄的接线处，另一端接到R₂和绕组网络C端的接线处。

第九步，合上开关S，调节滑动变阻器R_m使电流表示数为实验所需要的数值I₀₂，然后调节滑动变阻器R₂、R₃、R₄，使电压表示数为零，即电桥平衡。

第十步，接通电压采集设备，如示波器或者信号采集卡，断开开关S，用电压采集设备采集电压信号的实时数据。

第十一步，记开关S断开的时刻为0时刻，从采集到的电压信号中选取从0时刻到电压为零的区间内的信号为有效信号，并按公式(4)计算磁链ψ′₂

${{\mathrm{\ψ}}_2}^{\′}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{u}_2\left(k\right)*\mathrm{\Δt}---\left(4\right)$

其中u₂(k)为测交轴电抗参数时回路中电阻R₂和R₄上的瞬时电压在各个采样点的值，Δt为采样间隔，n为采样点数；

第十二步，根据公式(5)计算此时定子绕组交轴电感L_q

$L_q=\frac{(R_q+R_2+R_3+R_4){{\mathrm{\ψ}}^{\′}}_2}{(R_2+R_4)I_{02}}---\left(5\right)$

其中公式(5)中R_q为此时电枢绕组连接而成的电阻网络的等效电阻；

用公式(6)求出交轴电抗参数X_q

$X_q=\frac{{\mathrm{\ω}}_s{L}_q}{2}---\left(6\right)$

公式(6)中ω_s为永磁同步电机实际运行的电角频率。

本发明方法通过永磁体磁场和电枢绕组产生的磁场的相互作用来调节转子直轴或交轴与电枢绕组合成磁动势方向重合，从而避免了现有技术中根据检流计的指针摆动判断两方向是否重合所造成的误差，提高了测量精度。通过电压采集设备直接采集电压信号的实时数据，避免了现有技术中由于使用磁通计而导致的在线圈放电完毕后磁通计的示数仍有变化所造成的误差，更进一步提高了测量的精度。

附图说明

图1是原电压积分法测量直轴电抗参数时的线路连接图；

图2是测量直轴电抗参数时的电枢连接图；

图3是测量交轴电抗参数时的电枢连接图；

图4是测量直轴电抗参数时的线路连接图；

图5是测量交轴电抗参数时的线路连接图；

图中，1、电流表2、电压表3、磁通计4、示波器

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的方法，其测试的步骤为：

第一步，调节转子直轴与电枢绕组合成磁动势方向重合。

如图2所示，将永磁电机的B、C两相绕组相连接，并从A相绕组输入，从B、C两相绕组输出电流I使永磁体带动转子RT立即定位，此时转子直轴与定子绕组合成磁动势的方向重合。

由于本方法通过永磁体磁场和电枢绕组产生的磁场的相互作用来调节转子直轴与电枢绕组合成磁动势方向重合，从而避免了现有技术中根据检流计的指针摆动判断两方向是否重合所造成的误差，提高了测量精度。

第二步，如图4所示，将电机绕组的B、C两相短接，与A相共同构成一个电阻网络，其中A端通过电流表1与滑动变阻器R₃、R_m的一端相连接，R_m的另一端通过空气开关S与直流电源E正极相连，直流电源负极与滑动变阻器R₂、滑动变阻器R₄的一端相连，R₂另一端与绕组网络的B、C端相连，R₄的另一端与R₃相连，电压表2和示波器4相并联后，一端接到R₃和R₄的接线处，另一端接到R₂和绕组网络B、C端的接线处。

第三步，合上开关S，调节R_m使电流表1示数为实验所需要的数值I₀₁，然后调节滑动变阻器R₂、R₃、R₄，使电压表2示数为零，即电桥平衡。

第四步，接通示波器4，断开开关S，用示波器4采集电压信号的实时数据。

第五步，永磁电机电抗参数的测量，实际上是对电感的测量。当电感中流过的电流为I时，产生的磁链为ψ，则电感为：

$L=\frac{\mathrm{\ψ}}{I}---\left(7\right)$

为了测出电感中的磁链，可将电感通过外接电阻R短路，并对电阻两端电压积分，具体方法是利用数值积分方法对离散数据进行积分，则电感中的磁链为：

$\mathrm{\ψ}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}u\left(k\right)*\mathrm{\Δt}-\left(8\right)$

所以

L＝ψ/I₀                 (9)

这里I₀为初始电流值，u(k)为回路中电阻上的瞬时电压在各个采样点的值，Δt为采样间隔，n为采样点数，这样电感的测量就转化成对电压的积分。

记开关S断开的时刻为0时刻，从采集到的电压信号中选取从0时刻到电压值减小至零时这段时间内的信号为有效信号，并按公式(1)计算ψ′₁

${{\mathrm{\ψ}}_1}^{\′}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{u}_1\left(k\right)*\mathrm{\Δt}---\left(1\right)$

其中u₁(k)为回路中电阻R₂和R₄上的瞬时电压在各个采样点的值，Δt为采样间隔，n为采样点数；

第六步，根据公式(2)计算定子绕组直轴电感Ld

$L_d=\frac{(R_d+R_2+R_3+R_4){{\mathrm{\ψ}}^{\′}}_1}{(R_2+R_4)I_{01}}---\left(2\right)$

其中公式(2)中R_d为电枢绕组连接而成的电阻网络的等效电阻；

用公式(3)求出直轴电抗参数X_d

$X_d=\frac{2{\mathrm{\ω}}_s{L}_d}{3}---\left(3\right)$

公式(3)中ω_s为永磁同步电机实际运行的电角频率；

第七步，将永磁电机的B、C两相绕组相连接，并从A相绕组输入，从B、C两相绕组输出电流I使永磁体带动转子RT立即定位，然后固定转子位置不动，改变定子绕组的接线方式，从B相输入，从C相输出电流I，此时转子交轴与定子绕组合成磁动势方向重合。如图3所示。

第八步，如图5所示，将电机绕组的A相断开，B、C两相构成一个电阻网络。其中B端通过电流表1，与R₃、R_m的一端相连接，R_m的另一端通过空气开关S与直流电源E正极相连。直流电源负极与R₂、R₄一端相连。R₂另一端与绕组网络的C端相连，R₄的另一端与R₃相连。电压表2和示波器4相并联后，一端接到R₃和R₄的接线处，另一端接到R₂和绕组网络C端的接线处。

第九步，合上开关S，调节R_m使电流表1示数为实验所需要的数值I₀₂，然后调节滑动变阻器R₂、R₃、R₄，使电压表2示数为零，即电桥平衡。

第十步，接通示波器4，断开开关S，用示波器4采集电压信号的实时数据。

第十一步，记开关S断开的时刻为0时刻，从采集到的电压信号中选取从0时刻到电压值减小至零时这段时间内的信号为有效信号，并按公式(4)计算ψ′₂

${{\mathrm{\ψ}}_2}^{\′}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{u}_2\left(k\right)*\mathrm{\Δt}---\left(4\right)$

其中u₂(k)为测交轴电抗参数时回路中电阻R₂和R₄上的瞬时电压在各个采样点的值，Δt为采样间隔，n为采样点数；

第十二步，根据公式(5)计算定子绕组交轴电感L_q

$L_q=\frac{(R_q+R_2+R_3+R_4){{\mathrm{\ψ}}^{\′}}_2}{(R_2+R_4)I_{02}}---\left(5\right)$

其中公式(5)中R_q为电枢绕组连接而成的电阻网络的等效电阻；用公式(6)求出交轴电抗参数X_q

$X_q=\frac{{\mathrm{\ω}}_s{L}_q}{2}---\left(6\right)$

公式(6)中ω_s为永磁同步电机实际运行的电角频率；

本实施例中是先通过第一、二、三、四、五、六步测出永磁电机直轴电抗参数，然后通过第七、八、九、十、十一、十二步测出永磁电机交轴电抗参数，当然也可以先测交轴电抗参数再测直轴电抗参数，或者根据需要只测取直、交轴的其中一个参数，这都属于本发明的保护范围。另外，本实施例用示波器采集电压信号的实时数据，当然也可以用信号采集卡等其它电压采集设备。

Claims (2)

1.一种基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的方法，其特征在于采用数值积分法对由电压采集设备采集到的离散电压信号进行积分，得到永磁电机的磁链参数，进而计算出永磁电机的电抗参数，具体的测试步骤为：

第一步，将永磁电机的B、C两相绕组相连接，并从A相绕组输入，从B、C两相绕组输出电流I使永磁体带动转子RT定位，此时转子直轴与定子绕组合成磁动势的方向重合；

第二步，将电机绕组的B、C两相短接，与A相共同构成一个电阻网络，其中A端通过电流表与滑动变阻器R₃、R_m的一端相连接，R_m的另一端通过开关S与直流电源E正极相连，直流电源负极与滑动变阻器R₂、滑动变阻器R₄的一端相连，R₂另一端与绕组网络的B、C端相连，R₄的另一端与R₃相连，电压表和电压采集装置相并联后，一端接到R₃和R₄的接线处，另一端接到R₂和绕组网络B、C端的接线处；

第三步，合上开关S，调节R_m使电流表示数为实验所需要的数值I₀₁，然后调节滑动变阻器R₂、R₃、R₄，使电压表示数为零，即电桥平衡；

第四步，接通电压采集设备，断开开关S，用电压采集设备采集电压信号的实时数据；

第五步，记开关S断开的时刻为0时刻，从采集到的电压信号中选取从0时刻到电压值减小至零时这段时间内的信号为有效信号，并按公式(1)计算磁链ψ′₁

${{\mathrm{\ψ}}_1}^{\′}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{u}_1\left(k\right)*\mathrm{\Δt}---\left(1\right)$

其中u₁(k)为回路中电阻R₂和R₄上的瞬时电压在各个采样点的值，Δt为采样间隔，n为采样点数；

第六步，根据公式(2)计算定子绕组直轴电感L_d

$L_d=\frac{(R_d+R_2+R_3+R_4){{\mathrm{\ψ}}^{\′}}_1}{(R_2+R_4)I_{01}}---\left(2\right)$

其中公式(2)中R_d为电枢绕组连接而成的电阻网络的等效电阻；

用公式(3)求出直轴电抗参数X_d

$X_d=\frac{{2\mathrm{\ω}}_s{L}_d}{3}---\left(3\right)$

公式(3)中ω_s为永磁同步电机实际运行的电角频率；

第七步，将永磁电机的B、C两相绕组相连接，并从A相绕组输入，从B、C两相绕组输出电流I使永磁体带动转子RT定位，然后固定转子位置不动，改变定子绕组的接线方式，从B相输入，从C相输出电流I，此时转子交轴与定子绕组合成磁动势方向重合；

第八步，将电机绕组的A相断开，B、C两相构成一个电阻网络，其中B端通过电流表，与R₃、R_m的一端相连接，R_m的另一端通过开关S与直流电源E正极相连，直流电源负极与R₂、R₄一端相连，R₂另一端与绕组网络的C端相连，R₄的另一端与R₃相连，电压表和电压采集装置相并联后，一端接到R₃和R₄的接线处，另一端接到R₂和绕组网络C端的接线处；

第九步，合上开关S，调节R_m使电流表示数为实验所需要的数值I₀₂，然后调节滑动变阻器R₂、R₃、R₄，使电压表示数为零，即电桥平衡；

第十步，接通电压采集设备，断开开关S，用电压采集设备采集电压信号的实时数据；

第十一步，记开关S断开的时刻为0时刻，从采集到的电压信号中选取从0时刻到电压为零的区间内的信号为有效信号，并按公式(4)计算磁链ψ′₂

${{\mathrm{\ψ}}_2}^{\′}=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{u}_2\left(k\right)*\mathrm{\Δt}---\left(4\right)$

其中u₂(k)为测交轴电抗参数时回路中电阻R₂和R₄上的瞬时电压在各个采样点的值，Δt为采样间隔，n为采样点数；

第十二步，根据公式(5)计算此时定子绕组交轴电感L_q

$L_q=\frac{(R_q+R_2+R_3+R_4){{\mathrm{\ψ}}^{\′}}_2}{(R_2+R_4)I_{02}}---\left(5\right)$

其中公式(5)中R_q为此时电枢绕组连接而成的电阻网络的等效电阻；

用公式(6)求出交轴电抗参数X_q

$X_q=\frac{{\mathrm{\ω}}_s{L}_q}{2}---\left(6\right)$

公式(6)中ω_s为永磁同步电机实际运行的电角频率。

2.根据权利要求1所述的一种基于电压积分法测试永磁电机电抗参数的方法，其特征在于所述的电压采集设备为示波器或信号采集卡。

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