CN101969292B - 一种定子电阻参数的辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定子电阻参数的辨识方法，在普通的直流伏安法基础上采用两点法，设定两个绕组电流目标值，分两次注入直流电，分别记录其电压电流值，通过微分积分即可得到定子电阻值，IGBT和续流二极管的压降在计算中相互抵消，提高了辨识精度，消除了对器件的依赖性，适应性很强。

Description

一种定子电阻参数的辨识方法

技术领域

本发明涉及一种定子电阻参数的辨识方法。

背景技术

众所周知，电机参数对矢量控制的性能指标有着决定性的影响，如何通过辨识获取真实的电机参数，这是高性能矢量控制变频器设计的关键。这些电机参数包括定子电阻、定子漏感、转子电阻、转子漏感、互感和空载激磁电流等。这些参数的辨识过程相互关联，定子电阻是整个电机参数辨识的基础，其辨识结果的优劣直接决定了其它各个参数辨识的好坏。

目前辨识定子电阻参数的常规方法为直流伏安法，在电机任意两相绕组之间通以低压直流电，测量绕组上的电压和绕组中通过的电流，通过计算直接得到定子电阻。在电机任意两相绕组之间通以低压直流电，测量绕组上的电压和绕组中通过的电流，通过计算直接得到定子电阻。如图1所示，以电机星形接法为例，推导定子电阻的计算公式。

如果测量得到的电压值为U，电流值为I，则每相定子电阻值为

如果电机为三角形接法，通过三角形与星形之间的转换，可以得到同样的结果。

直流伏安法实现的关键在于如何得到低压直流电源，通常方法是将直流母线电压进行斩波处理，得到一个平均值很低、周期固定且占空比固定的高频电压脉冲信号，该脉冲信号经过定子绕组中的电感滤波后，得到一个脉动很小的直流。

如图2所示，T₁一直导通，T₂，T₃，T₄，T₅一直关断，而T₆由脉冲序列驱动，则在A，C两相绕组上将产生一个电压脉冲序列，设时钟周期为Ts，脉冲宽度为t，则脉冲占空比为

绕组上的电压平均值为U_DC×D，这样就得到一个等效的直流电压，相应的定子电阻值为

但是采用这种方法测量定子电阻参数，最大的弊端在于导通压降的处理，由于直流伏安法测试时，加在绕组上的电压相当的低，此时IGBT和其反并联的续流二极管的导通压降对辨识结果的影响很大，如果将其忽略，将会直接造成辨识结果的错误。

根据图3，可以得到一个载波周期内A、C绕组上得到的直流电压平均值应为：

U_av＝(U_DC-2U_IGBT)×D-(U_IGBT+U_DIODE)×(1-D)

经过变换，得到：

U_av＝U_DC×D-(U_IGBT-U_DIODE)×D-(U_IGBT+U_DIODE)

U_IGBT和U_DIODE表示IGBT和续流二极管的导通压降。由于D很小，因此U_DC×D与U_IGBT+U_DIODE相差不大，后者不能忽略，不然U_av与实际电压相差较大，将会导致结果错误。但是由于变频器各个功率段功率器件的选择各不相同，因此后者在各个功率段上的压降值也不同，再加上功率器件的不断升级换代，压降不断降低，如果要精确处理，就需要在程序中建立对应表格，这样就需要占用更多的存储空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种定子电阻参数的辨识方法，能够消除IGBT和续流二极管导通压降的影响。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种定子电阻参数的辨识方法，其特征在于：它包括以下几个步骤：

1)将处理器中的寄存器进行初始化，辨识标志位清零；

2)设定一个电流目标值和容差范围，对母线上的直流电压U_DC做斩波处理，注入定子电阻，设定周期T_s，电机采用星形接法；

3)处理器对其中一相定子电阻的电流进行多点采样，采样点的个数不超过寄存器的内存；

4)采样完毕后进行滤波，比例积分调节脉冲宽度t，使得电流在容差范围内；

5)计算电流平均值I，占空比

根据占空比计算电压平均值U_av＝U_DC×D；

6)记录电流平均值和电压平均值，辨识标志位加1，改变电流目标值和容差范围，重新设定周期T_s；

7)判断辨识标志位的值是否为1，若是，则返回步骤3)，进行下一次电流的采样；若否，则采用两点法计算定子电阻的阻值。

按上述方案，所述的两点法具体为：辨识标志位为0时记录的电流平均值和电压平均值记为I₁和U_av1，辨识标志位为1时记录的电流平均值和电压平均值记为I₂和U_av2，则定子电阻的阻值

本发明的工作原理为：设定两个绕组电流目标值，分两次注入直流电，分别记录其电压电流值，通过微分积分即可得到直流电阻值，IGBT和续流二极管的压降在计算中相互抵消，因此该方法消除了对器件的依赖性，适应性很强。推导如下：

U_av1＝U_DC×D₁-(U_IGBT-U_DIODE)×D₁-(U_IGBT+U_DIODE)

U_av2＝U_DC×D₂-(U_IGBT-U_DIODE)×D₂-(U_IGBT+U_DIODE)

其中：U_av1和U_av2表示一个载波周期内的直流电压平均值，U_DC表示直流母线电压，D₁和D₂表示占空比，U_IGBT和U_DIODE表示IGBT和续流二极管的导通压降。

U_av1-U_av2＝U_DC×(D₁-D₂)-(U_IGBT-U_DIODE)×(D₁-D₂)

由于(U_IGBT-U_DIODE)ππU_DC，因此可以将后项忽略，有：

U_av1-U_av2＝U_DC×(D₁-D₂)

$R_s=\frac{U_{\mathrm{av}1}}{{2I}_1},$ $R_s=\frac{U_{\mathrm{av}2}}{2I_2}$

最终定子电阻的计算公式为：

$R_s=\frac{U_{\mathrm{av}1}-U_{\mathrm{av}1}}{2I_1-2I_2}=\frac{U_{\mathrm{DC}}\×(D1-D2)}{2(I_1-I_2)}$

本发明的有益效果为：1、彻底消除了IGBT和续流二极管导通压降的影响；2、提高了辨识精度；3、提高了程序对硬件的适应性。

附图说明

图1为伏安法测试定子电阻示意图

图2为变频调速系统逆变部分示意图

图3为IGBT和反并联二极管导通压降对电压的影响

图4为两点法流程图

具体实施方式

图4为两点法流程图，它包括以下几个步骤：

1)将处理器中的寄存器进行初始化，辨识标志位清零。

2)设定一个电流目标值和容差范围，对母线上的直流电压U_DC做斩波处理，注入定子电阻，设定周期T_s1，电机采用星形接法，若为三角形接法则通过三角形与星形之间的转换，可以得到同样的结果。

3)处理器对定子电阻的电流进行256点采样。

4)采样完毕后进行滤波，比例积分调节脉冲宽度t₁，使得电流在容差范围内。

5)计算电流平均值I₁，由于占空比因此计算得到电压平均值U_av1＝U_DC×D₁。

6)记录电流平均值I₁和电压平均值U_av1，辨识标志位加1，改变电流目标值和容差范围。

7)对母线上的直流电压U_DC做斩波处理，注入星形接法的定子电阻，设定周期T_s2，进行第二次电流采样，重复3)-5)步骤得到电流平均值I₂和电压平均值

其中D₂为第二次采样的占空比，t₂为第二次比例积分调节脉冲宽度。

8)采用两点法计算定子电阻的阻值R_s。

本实施例以22kW异步电机为例进行定子参数辨识实验。实测值为0.128欧姆，使用常规直流伏安法测试为0.142欧姆，使用本方法测试为0.129欧姆。由此可见，使用两点法对电机定子电阻进行辨识，辨识结果与实测值非常接近，与常规直流伏安法相比，消除了器件离散性影响，降低了对硬件的设计要求，适应性更强，同时无需增加硬件设备，是一种低成本解决方案，颇具工程应用价值。

Claims (1)

1.一种定子电阻参数的辨识方法，其特征在于：它包括以下几个步骤：

1)将处理器中的寄存器进行初始化，辨识标志位清零；

2)设定一个电流目标值和容差范围，对母线上的直流电压U_DC做斩波处理，注入定子电阻，设定周期T_s，电机采用星形接法；

3)处理器对其中一相定子电阻的电流进行多点采样，采样点的个数不超过寄存器的内存；

4)采样完毕后进行滤波，比例积分调节脉冲宽度t，使得电流在容差范围内；

5)计算电流平均值I，占空比

根据占空比计算电压平均值U_av＝U_DC×D；

6)记录电流平均值和电压平均值，辨识标志位加1，改变电流目标值和容差范围，重新设定周期T_s；

7)判断辨识标志位的值是否为1，若是，则返回步骤3)，进行下一次电流的采样；若否，则采用两点法计算定子电阻的阻值；

所述的两点法具体为：辨识标志位为0时记录的电流平均值和电压平均值记为I₁和U_av1，辨识标志位为1时记录的电流平均值和电压平均值记为I₂和U_av2，则定子电阻的阻值 $R_S=\frac{U_{\mathrm{av}1}-U_{\mathrm{av}2}}{{2I}_1-{2I}_2}.$

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