CN102540076B

CN102540076B - 一种异步电机转子时间常数的测量方法

Info

Publication number: CN102540076B
Application number: CN201210037208.1A
Authority: CN
Inventors: 罗欣; 吴立; 沈安文; 饶文培
Original assignee: Hangzhou Riding Control Technology Co Ltd
Current assignee: Hangzhou Ding Ding Technology Industry Co., Ltd.
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-02-17
Also published as: CN102540076A

Abstract

一种异步电机转子时间常数的测量方法，与异步电机连接的逆变器或伺服驱动器中包含逆变桥，当逆变桥处在逆变状态时，在定子电流和电压为零的情况下，给定定子电流I_s0，工作时间为t_m，此时磁化电流达到最大值I_m0，记录下I_m0；励磁t_m后，逆变桥立即处于关闭状态，经过一段时间后，定子电流为零；定子断流后，逆变桥设置为三相短接状态，定子电流I_s从零逐渐上升，I_s达到最大值I_sz，记录I_sz，等待电机电流衰减励磁为零；将I_sz与I_szO进行比较，当比较的差值在设定的误差范围内时，电机转子时间常数就为所述的工作时间t_m1。本发明能简化计算、有效降低测量误差。

Description

一种异步电机转子时间常数的测量方法

技术领域

本发明涉及用于测量异步电机的参数方法，更具体的，涉及一种异步电机的时间常数的测量方法。

背景技术

由于高的速度精确性和快速的扭矩响应，用于异步电机的矢量控制技术广泛应用在许多工业领域中。而异步电机的转子时间常数Tr是异步电机的一个重要参数，尤其是采用矢量控制，其直接影响磁场定向的准确性。

图1所示的异步电机的等效模型，其中Rs为定子电阻，Ls’为定子漏感，Rr为转子电阻，Lr’为转子漏感，Lm为互感，s为转差，转子时间常数的定义是：

T_{r} = \frac{L_{r}}{R_{r}} = \frac{L_{m} + L_{r}^{'}}{R_{r}}

在现有的方法中通常的离线测量方法是先分别测量出转子电阻Rr和转子电感Lr，然后再根据上式进行计算，方法繁杂且精度不高，并且大多数的电机时间常数的测量方法都是在电机停转的情况下进行测量，完全依赖于主电感的转子时间常数的测量时非常困难的。虽然在CN101944878中提出了一种直接确定转子时间常数的方法，但是要测量出电机的转子电阻、定子电阻以及阈值电压，计算方法复杂。

发明内容

为了克服现有异步电机的时间常数离线测量方法的计算复杂、测量误差较大等缺点，本发明提供一种简化计算、有效降低测量误差的异步电机转子时间常数的测量方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种异步电机转子时间常数的测量方法，与异步电机连接的逆变器或伺服驱动器中包含逆变桥，当逆变桥处在逆变状态时，在定子电流和电压为零的情况下，给定定子电流I_s，工作时间为t_m，此时磁化电流达到最大值I_m0，记录下I_m0；励磁t_m后，逆变桥立即处于关闭状态，经过一段时间后，定子电流为零；定子断流后，逆变桥设置为三相短接状态，定子电流I_s从零逐渐上升，I_s达到最大值I_sz，记录I_sz，等待电机电流衰减励磁为零，所述测量方法包括如下步骤：

a)给定

工作时间为t_m，测量最大续流电流，记录下最大续流电流I_szO和给定的时间t_m0；

b)等待电机电流衰减励磁为零后，给定励磁电流I_f，工作时间t_m1，测量最大续流电流I_sz，将I_sz与I_szO进行比较，当比较的差值在设定的误差范围内时，电机转子时间常数就为所述的工作时间t_m1。

进一步，当I_sz大于I_szO，按照设定单元值减小t_m1，重复b)步骤。

再进一步，当I_sz小于I_szO，按照设定单元制增加t_m1，重复b)步骤。

本发明的有益效果为：本发明公开的测量电机时间常数的方法，无需电压检测和转速检测，只需检测相电流，可以在异步电机驱动器中实现，测量方法简便，无需测量定子电阻和转子电阻，可以直观的测量出电机的转子时间常数，算法简便，数值更加精确。

附图说明

图1为异步电机单相实验的等效模型图。

图2为测量异步电机的转子时间常数的框图。

图3为单相电流实验中电机的模型图。

图4为测量电路在(I_s＝I_f，t_m＞T_r)、

和(I_s＝I_f，t_m＜T_r)情况下的实测波形图。

图5为实验测量流程图。

图6为实验得到波形图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

参照图1～图6，一种异步电机转子时间常数的测量方法，与异步电机连接的逆变器或伺服驱动器中包含逆变桥，当逆变桥处在逆变状态时，在定子电流和电压为零的情况下，给定定子电流I_s，工作时间为t_m，此时磁化电流达到最大值I_m0，记录下I_m0；励磁t_m后，逆变桥立即处于关闭状态，经过一段时间后，定子电流为零；定子断流后，逆变桥设置为三相短接状态，定子电流I_s从零逐渐上升，I_s达到最大值I_sz，记录I_sz，等待电机电流衰减励磁为零，所述测量方法包括如下步骤：

a)给定工作时间为t_m，测量最大续流电流，记录下最大续流电流I_szO和给定的时间t_m0；

当I_sz大于I_szO，按照设定单元值减小t_m1，重复b)步骤。当I_sz小于I_szO，按照设定单元制增加t_m1，重复b)步骤。

本发明基于如下思路：硬件结构为普通的三相逆变桥，无需电压检测和转速检测，只需检测相电流，且工作模式处于单相电流控制模式，该电路在逆变器、伺服驱动器中都存在，因此可以在异步电机驱动器中实现，其框图如图2 所示。电流环采用的是静止两相坐标系，alfa轴定向在U相，alfa轴电流给定单相定子电流Is，beta轴电流给定为零，此时通过clark变换可知，UVW相电流时钟满足：I_u＝2I_v＝2I_w，即驱动器运行于单相电流控制，电机无旋转。在单相电流实验中，电机的模型如图3所示。

单相电流实验的磁化电流为：

I_{m} = \frac{ψ_{r}}{L_{r}} = \frac{L_{m}}{L_{r}} \frac{1}{1 + T_{r} s} I_{s}

定子电压为：

U_{s} = (R_{s} + δ L_{s} s + \frac{L_{m}^{2}}{L_{r}} \frac{s}{1 + T_{r} s}) I_{s}

测量过程包括几组测量实验，每次实验中包括相同三个步骤，一次测量实验分为三个步骤：

电机励磁阶段。逆变桥处在逆变状态，在定子电流和电压为零的情况下，给定定子电流I_s0，磁化电流不能设置过小，工作时间为t_m。此时互感中的磁化电流逐渐上升，在t_m时刻，磁化电流达到最大值I_m0。根据电机模型I_m0值为：

I_{m 0} = \frac{L_{m}}{L_{r}} (1 - e^{- \frac{t_{m}}{T_{r}}}) I_{s 0}

定子断流阶段。当励磁t_m秒后，逆变桥立即处于关闭状态，定子电流通过逆变桥的续流二极管流入母线侧，由于母线电压很高，定子电流很快衰减到零，该时间约为0.1-1ms，当定子电流为零后，该阶段结束。此时定子电流为零，磁化电流衰减，由于该阶段时间远远小于转子时间常数，磁化电流结束基本仍为I_m0。

定子续流阶段。定子断流后，逆变桥立即设置为三相短接状态，此时由于磁化电流仍然存在，定子侧阻抗降低，磁化电流开始通过定子侧续流。

本方法测量多组实验，实验分两种情况：

情况一：给定I_s＝(1-e^-1)I_f，t_m远大于转子时间常数，I_f为额定磁化电流。根据公式，最终的磁化电流Im0

I_{m 0} = \frac{L_{m}}{L_{r}} (1 - e^{- \frac{t_{m}}{T_{r}}}) I_{s} = \frac{L_{m}}{L_{r}} (1 - e^{- 1}) I_{f};

when(I_s＝(1-e^-1)I_f，t_m？T_r)

情况二：给定I_s＝I_f，tm＝T_r，此时最终的磁化电流I_m0：

I_{m 0} = \frac{L_{m}}{L_{r}} (1 - e^{- \frac{t_{m}}{T_{r}}}) I_{s} = \frac{L_{m}}{L_{r}} (1 - e^{- 1}) I_{f};

when(I_s＝I_f，t_m＝T_r)

两种情况最终的I_m0都一样，因此检测出来的最大续流电流I_sz将相等，如果情况二中，t_m给定值小于Tr，磁化电流偏小，此时最小续流电流将小于情况一中的I_sz，图4为分别测量电路在(I_s＝I_f，t_m＞T_r)、和(I_s＝I_f，t_m＜T_r)情况下的实测波形。

如图5所示，开始给定I_s＝(1-e^-1)I_f，工作时间为t_m，t_m为10T_r，测量最大续流电流，记录下最大续流电流I_szO和给定的时间t_m0等待电机电流衰减励磁为零后，给定励磁电流I_f，工作时间t_m1，测量最大续流电流I_sz，将I_sz与I_szO进行比较，当比较的差值在误差范围内时，t_m1就是所测的电机的转子时间常数；当判断误差得出的结论是I_sz大于I_szO，减小t_m1，重复上述步骤，直到I_sz与I_szO比较的差值在误差范围内，然后得出所测的电机的转子时间常数；当判断误差得出的结论是I_sz小于I_szO，增加t_m1，重复第二步骤，直到I_sz与I_szO比较的差值在误差范围内，然后得出所测的电机的转子时间常数。

如图6所示，过三次调整，t_m1基本稳定在0.2s左右，此时的值即为转子时间常数的测量值，该方法快速简单，且精度高，不会因为转子电阻和互感的测量误差引起测量值变动。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims

1.一种异步电机转子时间常数的测量方法，其特征在于：与异步电机连接的逆变器或伺服驱动器中包含逆变桥，当逆变桥处在逆变状态时，在定子电流和电压为零的情况下，给定定子电流I_s0，工作时间为t_m，此时磁化电流达到最大值I_m0，记录下I_m0；励磁t_m后，逆变桥立即处于关闭状态，经过一段时间后，定子电流为零；定子断流后，逆变桥设置为三相短接状态，定子电流I_s从零逐渐上升，I_s达到最大值I_sz，记录I_sz，等待电机电流衰减励磁为零，所述测量方法包括以下步骤：

a）给定

，工作时间为t_m，给定励磁电流I_f，测量最大续流电流，记录下最大续流电流I_szO和给定的时间t_m0；

b)等待电机电流衰减励磁为零后，给定励磁电流I_f，工作时间t_m1，测量最大续流电流I_sz，将I_sz与I_szO进行比较，当比较的差值在设定的误差范围内时，电机转子时间常数就为所述的工作时间t_m1;

当I_sz大于I_szO，按照设定单元值减小或增加t_m1，重复b)步骤。