CN105606896A - 一种基于变载波频率的电机定子电阻检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于变载波频率的电机定子电阻检测方法，该方法用于三相异步电机，将测试回路加载在三相异步电机的三相电路上，该测试回路包括三组并联的测试电路，每组测试电路包括两个串联的IGBT，三相电路的每项电路分别各自一一对应与其中一组测试电路连接，连接点位于两个IGBT之间的线路上，每个IGBT上均导通安装有一个二极管，测试电路由直流电源供电，根据对每项电路采样的电流数据，通过计算得到电机定子电阻值。本发明提供的基于变载波频率的电机定子电阻检测方法克服了死区效应对于定子电阻检测带来的影响，且测量过程中抵消了IGBT和二极管导通压降的影响，使测量结果更为精确。

Description

一种基于变载波频率的电机定子电阻检测方法

技术领域

本发明属于电力计量检测领域，特别是一种基于变载波频率的电机定子电阻检测方法。

背景技术

异步电机矢量控制系统以其结构简单、性能优良、价格低廉等优点，已占据了电力传动领域的主导地位，各种高性能的交流调速技术也成为国内外广泛研究的热门之一。高性能交流调速的控制质量很大程度上依赖于电机参数的获得，而在许多应用中，电机的参数是事先不知道的，因此特殊的测试和试运行需要在调试中完成。为了简化调试过程，利用变频器自动测量电机参数得到了广泛的应用。目前技术来看，直流伏安法测量定子电阻已经过时，文献《Parameteridentificationofaninductionmachineatstandstillusingthevectorconstructingmethod》(《IEEETransactionsonPowerElectronics》,2012,27(2):905-915DOI:10.1109/TPEL.2010.2089699)采用向量构造法对电机参数进行测量，这种方法虽然取得不错的测量效果，但是还是忽略了死区对测量精度的影响。

经检索，尚未发现技术方案与本专利申请相同的专利文献。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种用于逆变器电机驱动，更为精确的基于变载波频率的电机定子电阻检测方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于变载波频率的电机定子电阻检测方法，该方法用于三相异步电机，将测试回路加载在三相异步电机的三相电路上，该测试回路包括三组并联的测试电路，每组测试电路包括两个串联的IGBT，三相电路的每项电路分别各自一一对应与其中一组测试电路连接，连接点位于两个IGBT之间的线路上，每个IGBT上均导通安装有一个二极管，测试电路由直流电源供电，根据对每项电路采样的电流数据，通过计算得到电机定子电阻值。

而且，所述算法步骤为：

⑴将三相采样电流变换为M轴、T轴电流i_M、i_T，对其进行闭环控制，使其M轴方向输出电流i_M1，T轴方向输出电流为0，记录装置给定的输出电压u_M1；

⑵保持电流给定i_M1不变，将逆变器载波频率提高一倍，记录装置给定的输出电压u_M2；

⑶重复步骤⑵，保持电流给定为i_M2，记录装置两次给定的输出电压分别为u_M3、u_M4；

⑷计算得到

而且，所述步骤⑴的具体算法为：

将采样电流经3/2变换并经数据格式化得到αβ坐标系下的电流iα以及iβ，其计算公式为：

式1

其中，iA、iB、iC分别为三相采样电流；

将αβ坐标系下的电流iα以及iβ进行PARK旋转变换并经数据格式化得到iM、iT，，其计算公式为：

式2

让回转角度θ＝0°，得到iM、iT送入PI调节器反馈输入，将PI调节器电流给定值输入为待PI调节器工作状态稳定后，得到相应的调节电压输出

而且，所述步骤⑵和⑶的具体算法依次为：

将依次通过PARK反变换、2/3变换得到逆变器三相电压输出给定u_ABC，其计算公式为：

式3

当θ＝0°，i_M ^*＞0时，

式4

而u_ABC实际的输出电压：

式5

其中，U_dc、U_IGBT、U_Di分别为测试电路中直流电源电压，IGBT管压降以及二极管导通时的管压降，m_1A～m_1C是三相PWM占空比，T为PWM载波周期，m_ton+td是含死区时间和开通延时的等效占空比，m_toff是关断延时的等效占空比，将式4代入式5可得:

式6

保持i_M不变，将载波频率提高一倍，则有

式7

联立式6和式7，有：

式8

重复上述步骤，保持电流给定为i_M2，记录装置两次给定的输出电压分别为u_M3、u_M4，并与式8联立消去得到

式9

R_s为电机定子电阻值。

而且，所述步骤⑷中，θ分别取0°、120°、240°测量三次，由三次测量结果求平均值确定R_s。

本发明的优点和积极效果是：

本发明提供的基于变载波频率的电机定子电阻检测方法克服了死区效应对于定子电阻检测带来的影响，且测量过程中抵消了IGBT和二极管导通压降的影响，使测量结果更为精确。

附图说明

图1是本发明的测试电路的拓扑图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于变载波频率的电机定子电阻检测方法，该方法用于三相异步电机，将测试回路加载在三相异步电机的三相电路上，该测试回路包括三组并联的测试电路，每组测试电路包括两个串联的IGBT，三相电路的每项电路分别各自一一对应与其中一组测试电路连接，连接点位于两个IGBT之间的线路上，每个IGBT上均导通安装有一个二极管，测试电路由直流电源供电，根据对每项电路采样的电流数据，通过计算得到电机定子电阻值，其算法是将三相采样电流变换为M轴、T轴电流i_M、i_T，对其进行闭环控制，使其M轴方向输出电流i_M1，T轴方向输出电流为0，记录装置给定的输出电压u_M1；

然后保持电流给定i_M1不变，将逆变器载波频率提高一倍，记录装置给定的输出电压u_M2。

然后重复上述步骤，保持电流给定为i_M2，记录装置两次给定的输出电压分别为u_M3、u_M4。

最后得到

具体步骤为：

⑴将采样电流经3/2变换并经数据格式化得到αβ坐标系下的电流iα以及iβ，其计算公式为：

式1

其中，iA、iB、iC分别为三相采样电流；

⑵将αβ坐标系下的电流iα以及iβ进行PARK旋转变换并经数据格式化得到iM、iT，，其计算公式为：

式2

让回转角度θ＝0°，得到iM、iT送入PI调节器反馈输入，将PI调节器电流给定值输入为待PI调节器工作状态稳定后，得到相应的调节电压输出

⑶将依次通过PARK反变换、2/3变换得到逆变器三相电压输出给定u_ABC，其计算公式为：

当θ＝0°，i_M ^*＞0时，

式4

而u_ABC实际的输出电压：

式5

其中，U_dc、U_IGBT、U_Di分别为测试电路中直流电源电压，IGBT管压降以及二极管导通时的管压降，m_1A～m_1C是三相PWM占空比，T为PWM载波周期，m_ton+td是含死区时间和开通延时的等效占空比，m_toff是关断延时的等效占空比，将式4代入式5可得:

式6

保持i_M不变，将载波频率提高一倍，则有

式7

联立式6和式7，有

式8

重复上述步骤，保持电流给定为i_M2，记录装置两次给定的输出电压分别为u_M3、u_M4，并与式8联立消去得到

式9

R_s为电机定子电阻值。

⑷θ分别取0°、120°、240°测量三次，由三次测量结果求平均值确定R_s。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (5)

1.一种基于变载波频率的电机定子电阻检测方法，其特征在于：该方法用于三相异步电机，将测试回路加载在三相异步电机的三相电路上，该测试回路包括三组并联的测试电路，每组测试电路包括两个串联的IGBT，三相电路的每项电路分别各自一一对应与其中一组测试电路连接，连接点位于两个IGBT之间的线路上，每个IGBT上均导通安装有一个二极管，测试电路由直流电源供电，根据对每项电路采样的电流数据，通过计算得到电机定子电阻值。

2.根据权利要求1所述的基于变载波频率的电机定子电阻检测方法，其特征在于：所述算法步骤为：

⑴将三相采样电流变换为M轴、T轴电流i_M、i_T，对其进行闭环控制，使其M轴方向输出电流i_M1，T轴方向输出电流为0，记录装置给定的输出电压u_M1；

⑵保持电流给定i_M1不变，将逆变器载波频率提高一倍，记录装置给定的输出电压u_M2；

⑶重复步骤⑵，保持电流给定为i_M2，记录装置两次给定的输出电压分别为u_M3、u_M4；

⑷计算得到 $R_s=\frac{(2u_{M3}-u_{M4})-(2u_{M1}-u_{M2})}{i_{M2}-i_{M1}}.$

3.根据权利要求2所述的基于变载波频率的电机定子电阻检测方法，其特征在于：所述步骤⑴的具体算法为：

将采样电流经3/2变换并经数据格式化得到αβ坐标系下的电流iα以及iβ，其计算公式为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}{i}_A\\ i_B\\ i_C\end{array}\right)$

式1

其中，iA、iB、iC分别为三相采样电流；

将αβ坐标系下的电流iα以及iβ进行PARK旋转变换并经数据格式化得到iM、iT，，其计算公式为：

$\left(\begin{array}{c}{i}_M\\ i_T\end{array}\right)=\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\θ}& sin\mathrm{\θ}\\ -sin\mathrm{\θ}& cos\mathrm{\θ}\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\α}}\\ i_{\mathrm{\β}}\end{array}\right)$ 式2

让回转角度θ＝0°，得到iM、iT送入PI调节器反馈输入，将PI调节器电流给定值输入为 $\left(\begin{array}{c}{i_{M1}}^{*}\\ 0\end{array}\right),$ 待PI调节器工作状态稳定后，得到相应的调节电压输出 $\left(\begin{array}{c}{u_{M1}}^{*}\\ 0\end{array}\right).$

4.根据权利要求2所述的基于变载波频率的电机定子电阻检测方法，其特征在于：所述步骤⑵和⑶的具体算法依次为：

将 $\left(\begin{array}{c}{u_{M1}}^{*}\\ 0\end{array}\right)$ 依次通过PARK反变换、2/3变换得到逆变器三相电压输出给定u_ABC，其计算公式为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_A\\ u_B\\ u_C\end{array}\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{1}{2}& \frac{\sqrt{3}}{2}\\ -\frac{1}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{cc}cos\mathrm{\θ}& -sin\mathrm{\θ}\\ sin\mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}{u_{M1}}^{*}\\ 0\end{array}\right)$

式3

当θ＝0°，i_M ^*＞0时，

$\begin{array}{c}{u_M}^{*}=\frac{2}{3}(u_A-\frac{1}{2}{u}_B-\frac{1}{2}{u}_C)\\ =\frac{2}{3}(m_{1A}{u}_{dc}-\frac{1}{2}{m}_{1B}{u}_{dc}-\frac{1}{2}{m}_{1C}{u}_{dc})\\ =\frac{2}{3}(m_{1A}{u}_{dc}-m_{1B}{u}_{dc})\end{array}$

式4

而u_ABC实际的输出电压：

$\left.\begin{array}{c}{u}_A^{\′}=(m_{1A}-m_{ton+td}+m_{toff})(u_{dc}-u_{IGBT})\\ -(1-m_{1A}+m_{ton+td}-m_{toff})u_{Di}\\ =m_{1A}(u_{dc}-u_{IGBT}+u_{Di})-u_{Di}\\ +(m_{toff}-m_{ton+td})(u_{dc}-u_{IGBT}+u_{Di})\\ u_B^{\′}=(m_{1B}-m_{toff}+m_{ton+td})\left(u_{dc}+u_{Di}\right)\\ +(1-m_{1B}+m_{toff}-m_{ton+td})u_{IGBT}\\ =m_{1B}(u_{dc}-u_{IGBT}+u_{Di})+u_{IGBT}\\ +(m_{ton+td}-m_{toff})(u_{dc}-u_{IGBT}+u_{Di})\\ u_C^{\′}=u_B^{\′}\\ u_M^{\′}=\frac{2}{3}(u_A^{\′}-\frac{1}{2}{u}_B^{\′}-\frac{1}{2}{u}_C^{\′})\end{array}\right\}$

式5

其中，U_dc、U_IGBT、U_Di分别为测试电路中直流电源电压，IGBT管压降以及二极管导通时的管压降，m_1A～m_1C是三相PWM占空比， T为PWM载波周期，m_ton+td是含死区时间和开通延时的等效占空比，m_toff是关断延时的等效占空比，将式4代入式5可得:

$\begin{array}{c}{u}_M^{\′}=i_{M1}\×R_s=u_{M1}(1-\frac{u_{IGBT}-u_{Di}}{u_{dc}})-\frac{2}{3}(u_{IGBT}+u_{Di})\\ +\frac{4}{3}(m_{ton+td}-m_{toff})(u_{dc}-u_{IGBT}+u_{Di})\end{array}$ 式6

保持i_M不变，将载波频率提高一倍，则有

$\begin{array}{c}{u}_M^{\′}=u_{M2}(1-\frac{u_{IGBT}-u_{Di}}{u_{dc}})-\frac{2}{3}(u_{IGBT}+u_{Di})\\ +\frac{8}{3}(m_{ton+td}-m_{toff})(u_{dc}-u_{IGBT}+u_{Di})\end{array}$

式7

联立式6和式7，有：

$i_{M1}\×R_s=(2u_{M1}-u_{M2})(1-\frac{u_{IGBT}-u_{Di}}{u_{dc}})-\frac{2}{3}(u_{IGBT}+u_{Di})$ 式8

重复上述步骤，保持电流给定为i_M2，记录装置两次给定的输出电压分别为u_M3、u_M4，并与式8联立消去得到

$R_s=\frac{(2u_{M3}-u_{M4})-(2u_{M1}-u_{M2})}{i_{M2}-i_{M1}}$

式9

R_s为电机定子电阻值。

5.根据权利要求2所述的基于变载波频率的电机定子电阻检测方法，其特征在于：所述步骤⑷中，θ分别取0°、120°、240°测量三次，由三次测量结果求平均值确定R_s。