CN105203955A - 异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及异步电动机铁耗模型参数技术领域，具体涉及异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法；包括三相异步电动机及与三相异步电动机连接的可调电源、电压测量模块、电流测量模块，所述电压测量模块、电流测量模块分别连接有阻抗测量模块及辨识计算模块；通过本发明辨识出的异步电动机Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_h、经典涡流损耗电阻R_c、异常涡流损耗电阻R_e可用于变频调速系统用能优化，特别是基于直接功率控制技术的变频调速系统设计与用能优化。

Description

异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法

技术领域

本发明涉及异步电动机铁耗模型参数技术领域，具体涉及异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法。

背景技术

在交流拖动系统中，为了满足以运行效率优化和转矩性能优化等为目标的高性能控制算法的需求，异步电机等效电路中铁耗的准确建模是一个需要重点考虑的方面，模型参数的辨识是重中之重。为了提高电机变频运行状况下铁耗的计算精度，需要考虑铁耗不同分量随磁通密度和频率变化规律不同的影响，需要为每个铁耗分量分别等效一个电阻，于是，Bertotti建立了包含磁滞损耗、经典涡流损耗和异常涡流损耗三个部分的铁耗模型。目前，Bertotti铁耗模型是精度较高的数学模型。

为了满足交流拖动系统的运行效率优化，为了实现直接功率控制变频调速系统，设计人员发明了采用可输出频率可调、幅值可调三相对称交流电压电源来实现异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法。

发明内容

本发明的目的在于提供。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括三相异步电动机及与三相异步电动机连接的可调电源、电压测量模块、电流测量模块，所述电压测量模块、电流测量模块分别连接有阻抗测量及辨识计算模块，所述辨识方法包括以下步骤：

(a)、通过给电动机定子绕组分别施加频率为f₁、f₂、f₃的三相对称交流电压，使电机定子电流等于额定空载电流，电机空载稳定运行，分别检测此时的P_fe1、P_fe2和P_fe3；

(b)、计算中间参数a、b、c，由中间参数计算额定频率f_N下铁耗的磁滞部分P_hN、经典涡流部分P_cN、异常涡流部分P_eN；接着，给电动机定子绕组施加频率为f_N＝50Hz的三相对称交流电压，电机空载稳定运行，检测电机定子绕组电压U_s0、定子绕组电流I_s0、定子绕组阻抗Z_s；据此计算额定状况下Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_hN、经典涡流损耗电阻R_cN、异常涡流损耗电阻R_eN；

(c)、给电动机定子绕组施加频率为f的三相对称交流电压，测量励磁电流I_m，计算任意状况下Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_h、经典涡流损耗电阻R_c、异常涡流损耗电阻R_e。

进一步的，所述步骤(b)中，中间参数a、b、c的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{fe1}={\mathrm{af}}_1+{\mathrm{bf}}_1^2+{\mathrm{cf}}_1^{1.5}\\ P_{fe2}={\mathrm{af}}_2+{\mathrm{bf}}_2^2+{\mathrm{cf}}_2^{1.5}\\ P_{fe3}={\mathrm{af}}_3+{\mathrm{bf}}_3^2+{\mathrm{cf}}_3^{1.5}\end{array}\right..$

进一步的，所述步骤(b)中，磁滞部分P_hN、经典涡流部分P_cN、异常涡流部分P_eN的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{hN}={\mathrm{af}}_N\\ P_{cN}={\mathrm{bf}}_N^2\\ P_{eN}={\mathrm{cf}}_N^{1.5}\end{array}\right.$

其中，f_N为额定频率。。

进一步的，所述步骤(b)中，额定状态下Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_hN、经典涡流损耗电阻R_cN、异常涡流损耗电阻R_eN的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{hN}=3\frac{U_{S0}-I_{S0}{Z}_S}{P_{hN}}\\ R_{cN}=3\frac{U_{S0}-I_{S0}{Z}_S}{P_{cN}}\\ R_{eN}=3\frac{U_{S0}-I_{S0}{Z}_S}{P_{eN}}\end{array}\right.$

其中，U_s0为电机定子绕组空载电压、I_s0为定子绕组空载电流、Z_s为定子

绕组阻抗。

进一步的，在所述步骤(c)中，任意状况下Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_h、经典涡流损耗电阻R_c、异常涡流损耗电阻R_e的计算公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_h={\left(\frac{I_m}{I_{mN}}\right)}^{2-x}\left(\frac{f}{f_N}\right)R_{hN}\\ R_c=\frac{\mathrm{\π}m}{4}{R}_{cN}\\ R_e=\frac{{\mathrm{\πm}}^{0.5}}{4}{\left(\frac{I_m}{I_{mN}}\right)}^{0.5}{\left(\frac{f}{f_N}\right)}^{0.5}{R}_{eN}\end{array}\right.$

其中，I_m为励磁电流、I_mN为额定励磁电流、x为斯坦梅茨系数、m为调制系数。

进一步的，所述可调电源为可输出频率、幅值可调的三相对称交流电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过本发明辨识出的异步电动机Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_h、经典涡流损耗电阻R_c、异常涡流损耗电阻R_e可用于变频调速系统用能优化，特别是基于直接功率控制技术的变频调速系统设计与用能优化，满足交流拖动系统的运行效率优化，可实现直接功率控制变频调速系统。

附图说明

图1为本发明异步电动机Bertotti铁耗模型的结构示意图；

图2为本发明异步电动机Bertotti铁耗模型电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1及图2，采用本发明的辨识方法，

实施例为：以一台三相额定电压380V、额定功率3.7kW、额定频率50Hz，额定功率因数为0.6的异步电动机为例，采用MEGMEET恒压频比变频器作为可调电源，同时实现电压、电流、相角、功率、阻抗的测量。

通过给电动机定子绕组分别施加频率为f₁＝5Hz、f₂＝25Hz、f₃＝50Hz的三相对称交流电压，使电机定子电流等于额定空载电流，电机空载稳定运行，分别检测得到P_fe1＝11W、P_fe2＝97W和P_fe3＝294W。

将其代入公式：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{fe1}={\mathrm{af}}_1+{\mathrm{bf}}_1^2+{\mathrm{cf}}_1^{1.5}\\ P_{fe2}={\mathrm{af}}_2+{\mathrm{bf}}_2^2+{\mathrm{cf}}_2^{1.5}\\ P_{fe3}={\mathrm{af}}_3+{\mathrm{bf}}_3^2+{\mathrm{cf}}_3^{1.5}\end{array}\right.$ 得：

$\left\{\begin{array}{c}11=5a+25b+11.18c\\ 97=25a+625b+125c\\ 294=50a+2500b+353.55391c\end{array}\right.$

计算得中间参数：a＝1.66295、b＝0.07353、c＝0.07576。

代入公式：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{hN}={\mathrm{af}}_N\\ P_{cN}={\mathrm{bf}}_N^2\\ P_{eN}={\mathrm{cf}}_N^{1.5}\end{array}\right.$ 得：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{hN}=1.66295*50\\ P_{cN}=0.07353*{50}^2\\ P_{eN}=0.07576*{50}^{1.5}\end{array}\right.$

计算得额定频率f_N下铁耗的磁滞部分P_hN＝83.14732W、经典涡流部分P_cN＝183.82549W、异常涡流部分P_eN＝26.78524W，此时合计P_fe＝293.75796W。

接着，给电动机定子绕组施加频率为f_N＝50Hz的三相对称交流电压，电机空载稳定运行，检测电机定子绕组电压U_s0＝387V、定子绕组电流I_s0＝0.74A、定子绕组阻抗Z_s＝455.4Ω，代入公式：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{hN}=3\frac{U_{S0}-I_{S0}{Z}_S}{P_{hN}}\\ R_{cN}=3\frac{U_{S0}-I_{S0}{Z}_S}{P_{cN}}\\ R_{eN}=3\frac{U_{S0}-I_{S0}{Z}_S}{P_{eN}}\end{array}\right.$ 得：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_{hN}=3\frac{387-0.74*455.4}{83.14732}\\ R_{cN}=3\frac{387-0.74*455.4}{183.82594}\\ R_{eN}=3\frac{387-0.74*455.4}{26.78524}\end{array}\right.$

得额定状况下Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_hN＝1804.17Ω、经典涡流损耗电阻R_cN＝816.06Ω、异常涡流损耗电阻R_eN＝5600.55Ω。

任意状况下Bertotti铁耗模型参数的计算，任意状况是指不同的导磁材料，不同的电压、不同的频率、不同的调制系数。实施例以励磁电流I_m＝0.34A、额定励磁电流I_mN＝0.74A、斯坦梅茨系数x＝1.5、调制系数m＝0.9、频率f＝30Hz进行计算；将上述参数代入公式：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_h={\left(\frac{I_m}{I_{mN}}\right)}^{2-x}\left(\frac{f}{f_N}\right)R_{hN}\\ R_c=\frac{\mathrm{\π}m}{4}{R}_{cN}\\ R_e=\frac{{\mathrm{\πm}}^{0.5}}{4}{\left(\frac{I_m}{I_{mN}}\right)}^{0.5}{\left(\frac{f}{f_N}\right)}^{0.5}{R}_{eN}\end{array}\right.$ 得：

$\left\{\begin{array}{c}{R}_h={\left(\frac{0.34}{0.74}\right)}^{2-1.5}*\left(\frac{30}{50}\right)*1804.17\\ R_c=\frac{3.14159*0.9}{4}*816.06\\ R_e=\frac{3.14159*{0.9}^{0.5}}{4}*{\left(\frac{0.34}{0.74}\right)}^{0.5}*{\left(\frac{30}{50}\right)}^{0.5}*5600.55\end{array}\right.$

计算得磁滞损耗电阻R_h＝733.76Ω、经典涡流损耗电阻R_c＝576.84Ω、异常涡流损耗电阻R_e＝2190.99Ω。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法，其特征在于，包括三相异步电动机(1)及与三相异步电动机(1)连接的可调电源(2)、电压测量模块(3)、电流测量模块(4)，所述电压测量模块、电流测量模块分别连接有阻抗测量模块(5)及辨识计算模块(6)，所述辨识方法包括以下步骤：

(a)、通过给电动机定子绕组分别施加频率为f₁、f₂、f₃的三相对称交流电压，使电机定子电流等于额定空载电流，电机空载稳定运行，分别检测此时的P_fe1、P_fe2和P_fe3；

(b)、计算中间参数a、b、c，由中间参数计算额定频率f_N下铁耗的磁滞部分P_hN、经典涡流部分P_cN、异常涡流部分P_eN；接着，给电动机定子绕组施加频率为f_N＝50Hz的三相对称交流电压，电机空载稳定运行，检测电机定子绕组电压U_s0、定子绕组电流I_s0、定子绕组阻抗Z_s；据此计算额定状况下Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_hN、经典涡流损耗电阻R_cN、异常涡流损耗电阻R_eN；

(c)、给电动机定子绕组施加频率为f的三相对称交流电压，测量励磁电流I_m，计算任意状况下Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_h、经典涡流损耗电阻R_c、异常涡流损耗电阻R_e。

2.根据权利要求1所述的异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法，其特征在于，所述步骤(b)中，中间参数a、b、c的计算公式为：

3.根据权利要求1所述的异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法，其特征在于，所述步骤(b)中，磁滞部分P_hN、经典涡流部分P_cN、异常涡流部分P_eN的计算公式为：

其中，f_N为额定频率。

4.根据权利要求1所述的异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法，其特征在于，所述步骤(b)中，额定状态下Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_hN、经典涡流损耗电阻R_cN、异常涡流损耗电阻R_eN的计算公式为：

其中，U_s0为电机定子绕组空载电压、I_s0为定子绕组空载电流、Z_s为定子绕组阻抗。

5.根据权利要求1所述的异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法，其特征在于，在所述步骤(c)中，任意状况下Bertotti铁耗模型参数：磁滞损耗电阻R_h、经典涡流损耗电阻R_c、异常涡流损耗电阻R_e的计算公式为：

其中，I_m为励磁电流、I_mN为额定励磁电流、x为斯坦梅茨系数、m为调制系数。

6.根据权利要求1所述的异步电动机Bertotti铁耗模型参数的辨识方法，其特征在于，所述可调电源为可输出频率、幅值可调的三相对称交流电压。