CN103869172B - 感应电机的转子电阻测量方法及测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应电机的转子电阻测量方法及测量装置，该测量方法包括以下步骤：a.在所述感应电机处于静止状态时，向所述感应电机的一测试相注入一第一电压阶跃信号；b.测量并记录所述第一电压阶跃信号初始时刻的电流值I₀₊；以及c.根据第一电流值I_s1、第二电流值I_s2和所述初始时刻的电流值I₀₊，计算所述感应电机的转子电阻R_r，其中所述第一电流值I_s1数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，所述第二电流值I_s2数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值。本发明能够有效提高转子电阻测量结果的精度。

Description

感应电机的转子电阻测量方法及测量装置

技术领域

本发明涉及一种感应电机的参数测量，特别是涉及一种感应电机的转子电阻测量方法及测量装置。

背景技术

现有技术中的一种在静止状态下辨识感应电机转子电阻的方法，主要是通过向感应电机中注入电压阶跃信号，在定子侧相电流动态变化过程中采集特定一段时间内的电流信号，然后根据公式及这段时间内电流的变化量计算出转子时间常数。然后在转子电感已知的条件下，计算出转子电阻值。

以上方法需知晓电感，而且是基于电流采集过程中转子时间常数维持不变的假设条件为前提的，但实际过程中励磁回路电感随励磁电流大小不同而变化，因而在整个测量过程中转子时间常数并不为恒值，且计算公式的推导过程中有较多假设条件，所以根据上述方法得到的转子时间常数仅为近似值，只能用于对转子时间常数精度要求不高的场合。

现有静止状态下辨识感应电机转子电阻参数的方法存在计算过程复杂且推导过程中有过多近似，导致辨识结果精度差等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种感应电机的转子电阻测量方法及测量装置，以有效提高测量结果的精度。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种感应电机的转子电阻测量方法，包括以下步骤：在所述感应电机处于静止状态时，向所述感应电机的一测试相注入一第一电压阶跃信号；b.测量并记录所述第一电压阶跃信号初始时刻的电流值I₀₊；以及c.根据第一电流值I_s1、第二电流值I_s2和所述初始时刻的电流值I₀₊，计算所述感应电机的转子电阻R_r，其中所述第一电流值I_s1数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，所述第二电流值I_s2数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值。

优选地，所述初始时刻的电流值I₀₊为I₀＜t＜I₀+3I_s范围内任意时刻的电流值，其中T₀为所述第一电压阶跃信号的电压发生阶跃变化的时刻，L_σ为漏电感，L_m为互感，R_s为定子电阻。

优选地，在所述第一电压阶跃信号阶跃前、后分别测量并记录所述第一电流值I_s1和第二电流值I_s2，其中第一电流值I_s1为所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，第二电流值I_s2为所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值。

优选地，还包括在步骤a之前的如下步骤：d.向所述感应电机的所述测试相注入一第二信号；记录所述第二信号在第一时刻的电压值和所述第一电流值I_s1；以及记录所述第二信号在第二时刻的电压值和所述第二电流值I_s2，其中，所述第一时刻的电压值数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值，所述第二时刻的电压值数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值。

优选地，所述第二信号为一电压信号，所述第一电流值I_s1为所述第一时刻的电压值对应的电流值，所述第二电流值I_s2为所述第二时刻的电压值对应的电流值。

优选地，所述电压信号为一第二电压阶跃信号，所述第一时刻的电压值为所述第二电压阶跃信号阶跃前的电压值，所述第二时刻的电压值为所述第二电压阶跃信号阶跃后的电压值。

优选地，所述第二信号为一电流信号，所述第一时刻的电压值为所述第一电流值I_s1对应的电压值，所述第二时刻的电压值为所述第二电流值I_s2对应的电压值。

优选地，所述电流信号为一电流阶跃信号，所述第一电流值I_s1为所述电流阶跃信号阶跃前的电流值，所述第二电流值I_s2为所述电流阶跃信号阶跃后的电流值。

优选地，所述第二电流值I_s2为所述第一电压阶跃信号发生阶跃变化时刻起大于或等于3I_s时刻的电流值，L_σ为漏电感，L_m为互感，R_s为定子电阻。

优选地，所述第二电流值I_s2为所述第二电压阶跃信号发生阶跃变化时刻起大于或等于3I_s的时刻的电流值，L_σ为漏电感，L_m为互感，R_s为定子电阻。

优选地，所述第一电流值I_s1和第二电流值I_s2均小于或等于2I_N，所述I_N为所述感应电机的额定电流。

优选地，根据公式来计算所述转子电阻R_r，其中R_s为定子电阻。

优选地，所述第一电压阶跃信号为一正阶跃信号。

优选地，所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压幅值或阶跃后的电压幅值为0。

优选地，所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压幅值为负，阶跃后的电压幅值为正。

优选地，所述第一电压阶跃信号为一负阶跃信号。

优选地，所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压幅值或阶跃后的电压幅值为0。

优选地，所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压幅值为正，阶跃后的电压幅值为负。

优选地，所述第一电压阶跃信号为一多段电压阶跃信号。

优选地，所述感应电机为三相感应电机。

优选地，还包括控制所述三相感应电机静止的步骤：将输入到所述三相感应电机的所述测试相上的电压设为其他两相上电压的两倍且与其他两相上的电压方向相反，或者将输入到所述三相感应电机的所述测试相的电压设为与其他两相中的一相的电压大小相等且方向相反，而其他两相中的另一相无电压，从而使所述感应电机处于静止状态。

优选地，还包括控制所述三相感应电机静止的步骤：将输入到所述测试相上的电流设为其他两相电流的两倍且与其他两相上的电流方向相反，或者将输入到所述感应电机的一测试相的电流设为与其他两相中的一相的电流大小相等且方向相反，而其他两相中的另一相无电流，从而使所述感应电机处于静止状态。

本发明的实施例还提供了一种感应电机的转子电阻测量装置，包括：一功率变换单元，耦接于所述感应电机；一控制单元，在所述感应电机处于静止状态下，经由所述功率变换单元向所述感应电机的一测试相注入第一电压阶跃信号；其中，所述控制单元包括一转子电阻计算单元，所述转子电阻计算单元接收并记录所述第一电压阶跃信号初始时刻的电流值I₀₊，并根据第一电流值I_s1、第二电流值I_s2和所述初始时刻的电流值I₀₊来计算所述感应电机的转子电阻R_r，其中所述第一电流值I_s1数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，所述第二电流值I_s2数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值。

优选地，所述初始时刻的电流值I₀₊为T₀＜t＜T₀+3T_s范围内任意时刻的电流值，其中T₀为所述第一电压阶跃信号的电压发生阶跃变化的时刻，L_σ为漏电感，L_m为互感，R_s为定子电阻。

优选地，在所述第一电压阶跃信号阶跃前、后分别测量并记录所述第一电流值I_s1和第二电流值I_s2，所述转子电阻计算单元接收并记录所述第一电流值I_s1和第二电流值I_s2，其中第一电流值I_s1为所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，第二电流值I_s2为所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值，所述第二电流值I_s2为所述第一电压阶跃信号发生阶跃变化时刻起大于或等于3T_s时刻的电流值，L_σ为漏电感，L_m为互感，R_s为定子电阻。

优选地，根据公式来计算所述转子电阻R_r，其中R_s为定子电阻。

优选地，所述功率变换单元包括一电压型变换器；所述感应电机为三相感应电机，所述转子电阻计算单元接收并记录所述感应电机的所述测试相上测得的电流值。

优选地，所述功率变换单元包括一电流型变换器；所述感应电机为三相感应电机，所述控制单元还包括一电流调节器，所述转子电阻计算单元接收并记录所述电流调节器输出的电流值。

优选地，所述控制单元将输入到所述感应电机的所述测试相上的电压设为其他两相上电压的两倍且与其他两相上的电压方向相反，或者所述控制单元将输入到所述感应电机的所述测试相的电压设为与其他两相中的一相的电压大小相等且方向相反，而其他两相中的另一相无电压，从而使所述感应电机处于静止状态。

优选地，所述控制单元将输入到所述测试相上的电流设为其他两相电流的两倍且与其他两相上的电流方向相反，或者所述控制单元将输入到所述感应电机的所述测试相的电流设为与其他两相中的一相的电流大小相等且方向相反，而其他两相中的另一相无电流，从而使所述感应电机处于静止状态。

由上述技术方案可知，本发明具有以下有益效果：可以简化计算过程，有效提高多次测量结果的一致性和精度。

通过以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更加明显。

附图说明

图1为感应电机T型稳态等效电路图。

图2为感应电机T-II型稳态等效电路图。

图3为感应电机静止状态下T-II型稳态等效电路图。

图4A-图4C为多段电压阶跃波形及电机电流波形示意图。

图5为本发明的感应电机的转子电阻测量方法的流程图。

图6A为根据本发明第一实施例的电压变化示意图。

图6B为根据本发明第一实施例的电流变化示意图。

图7A为根据本发明第二实施例的电压变化示意图。

图7B为根据本发明第二实施例的电流变化示意图。

图8为根据本发明第三实施例的电压和电流变化示意图。

图9为根据本发明第四实施例的电压和电流变化示意图。

图10为根据本发明第五实施例的电压和电流变化示意图。

图11为根据本发明一实施例的感应电机转子电阻测量装置的框图。

图12为根据本发明一实施例的感应电机转子电阻测量装置的框图。

图13为根据本发明一实施例的感应电机转子电阻测量装置的框图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。而且，在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

首先，介绍一下感应电机等效电路。

感应电机一般采用如图1所示的典型T型稳态等效电路进行描述。

其中，R_s为定子电阻；R_r为转子电阻；L_σs为定子绕组漏感；L_σr为转子绕组漏感；L_m为励磁电感；s为滑差；定子绕组自感L_s=L_m+L_σs；转子绕组自感L_r=L_m+L_σr；u_s为相电压；i_s为相电流；i_m为励磁电流。

而将感应电机作为被控对象，来进行转子磁链定向的高性能矢量控制时，更多采用图2所示的T-II型稳态等效电路。

在图2中，R_s为定子电阻；R′_r为转子电阻；L_σ为总漏感；L′_m为励磁电感；s为滑差；u_s为相电压；i_s为相电流；i′_m为励磁电流。

T型和T-II型两种等效电路完全等价，后者是从保持转子总磁链不变的角度进行折算，两种等效电路参数间的关系为：R_s保持不变； $L_m^{\′}=\frac{L_m^2}{L_r};$ $R_r^{\′}={\left(\frac{L_m}{L_r}\right)}^2\·R_r.$

因此，不失一般性，以下以T-II型稳态等效电路为例说明的方法或装置均适用于T型等效电路或本领域技术人员公知的其他的等效电路形式。

在静止状态下（s=1）进行转子电阻参数辨识，则可以图3所示的T-II型稳态等效电路为例进行原理描述，为书写方便，等效电路中感应电机参数（定子电阻、转子电阻、总漏感、励磁电感）符号分别以R_s，R_r，L_σ,L_m表示。

下面以图3所示的等效电路进行原理分析。

为获得优良的感应电机矢量控制性能，需要准确知道转子电阻R_r。而通常感应电机转子电阻R_r无法或不便于直接测量，故希望通过间接测量的方式得到感应电机转子电阻R_r。下面将描述转子电阻辨识原理。

在图3中，R_s为定子电阻；R_r为转子电阻；L_σ为总漏感；L_m为互感；u_s为相电压；i_s为相电流。

从图3可以得到相电流i_s比相电压u_s的传递函数G(S)如下式：

$\frac{i_s\left(S\right)}{u_s\left(S\right)}=G\left(S\right)=\frac{1}{R_s}\·\frac{1+T_r\·S}{1+(T_r+T_s)\·S+{\mathrm{kT}}_r{T}_s\·S^2}---\left(1\right)$

其中：

$T_r=\frac{L_m}{R_r}$

$T_s=\frac{L_m+L_{\mathrm{\σ}}}{R_s}$

$k=\frac{L_{\mathrm{\σ}}}{L_{\mathrm{\σ}}+L_m}$

S为复频率。

式（1）中，如果角频率在(rad/sec)的区域内时可近似得到如下表达式：

$G^{*}\left(S\right)=\frac{1}{R_s}\·\frac{1+T_r\·S}{1+(T_r+T_s)\·S}$

(2)

$=\frac{T_r}{R_s(T_r+T_s)}+\frac{T_s}{R_s(T_r+T_s)}\·\frac{1}{1+(T_r+T_s)\·S}$

可见，电流按照时间常数(T_s+T_r)而变化。

请参阅图4A-图4C所示，假设注入多段电压阶跃信号，从中选择任一段阶跃信号，阶跃发生前电压和电流已处于稳态，其阶跃前初始状态输入电压为u_s(0^-)=U_s1，电流初始值i_s(0^-)=I_s1，在t＝T₀时输入电压阶跃命令u_s(0)=U_s1+ΔU=U_s2，ΔU为电压阶跃前与阶跃后电压的差值，根据终值定理(s→0)，阶跃后经过充分长时间后电流为i_s(∞)=I_s2，即：在阶跃电压施加到感应电机的瞬间，电流i_s(0⁺)由初始定理(s→∞)得到：

$i_s\left(0^{+}\right)=I_{0^{+}}=\frac{T_r}{T_r+T_s}\·I_0---\left(3\right)$

其中为第一电流值I_s1（亦即，阶跃前稳态电流）及第二电流值I_s2（亦即，阶跃响应后稳态电流）的差值。

将 $T_s=\frac{L_m+L_{\mathrm{\σ}}}{R_s},$ $T_r=\frac{L_m}{R_r}$ 代入上式得：

$i_s\left(0^{+}\right)=I_{0^{+}}=\frac{\frac{L_m}{R_r}}{\frac{L_m}{R_r}+\frac{L_m+L_{\mathrm{\σ}}}{R_s}}\·I_0---\left(4\right)$

在感应电机中电压阶跃瞬间，电流变化快，励磁回路近似开路，电流主要经转子回路闭合，励磁回路电流非常小，此时满足L_m>>L_σ，所以式（4）可简化为：

$I_{0^{+}}\≈\frac{R_s}{R_s+R_r}\·I_0---\left(5\right)$

利用式（5）可以近似求解得到转子电阻R_r

$R_r\≈R_s\·\frac{I_{s2}-I_{0+}}{I_{0+}-I_{s1}}---\left(6\right)$

其中I_s1为电压阶跃前的稳态电流，I_s2为电压阶跃后的稳态电流。

本领域技术人员可以理解，通常电压和电流会从阶跃变化时刻起的3T_s时间之后成为稳态。

因此，本发明中阶跃响应后稳态电流定义为从电压发生阶跃变化时刻起的3T_s之后任意时刻的电流值。

本发明中阶跃响应后稳态电压定义为从电流发生阶跃变化时刻起的3T_s之后任意时刻的电压值。

T₀₊即为足以忽略漏感所引起的电流动态变化影响后时刻T₁对应的电流值，一般情况下T₁满足T₀<T₁<T₀+3T_s。

图4A-图4C是三种典型的多段电压阶跃信号的注入方式，它们均可实现对转子电阻的辨识。

基于以上对感应电机等效电路的原理分析，如图5所示，本发明的感应电机的转子电阻测量方法可包括以下步骤：

步骤100：在感应电机处于静止状态时，向感应电机的一测试相注入一第一电压阶跃信号；

步骤110：测量并记录第一电压阶跃信号初始时刻的电流值I₀₊；以及

步骤120：根据第一电流值I_s1、第二电流值I_s2和初始时刻的电流值I₀₊，计算感应电机的转子电阻R_r，其中第一电流值I_s1数值上等于第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，第二电流值I_s2数值上等于第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值。

本发明的感应电机的转子电阻测量方法能够简化计算过程，有效提高多次测量结果的一致性和精度。

以下将详细描述本发明提出的感应电机的转子电阻参数测量方法及测量装置的具体实施例。

第一实施例

如图6A-图6B所示，假设电压阶跃信号为一阶跃前为0的正阶跃信号，初始状态输入电压为u_s(0^-)=U_s1=0，电流初始值i_s(0^-)=I_s1=0。在t＝T₀=0时输入阶跃电压命令u_s(0)=U_s2=U_s，此处，U_s为电压阶跃信号在阶跃前与阶跃后的差值，根据终值定理(s→0)，经过充分长时间后电流i_s(∞)=I_s2=I₀,即根据上述公式（6）可以近似求解得到转子电阻R_r：

$R_r\&ap;R_s\&CenterDot;\frac{I_0-I_{0+}}{I_{0+}}---\left(7\right)$

具体实现过程如下：

首先，感应电机注入如图6A所示的幅值为0→U_s的第一阶跃电压信号，感应电机内部将产生如图6B所示电流波形i_s。在t＝T₁时刻，即足以忽略漏感所引起的电流动态变化的影响，认为此刻电流值即为初始时刻电流I₀₊，测量并记录该值，这里，T₀＜T₁＜T₀+3T_s，即0＜T₁＜3T_s（在本实施例中，T₀时刻即为t＝0的时刻）；在足够长时间后响应电流趋于稳态，其电流值为I₀，同样测量并记录该值，这里，电流趋于稳态的时刻为t≥3T_s之后任意时刻。

根据公式（7）即可准确计算出转子电阻阻值。这里，假设此时已知定子电阻R_s。

在一实施例中，直接经霍尔元件采集感应电机实际电流，并利用公式（7）进行转子电阻阻值计算，有利于提高转子电阻计算精度。

在本发明的实施例中，感应电机为三相感应电机，电流采集选择电流幅值最大的一相（亦即，测试相）。

在本实施例中，第一电压阶跃信号为阶跃前为0的正阶跃信号。在其他实施例中，第一电压阶跃信号可为阶跃后为0的正阶跃信号或者为阶跃前为负，阶跃后为正的正阶跃信号。第一电压阶跃信号还可为多段电压阶跃信号。在这些情况下，也同样可根据公式（6）或（7）计算得出准确的转子电阻R_r，在此不再赘述。

另外，需要说明的是，本发明对转子电阻的测量需使感应电机处于静止状态，这就需要向感应电机注入特定的电压信号或电流信号，以使感应电机不产生旋转的磁场或转矩。

本领域技术人员可以理解，现有技术中有多种使感应电机静止的方式，本发明采用但不限于采用以下两种使感应电机静止的方式：

第一种：向感应电机注入360°空间范围内任一角度的电压矢量信号，如注入0°空间电压矢量信号，以测试相为a相说明，即满足以下关系：

u_a=-2u_b=-2u_c或i_a＝-2i_b=-2i_c；

其中，测试相a相为接收电压阶跃信号输入的一相，b相和c相为非测试相。也就是说，输入到测试相上的电压为其他两相上电压的两倍且与其他两相上的电压方向相反，或者输入到测试相上的电流为其他两相电流的两倍且与其他两相上的电流方向相反。

第二种：向感应电机的测试相提供的测量电流或电压等于向感应电机的一非测试相提供的电流或电压的幅值，方向与非测试相的电流或电压相反，并且不向感应电机的另一非测试相提供电压和电流。

第二实施例

除第一实施例中注入正阶跃电压信号外，也可以注入负阶跃电压信号，如图7A-7B所示。分析过程如下：假设该电压阶跃信号为一阶跃后的电压值为0的负阶跃电压信号，初始状态输入电压为u_s(0^-)=U_s1=U_s，电流初始值i_s(0^-)=I_s1=I₀。在t=0时输入阶跃电压命令u_s(0)=U_s2=0，此处，U_s为电压阶跃信号在阶跃前与阶跃后的差值，根据终值定理(s→0)，经过充分长时间后电流i_s(∞)=I_s2=0。当感应电机输入电压瞬间降为零时，根据上述公式（6）可以近似求解得到转子电阻R_r：

$R_r\&ap;R_s\&CenterDot;\frac{I_{0+}}{I_0-I_{0+}}---\left(8\right)$

具体实现过程如下：

首先，感应电机注入如图7A所示的幅值为U_s→0第一阶跃电压信号，感应电机内部将产生如图7B所示电流波形i_s，电流初始值为I₀，测量并记录该值。在t＝T₁时刻，即足以忽略漏感所引起的电流动态变化的影响，认为此刻电流值即为初始时刻电流I₀₊，测量并记录该值，这里，T₀＜T₁＜T₀+3T_s，即0＜T₁＜3T_s（在本实施例中，T₀时刻即为t=0的时刻），这里，电流为0的时刻为t≥3T_s之后任意时刻。

根据式（8）即可准确计算出转子电阻阻值。这里，假设此时已知定子电阻R_s。

在本实施例中，第一电压阶跃信号为阶跃后为0的负阶跃信号。在其他实施例中，第一电压阶跃信号可为阶跃前为0的负阶跃信号或者为阶跃前为正，阶跃后为负的负阶跃信号，在这些情况下，也同样可根据公式（6）或（8）计算得出准确的转子电阻R_r，在此不再赘述。

第三实施例

在上述第一和第二实施例中，通过向感应电机注入第一电压阶跃信号来获取初始时刻的电流值I₀₊、第一电流值I_s1和第二电流值I_s2。而在以下的实施例中，是通过向感应电机注入一第二信号来获取第一电流值I_s1和第二电流值I_s2，并通过注入第一电压阶跃信号来获取初始时刻的电流值I₀₊。

下面介绍获取I_s1、I_s2的方法和过程。

在本实施例中，向感应电机注入的第二信号为第二电压阶跃信号，该第二电压阶跃信号阶跃前电压值为U_s1，阶跃后电压值为U_s2，感应电机内部将产生一电流响应，经过时间t≥T₂（=3T_s）后电流进入稳态，测量并记录电压阶跃前的电流稳态值I_s1及阶跃后电流稳态值I_s2，随后关断电压阶跃注入信号。

以图8为例说明，注入一阶跃前为0的电压正阶跃信号来作为第二电压阶跃信号，阶跃后电压值为U_s2（差值=U_s），则在感应电机内部将产生一电流信号，如图8的（b）部分所示，电压阶跃信号发生阶跃变化前稳态电流I_s1为0，经过T₂（=3T_s）后，阶跃响应稳态电流I_s2为I₀。

接下来介绍如何完成转子电阻测量过程，在关断第二电压阶跃信号后的t＝T₃时刻，此时向感应电机注入第一电压阶跃信号，该第一电压阶跃信号阶跃前电压值为U_s1，阶跃后电压值为U_s2，如图8的（a）部分所示，U_s1为0，U_s2为U_s。当t＝T₁（T₃<T₁<T₃+3T_s）时参考第一实施例，此T₁时刻电流值即为初始时刻的电流值I₀₊，测量并记录该值。鉴于此时注入的第一电压阶跃信号阶跃前电压值为0，阶跃后电压值为U_s，阶跃响应的稳态电流值将趋于I₀，与第二电压阶跃信号的稳态电压值U_s和稳态电流值I₀相同，因此无需重复记录。这样，在完成T₁时刻电流值I₀₊的测量和记录后，测试过程结束。在I₀₊和I₀均已获取的情况下，根据式（7）,即可准确计算出转子电阻阻值。这里，假设此时已知定子电阻R_s。

上述获取I_s1、I_s2的方法和过程为向感应电机注入一U_s1到U_s2的第二电压阶跃信号，所述第二电压阶跃信号仅是一种优选的实现方法，第二信号也可以是第一时刻的电压值为U_s1，第二时刻的电压值为U_s2的任意波形的电压信号，如阶梯波、斜坡等。

第四实施例

在前述的实施例中，直接注入一第二电压阶跃信号，但如果阶跃前电压值U_s1或者阶跃后电压值U_s2的幅值过大，易造成感应电机过流而导致损坏，因此需要注入合适的电压幅值，下面给出如何获取U_s1,U_s2及完成转子电阻测量的方法。

首先介绍获取U_s1,U_s2的方法和过程，在本实施例中，向感应电机注入的第二信号为电流阶跃信号，该电流阶跃信号阶跃前电流值为I_s1，阶跃后电流值为I_s2，I_s1，I_s2≤2I_N，I_N为感应电机额定电流，感应电机内部将产生一电压响应，经过时间t≥T₂（=3T_s）后电压进入稳态，测量并记录电流阶跃前对应的电压稳态值U_s1及阶跃后对应的电压稳态值U_s2，随后关断电流阶跃信号。

如图9中的（b）部分所示，注入一阶跃前为0的电流正阶跃信号来作为第二电流阶跃信号，阶跃后电流值为I_s2（差值＝I₀），则在感应电机内部将产生一电压信号，如图9的（a）部分所示，第二电流阶跃信号发生阶跃变化前稳态电压U_s1为0，经过T₂（=3T_s）后，阶跃响应稳态电压U_s2为U_s。

接下来介绍如何完成转子电阻测量过程，在关断电流阶跃信号后的t＝T₃时刻，此时向感应电机注入第一阶跃电压信号，该第一电压阶跃信号阶跃前电压值为U_s1，阶跃后电压值为U_s2，如图9的（a）部分所示，U_s1为0，U_s2为U_s。当t＝T₁（T₃<T₁<T₃+3T_s）时参考第一实施例，此T₁时刻电流值即为初始时刻的电流值I₀₊，测量并记录该值。

鉴于此时注入的第一电压阶跃信号阶跃前电压值为0，阶跃后电压值为U_s，阶跃响应的稳态电流值将趋于I₀，与电流阶跃信号的稳态电流值I₀和稳态电压值U_s相同，因此无需重复记录。这样，在完成T₁时刻电流值I₀₊的测量和记录后，测试过程结束，在I₀₊和I₀均已获取的情况下，根据式（7）,即可准确计算出转子电阻阻值。这里，假设此时已知定子电阻R_s。

上述获取U_s1,U_s2的方法和过程为向感应电机注入一I_s1到I_s2的电流阶跃信号，所述电流阶跃信号仅是一种优选的实现方法，第二信号也可以是第一时刻的第一电流值为I_s1，第二时刻的第二电流值为I_s2的任意波形的电流信号，如阶梯波、斜坡等。

第五实施例

在上述第三和第四实施例中，通过向感应电机注入第二电压阶跃信号或电流阶跃信号来获取阶跃前的电压幅值U_s1和电流幅值I_s1，以及阶跃后已处于稳态的电压幅值U_s2和电流幅值I_s2。

而在实际中为缩短测量感应电机所有参数所需时间，优化辨识过程，可在其它参数（如定子电阻R_s）辨识的同时就可完成U_s1、U_s2和I_s1、I_s2的计算、测量和记录。

在已知U_s1、U_s2和I_s1、I_s2后，向感应电机注入第一电压阶跃信号，令其在阶跃前电压值为U_s1阶跃后电压值为U_s2，当t＝T₁，此时刻电流值即为初始时刻的电流值I₀₊，测量并记录该值，测试过程结束，无需继续注入电压信号，得到如图10所示波形。同样根据式（7），即可准确测量出转子电阻阻值。这里，假设此时已知定子电阻R_s。

请参阅图11所示，本发明还提出了一种感应电机的转子电阻测量装置，该测量装置用于测量感应电机114的转子电阻，包括：控制单元111、耦接于感应电机114的功率变换单元112。

其中，控制单元111在感应电机114处于静止状态下，经由功率变换单元112向感应电机114的一测试相注入第一电压阶跃信号。

并且，控制单元111包括一转子电阻计算单元113，该转子电阻计算单元113从感应电机114接收并记录第一电压阶跃信号初始时刻的电流值I₀₊，并根据第一电流值I_s1、第二电流值I_s2和初始时刻的电流值I₀₊来计算感应电机114的转子电阻R_r，其中第一电流值I_s1数值上等于第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，第二电流值I_s2数值上等于第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值。

此外，功率变换单元112将控制单元111输出的信号功率变换（例如，功率放大）为第一电压阶跃信号后输入到感应电机114，使得感应电机114中产生相应动态变化的电流。其中，功率变换单元112包括但不限于电压型变换器和电流型变换器。

转子电阻计算单元113接收该第一电压阶跃信号在所述感应电机产生的电流信号，并根据公式计算出转子电阻R_r，其中，R_s为定子电阻，I_s1为该第一电压阶跃信号阶跃前的稳态电流值，I_s2为该第一电压阶跃信号发生时刻起大于或者等于3I_s的时刻的电流值，其中L_σ为漏电感，L_m为互感，并且I₀₊为T₀＜t＜3T_s范围内任意时刻的电流值，其中T₀为电压发生阶跃变化的时刻。

在一实施例中，可将转子电阻计算单元113设于控制单元111中。

为了使感应电机能在静止状态下完成测试，需要通过功率变换单元112给感应电机114注入特定的电压信号或电流信号，以使感应电机114不产生旋转的磁场或转矩。

本领域技术人员可以理解，现有技术中有多种使感应电机静止的方式，本发明采用但不限于采用以下两种使感应电机静止的方式：

第一种：通过功率变换单元112向感应电机114注入360°空间范围内任一角度的电压矢量信号，如注入0°空间电压矢量信号，以测试相为a相说明，即满足以下关系：

u_a=-2u_b=-2u_c或i_a=-2i_b=-2i_c；

其中，测试相a相为接收电压阶跃信号输入的一相，b相和c相为非测试项。也就是说，输入到测试相上的电压为其他两相上电压的两倍且与其他两相上的电压方向相反，或者输入到测试相上的电流为其他两相电流的两倍且与其他两相上的电流方向相反。

第二种：功率变换单元112向感应电机114的测试相提供的测量电流或电压等于向感应电机114的一非测试相提供的电流或电压的幅值，方向与非测试相的电流或电压相反，感应电机114的另一非测试相与功率变换单元112无电连接或功率变换单元112无电压和电流提供给感应电机114的另一非测试相。功率变换单元112无电压和电流提供给感应电机114的另一非测试相例如可通过关断功率变换单元112与该非测试相连接的桥臂的功率器件不让电流流过该非测试相实现。

请参阅图12所示，其为采用第一实施例及电压型变换器的转子电阻测试装置的实施例。具体地，控制单元121包括电压指令发生器1211、电压分配模块1212和转子电阻计算单元123。其中，电压指令发生器1211发出电压指令至电压分配模块1212；该电压分配模块1212按照第一种保持三相感应电机124静止的方式产生三路初始电压阶跃信号后发送到功率变换单元122；功率变换单元122将该初始电压阶跃信号功率放大为第一电压阶跃信号后注入到感应电机124中，例如使电压关系满足u_s ^*=u_a=-2u_b=-2u_c，使感应电机124处于静止状态，接下来，控制单元的电压指令发生器1211发出电压指令至电压分配模块1212，再由功率变换单元122变换为第一电压阶跃信号注入到感应电机124的a相，转子电阻计算单元123根据霍尔元件125采集到的感应电机a相的电流信号，利用上述公式（6），完成转子电阻参数测量过程。

请参阅图13所示，其为采用第一实施例及电流型变换器的转子电阻测试装置的实施例。具体地，控制单元131包括电压指令发生器1311、电流分配模块1312、电流调节器1313和转子电阻计算单元133。其中，电压指令发生器1311发出电压指令至电流调节器1313；电流调节器1313把电压信号变换成电流信号后发送给电流分配模块1312；该电流分配模块1312按照第一种保持三相感应电机134静止的方式产生三路电流信号后发送到功率变换单元132；功率变换单元132将该电流信号功率放大后注入到感应电机134中，例如使电流关系满足i_s ^*=i_a=-2i_b=-2i_c，使感应电机134处于静止状态；接下来，控制单元发出电压指令至电流调节器1313；电流调节器1313把电压信号变换成电流信号后发送给电流分配模块1312，再由功率变换单元132变换为第一电压阶跃信号注入到感应电机134的a相，霍尔元件135将采集到的由电流调节器1313输出的电流信号提供给转子电阻计算单元133，并利用上述公式（6），完成转子电阻参数测量过程。

同理，第二实施例至第五实施例也均可通过上述两种实施例的测量装置实现，根据式（7）计算出转子电阻值，此处不再赘述。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (28)

1.一种感应电机的转子电阻测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.在所述感应电机处于静止状态时，向所述感应电机的一测试相注入一第一电压阶跃信号；

b.测量并记录所述第一电压阶跃信号初始时刻的电流值I₀₊；以及

c.根据第一电流值I_s1、第二电流值I_s2和所述初始时刻的电流值I₀₊，计算所述感应电机的转子电阻R_r，其中所述第一电流值I_s1数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，所述第二电流值I_s2数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值，根据公式来计算所述转子电阻R_r，其中R_s为定子电阻。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述初始时刻的电流值I₀₊为T₀＜t＜T₀+3T_s范围内任意时刻的电流值，其中T₀为所述第一电压阶跃信号的电压发生阶跃变化的时刻，L_σ为漏电感，L_m为互感，R_s为定子电阻。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，在所述第一电压阶跃信号阶跃前、后分别测量并记录所述第一电流值I_s1和第二电流值I_s2，其中所述第一电流值I_s1为所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，所述第二电流值I_s2为所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，还包括在步骤a之前的如下步骤：

d.向所述感应电机的所述测试相注入一第二信号；

记录所述第二信号在第一时刻的电压值和所述第一电流值I_s1；以及

记录所述第二信号在第二时刻的电压值和所述第二电流值I_s2，

其中，所述第一时刻的电压值数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值，所述第二时刻的电压值数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述第二信号为一电压信号，所述第一电流值I_s1为所述第一时刻的电压值对应的电流值，所述第二电流值I_s2为所述第二时刻的电压值对应的电流值。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述电压信号为一第二电压阶跃信号，所述第一时刻的电压值为所述第二电压阶跃信号阶跃前的电压值，所述第二时刻的电压值为所述第二电压阶跃信号阶跃后的电压值。

7.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述第二信号为一电流信号，所述第一时刻的电压值为所述第一电流值I_s1对应的电压值，所述第二时刻的电压值为所述第二电流值I_s2对应的电压值。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述电流信号为一电流阶跃信号，所述第一电流值I_s1为所述电流阶跃信号阶跃前的电流值，所述第二电流值I_s2为所述电流阶跃信号阶跃后的电流值。

9.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述第二电流值I_s2为所述第一电压阶跃信号发生阶跃变化时刻起大于或等于3T_s时刻的电流值，L_σ为漏电感，L_m为互感，R_s为定子电阻。

10.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述第二电流值I_s2为所述第二电压阶跃信号发生阶跃变化时刻起大于或等于3T_s的时刻的电流值，L_σ为漏电感，L_m为互感，R_s为定子电阻。

11.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述第一电流值I_s1和所述第二电流值I_s2均小于或等于2I_N，所述I_N为所述感应电机的额定电流。

12.根据上述权利要求1-11中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述第一电压阶跃信号为一正阶跃信号。

13.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压幅值或阶跃后的电压幅值为0。

14.根据权利要求12所述的测量方法，其特征在于，所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压幅值为负，阶跃后的电压幅值为正。

15.根据上述权利要求1-11中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述第一电压阶跃信号为一负阶跃信号。

16.根据权利要求15所述的测量方法，其特征在于，所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压幅值或阶跃后的电压幅值为0。

17.根据权利要求15所述的测量方法，其特征在于，所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压幅值为正，阶跃后的电压幅值为负。

18.根据上述权利要求1-11中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述第一电压阶跃信号为一多段电压阶跃信号。

19.根据上述权利要求1-11中任一项所述的测量方法，其特征在于，所述感应电机为三相感应电机。

20.根据权利要求19所述的测量方法，其特征在于，还包括控制所述三相感应电机静止的步骤：

将输入到所述三相感应电机的所述测试相上的电压设为其他两相上电压的两倍且与其他两相上的电压方向相反，或者将输入到所述三相感应电机的所述测试相的电压设为与其他两相中的一相的电压大小相等且方向相反，而其他两相中的另一相无电压，从而使所述感应电机处于静止状态。

21.根据权利要求19所述的测量方法，其特征在于，还包括控制所述三相感应电机静止的步骤：

将输入到所述测试相上的电流设为其他两相电流的两倍且与其他两相上的电流方向相反，或者将输入到所述感应电机的一测试相的电流设为与其他两相中的一相的电流大小相等且方向相反，而其他两相中的另一相无电流，从而使所述感应电机处于静止状态。

22.一种感应电机的转子电阻测量装置，其特征在于，包括：

一功率变换单元，耦接于所述感应电机；

一控制单元，在所述感应电机处于静止状态下，经由所述功率变换单元向所述感应电机的一测试相注入第一电压阶跃信号；

其中，所述控制单元包括一转子电阻计算单元，所述转子电阻计算单元接收并记录所述第一电压阶跃信号初始时刻的电流值I₀₊，并根据第一电流值I_s1、第二电流值I_s2和所述初始时刻的电流值I₀₊来计算所述感应电机的转子电阻R_r，其中所述第一电流值I_s1数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，所述第二电流值I_s2数值上等于所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值，根据公式来计算所述转子电阻R_r，其中R_s为定子电阻。

23.根据权利要求22所述的测量装置，其特征在于，所述初始时刻的电流值I₀₊为T₀＜t＜T₀+3T_s范围内任意时刻的电流值，其中T₀为所述第一电压阶跃信号的电压发生阶跃变化的时刻，L_σ为漏电感，L_m为互感，R_s为定子电阻。

24.根据权利要求22所述的测量装置，其特征在于，在所述第一电压阶跃信号阶跃前、后分别测量并记录所述第一电流值I_s1和第二电流值I_s2，所述转子电阻计算单元接收并记录所述第一电流值I_s1和第二电流值I_s2，其中第一电流值I_s1为所述第一电压阶跃信号阶跃前的电压值对应的稳态电流值，第二电流值I_s2为所述第一电压阶跃信号阶跃后的电压值对应的稳态电流值，所述第二电流值I_s2为所述第一电压阶跃信号发生阶跃变化时刻起大于或等于3T_s时刻的电流值，L_σ为漏电感，L_m为互感，R_s为定子电阻。

25.根据权利要求22所述的测量装置，其特征在于，所述功率变换单元包括一电压型变换器；

所述感应电机为三相感应电机，所述转子电阻计算单元接收并记录所述感应电机的所述测试相上测得的电流值。

26.根据权利要求22所述的测量装置，其特征在于，所述功率变换单元包括一电流型变换器；

所述感应电机为三相感应电机，所述控制单元还包括一电流调节器，所述转子电阻计算单元接收并记录所述电流调节器输出的电流值。

27.根据权利要求25所述的测量装置，其特征在于，所述控制单元将输入到所述感应电机的所述测试相上的电压设为其他两相上电压的两倍且与其他两相上的电压方向相反，或者所述控制单元将输入到所述感应电机的所述测试相的电压设为与其他两相中的一相的电压大小相等且方向相反，而其他两相中的另一相无电压，从而使所述感应电机处于静止状态。

28.根据权利要求26所述的测量装置，其特征在于，所述控制单元将输入到所述测试相上的电流设为其他两相电流的两倍且与其他两相上的电流方向相反，或者所述控制单元将输入到所述感应电机的所述测试相的电流设为与其他两相中的一相的电流大小相等且方向相反，而其他两相中的另一相无电流，从而使所述感应电机处于静止状态。