CN105353220A - 三相异步电动机电学性能参数的辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三相异步电动机电学性能参数的辨识方法。首先，通过给电动机三相定子绕组两两施加直流电压，同时测量电流，由此计算电动机定子电阻R₁；其次，给电动机施加三相对称正弦交流电压，电机运转在电源同步转速时，测量电流，计算功率，计算复阻抗，由此计算电动机励磁电阻R_m和电抗X₁+X_m；最后，给电动机施加三相对称正弦交流电压，保持电机静止不动，测量电流，计算功率，计算复阻抗，由此计算电动机转子电阻R₂ ^’和电抗X₂ ^’，达到辨识三相异步电动机电学性能参数的目的。本发明在现场应用时具有操作简单，能够快速得出电动机电学性能参数的特点，适用于所有的三相异步电动机。

Description

三相异步电动机电学性能参数的辨识方法

技术领域

本发明涉及三相异步电动机电学性能参数的辨识方法。特别是采用可输出直流电压，可输出频率可调、幅值可调三相对称交流电压电源来实现三相异步电动机电学性能参数的辨识方法。

技术背景

三相异步电动机的使用效果强烈依赖于其电学、力学及机械特性，其电学参数是分析电机、设计制造电机、电机系统设计的重要依据，是电动机运行过程力矩、速度、能量控制的基础。三相异步电动机电学参数：定子电阻、励磁电阻、转子电阻、定子电抗、励磁电抗、转子电抗是实现变频调速系统中矢量控制技术、直接功率控制技术的基础，变频调速系统的使用效果与其直接相关。

采用可输出直流电压，可输出频率可调、幅值可调三相对称交流电压电源来实现三相异步电动机电学性能参数的辨识方法，本发明提出之前尚未见到报导。

发明内容

本发明公开一种三相异步电动机电学性能参数的辨识方法，是具有直接功率控制技术功能的变频调速系统。该方法辨识出的三相异步电动机电学参数：定子电阻、励磁电阻、转子电阻、定子电抗、励磁电抗和转子电抗用于变频调速系统设计，特别是用于基于直接功率控制技术的变频调速系统设计。

本发明通过如下技术方案实现：

一种三相异步电动机电学性能参数的辨识方法，包括以下步骤：

步骤1：通过给电动机三相定子绕组两两施加直流电压，同时测量电流，由此计算电动机定子电阻R₁；

步骤2：给电动机施加三相对称正弦交流电压，电机运转在电源同步转速时，测量电流，计算功率，计算复阻抗，由此计算电动机励磁电阻R_m和电抗X₁+X_m；

步骤3：给电动机施加三相对称正弦交流电压，保持电机静止不动，测量电流，计算功率，计算复阻抗，由此计算电动机转子电阻R₂’和电抗X₂’。

优选的是：

步骤1中，电动机定子电阻R₁的计算公式为：

(星形接法)，(三角形接法)其中，U₁为所加直流电压，I₁为直流电流。

进一步，还可得出三相异步电动机定子绕组的分相电阻值。

步骤2中，电动机励磁电阻R_m的计算公式为：

其中p_Fe为铁耗，I₁为交流电流有效值。

步骤2中，电动机电抗X₁+X_m的计算公式为：

其中，X₁为定子电抗，X_m为励磁电抗，U₁为交流电压有效值，I₁为交流电流有效值。

步骤3中，电动机转子电阻R₂’的计算公式为：

${R_2}^{,}(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{I_1^2}-R_1)\frac{X_1+X_m}{X_1+X_m-\sqrt{{\left(\frac{U_1}{I_1}\right)}^2-{(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{I_1^2})}^2}},$ 其中，P₁为电机的输入电功率，U₁为交流电压有效值，I₁为交流电流有效值。

步骤2中定子电抗X₁，所述步骤3中转子电抗X₂’的计算公式为：

$X_1={X_2}^{,}=\frac{\sqrt{{\left(\frac{U_1}{I_1}\right)}^2-{(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{I_1^2})}^2}}{1+\sqrt{\frac{(X_1+X_m)-\sqrt{{\left(\frac{U_1}{I_1}\right)}^2-{(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{I_1^2})}^2}}{(X_1+X_m)}}}$

公式中，p_Fe铁耗的获得方法是：据公式：测量多组P₁，I₁采用外推法获得杂散损耗p_Ω，然后算得p_Fe。

本发明的技术效果：通过本发明辨识出的三相异步电动机电学参数：定子电阻、励磁电阻、转子电阻、定子电抗、励磁电抗、转子电抗可以用于力矩控制系统的力矩控制器优化；速度控制系统的速度控制器优化；伺服控制系统的伺服控制器优化；直接功率控制变频调速系统的系统设计。本发明在现场应用时具有操作简单，能够快速得出电动机电学性能参数的特点，适用于所有的三相异步电动机。

附图说明

图1为三相异步电动机电学性能参数辨识示意图。

图2为三相异步电动机电学参数模型图。

图3为铁耗计算原理示意图。

具体实施方式

实施例：

以一台三相四极380V、5.5kW异步电动机为例，本例异步电机定子采用星形联接，采用MEGMEET恒压频比变频器作为可调电源，同时实现电压、电流和相角的测量。

给电动机三相定子绕组两两施加直流电压，同时测量电流，施加10V电压，测得电流1.12A(A-B,A-C,B-C平均)，代入公式：(星形接法)，计算得定子电阻R₁为4.47Ω。

给电动机从2V～20V每间隔1V加三相对称交流电，让电机基本稳定运行于电源同步转速，绘制图3所示铁耗计算原理图，用外推法计算得p_Ω为21W，选取一组功率47.3W，电流1.11A的测试数据，代入公式得p_Fe为9.78W。将p_Fe及此时的电流1.11A代入公式：计算得励磁电阻R_m为2.65Ω。

选取一组数据20V,1.14A代入公式：

$X_1+X_m=\sqrt{{\left(\frac{U_1}{I_1}\right)}^2-{(R_1+R_m)}^2}$

进行计算得X₁+X_m为16.04Ω。

给电机带上负载，加从10～20V每间隔1V加三相对称交流电，保持电机不动，测量电流。选取一组功率248.76W，电压20V，电流4.27A的测试数据，代入公式:

$X_1={X_2}^{,}=\frac{\sqrt{{\left(\frac{U_1}{I_1}\right)}^2-{(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{I_1^2})}^2}}{1+\sqrt{\frac{(X_1+X_m)-\sqrt{{\left(\frac{U_1}{I_1}\right)}^2-{(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{I_1^2})}^2}}{(X_1+X_m)}}}$

计算得定子电抗、转子电抗X₁＝X₂’＝0.57Ω；于是X_m为15.47Ω。

给电机带上负载，加从10～20V每间隔1V加三相对称交流电，保持电机不动，测量电流。选取一组功率248.76W，电压20V，电流4.27A的测试数据，代入公式:

${R_2}^{,}(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{I_1^2}-R_1)\frac{X_1+X_m}{X_1+X_m-\sqrt{{\left(\frac{U_1}{I_1}\right)}^2-{(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{I_1^2})}^2}}$

计算得转子电阻R₂’为0.0837Ω。

至此，三相四极380V、5.5kW异步电动机的电学参数已经全部辨识完毕，分别为定子电阻4.47Ω、励磁电阻2.65Ω、转子电阻0.0837Ω、定子电抗0.57Ω、励磁电抗15.47Ω、转子电抗0.57Ω。

Claims (7)

1.一种三相异步电动机电学性能参数的辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过给电动机三相定子绕组两两施加直流电压，同时测量电流，由此计算电动机定子电阻R₁；

步骤2：给电动机施加三相对称正弦交流电压，电机运转在电源同步转速时，测量电流，计算功率，计算复阻抗，由此计算电动机励磁电阻R_m和电抗X₁+X_m；

步骤3：给电动机施加三相对称正弦交流电压，保持电机静止不动，测量电流，计算功率，计算复阻抗，由此计算电动机转子电阻R₂’和电抗X₂’。

2.根据权利要求1所述的三相异步电动机电学性能参数的辨识方法，其特征在于，所述步骤1中，电动机定子电阻R₁的计算公式为：

星形接法；三角形接法；

式中，U₁为所加直流电压，I₁为直流电流。

3.根据权利要求1所述的三相异步电动机电学性能参数的辨识方法，其特征在于，所述步骤2中，电动机励磁电阻R_m的计算公式为：

式中p_Fe为铁耗，I₁为交流电流有效值。

4.根据权利要求1所述的三相异步电动机电学性能参数的辨识方法，其特征在于，所述步骤2中，电动机电抗X₁+X_m的计算公式为：

式中，X₁为定子电抗，X_m为励磁电抗，U₁为交流电压有效值，I₁为交流电流有效值。

5.根据权利要求1所述的三相异步电动机电学性能参数的辨识方法，其特征在于，所述步骤3中，电动机转子电阻R₂’的计算公式为：

${R_2}^{,}=(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{{I_1}^2}-R_1)\frac{X_1+X_m}{X_1+X_m-\sqrt{{\left(\frac{U_1}{I_1}\right)}^2-{(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{{I_1}^2})}^2}},$

式中，P₁为电机的输入电功率，U₁为交流电压有效值，I₁为交流电流有效值。

6.根据权利要求1所述的三相异步电动机电学性能参数的辨识方法，其特征在于，所述步骤2中定子电抗X₁，所述步骤3中转子电抗X₂’的计算公式为：

$X_1={X_2}^{,}=\frac{\sqrt{{\left(\frac{U_1}{I_1}\right)}^2-{(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{{I_1}^2})}^2}}{1+\sqrt{\frac{(X_1+X_m)-\sqrt{{\left(\frac{U_1}{I_1}\right)}^2-{(\frac{1}{3}\·\frac{P_1}{{I_1}^2})}^2}}{(X_1+X_m)}}}.$

7.根据权利要求3所述的三相异步电动机电学性能参数的辨识方法，其特征在于，p_Fe铁耗的获得方法是：据公式：测量多组P₁，I₁采用外推法获得p_Ω，然后算得p_Fe。