CN107037359A - 一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法，该高压变频器的每相桥臂由n个功率单元串联组成，其中，n为大于等于3的整数；所述的用高压变频器离线辨识电机参数的方法包括向所述电机施加直流信号或交流信号的步骤，其中，在向电机施加直流信号或交流信号之前，将每相桥臂的n个功率单元中的至少一个功率单元旁路。本发明能有效地减小功率器件非线性所引起的误差，提高电机参数的辨识精度。

Description

一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法

技术领域

本发明涉及一种用级联型高压变频器辨识电机参数的方法。

背景技术

电机参数的离线辨识主要是通过变频器往电机绕组中注入直流信号或交流信号，并通过变频器采样电机电流和变频器输出电压信号，进行相应的运算处理来获得电机的模型参数。这些电机参数包括电机定子电阻、电机电感值、电机转子电阻、定子转子间的互感等。

对电机定子电阻的辨识通常采用直流伏安法测得，通过电流控制技术，在电机任意两相绕组之间通以低压直流电，同时保持第3相电流为0。图1示出了低压变频器的电压型PWM逆变器与异步电机IM的连接示意图。如图1所示，通过电流闭环控制分别朝AB、AC和BC相中的任意两相注入直流电流，并保持另外一相电流为0。此时，电机内部不会产生旋转磁场，电机将处于静止状态。根据电机电流和变频器的输出电压，可计算得到电机相电阻为：

式中，U_T、I_T分别为测量绕组上的直流电压和绕组中通过的直流电流。

由于采用PWM调制方式，变频器的输出电压为一串占空比变化的电压脉冲。其输出电压一般不通过传感器检测，而是通过三相占空比和母线电压重构得到。由于变频器的逆变器的开关器件的非线性，加在电机绕组两端的实际电压值与逆变器的理论输出电压值存在误差。图2示出了在1个PWM周期内的变频器的实际输出电压波形和理论输出电压波形。图中，U_ab为电机A相和B相绕组间电压；Ts为1个PWM周期。根据图2可知，电机绕组两端的实际电压U_real为

U_real＝(U_dc-2U_I)D′-(U_I+U_D)(1-D′) (2)

式中：U_dc为直流母线电压；U_I为构成逆变器的开关器件的绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)的饱和导通压降；U_D为反并联二极管导通压降；D′为实际占空比，如果PWM脉宽给定值为t，则D′＝(t+t_{d_off}-t_{d_on})/T_s，t_{d_on}为IGBT导通延迟时间，t_{d_off}为IGBT关断延迟时间。

对电机电感值的辨识一般采用注入交流电流(或电压)的方式，例如在异步电机漏感辨识中，可以直接在电机定子绕组两端注入正弦电流，使得ωL_m>>R_s，ω为注入角频率，L_m为互感，R_r为转子电阻。

根据图3所示的异步电机T型等效电路，当ωL_m>>R_r时，励磁支路可忽略。此时电机输入阻抗为

其中R_s为定子电阻，R_r为转子电阻，L_1σ为漏感。

死区效应对于电压虚部的影响可以忽略，漏感可直接根据下式计算得到

L_1σ＝U_Im/(ωI_A) (4)

U_Im为输出电压虚轴分量，I_A为注入正弦电流幅值。

异步电机的转子电阻、互感的辨识也需要注入交流电流(或电压)，通过电压矢量方程计算得出结果。而永磁同步电机的参数离线辨识方法与异步电机类似。

图4示出了级联型高压变频器的拓扑结构示意图。该级联型高压变频器由移相变压器91、功率单元组92和主控部分93组成。在该级联型高压变频器中，高压变频器的每相桥臂均由n个功率单元串联组成，其中，n为大于等于3的整数。如图所示，U相桥臂由功率单元U1、功率单元U2……以及功率单元Un串联组成，V相桥臂由功率单元V1、功率单元V2……以及功率单元Vn串联组成，W相桥臂由功率单元W1、功率单元W2……以及功率单元Wn串联组成。图5示出了高压变频器的单个H桥功率单元的拓扑结构示意图。现有的用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法步骤与前述的用低压变频器离线辨识电机参数的方法步骤是完全一致的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法，其能有效地减小功率器件非线性所引起的误差，提高电机参数的辨识精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法，该高压变频器的每相桥臂由n个功率单元串联组成，其中，n为大于等于3的整数；所述的用高压变频器离线辨识电机参数的方法包括向所述电机施加直流信号或交流信号的步骤，其中，在向电机施加直流信号或交流信号之前，将每相桥臂的n个功率单元中的至少一个功率单元旁路。

本发明至少具有以下优点：

本发明的单元级联型高压变频器在进行离线电机参数辨识时，旁路掉了每相中的一些功率单元，从而提高了其余功率单元的PWM输出电压的占空比，减小了由于功率单元开关器件的非线性所引起的误差，提高了电机参数辨识精度。

附图说明

图1示出了低压变频器的电压型PWM逆变器与异步电机的连接示意图。

图2示出了在1个PWM周期内的变频器的实际输出电压波形和理论输出电压波形。

图3示出了异步电机T型等效电路。

图4示出了级联型高压变频器的拓扑结构示意图。

图5示出了图4中的功率单元的拓扑结构示意图。

图6示出了采用根据本发明一实施例的离线辨识电机参数的方法的级联型高压变频器系统的拓扑结构示意图，其中，变频器每相桥臂的大部分功率单元被旁路。

图7示出了处于旁路状态的单个功率单元的拓扑结构示意图。

图8示出了根据本发明一实施例的6单元级联高压变频器的拓扑结构示意图。

图9示出了根据本发明一实施例的6单元级联高压变频器的拓扑结构示意图，其中，变频器每相桥臂的5个功率单元被旁路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

在用高压变频器辨识电机电阻时，由于电机阻抗可能很小，因此高压变频器的输出电压会比较低，通有可能只有10V～20V。此时，每个H桥功率单元的PWM占空比非常小，功率单元的开关器件的非线性(死区、IGBT与二极管导通压降、占空比太小导致IGBT导通不完全等)影响比较大，使得通过占空比与母线电压重构出的输出电压不准确，导致辨识出的电机参数精度较差，影响电机控制效果。

根据本发明一实施例的一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法，其与现有级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法的主要区别在于，在向电机施加直流信号或交流信号之前，先将每相的n个功率单元中的至少一个功率单元旁路。

优选的是，在向电机施加直流信号或交流信号之前，将每相桥臂的n个功率单元中的m个功率单元旁路，m＞n/2。在级联型高压变频器辨识电机参数时，由于变频器输出电压比较低，每相桥臂只留一个或者少数几个H桥功率单元即可满足输出电压范围要求，因此可以旁路掉大部分功率单元,如图6所示，U相桥臂、V相桥臂和W相桥臂分别只留下了功率单元U1、功率单元V1和功率单元W1。由于减少了每相功率单元的级联数，等效于缩小了整个高压变频器的输出电压能力，在变频器输出电压不变时，每个单独的H桥功率单元的PWM占空比都会提高，从而避免了占空比太小导致功率单元的开关器件可能开通不完全就被关断，减小了功率器件非线性的影响，提高了电机参数的辨识精度。在电机参数辨识完成后，取消其他功率单元的旁路，将级联型高压变频器还原成图4的结构，不影响高压变频器的正常运行。

图7示出了处于旁路状态的单个功率单元的拓扑结构示意图。在本实施例中，每个功率单元与一旁路接触器连接，通过改变旁路接触器的工作状态，可达到旁路功率单元的目的。旁路过程可以通过软件在参数辨识开始前自动完成，或者手工完成。旁路功率单元的方式不局限于图7中所示的旁路方式，其他把功率单元从输出串联回路中切出的方法也同样适用。旁路时，高压变频器的各相桥臂中被旁路的功率单元的数量最好是相等的，即，如果U相桥臂中有5个功率单元被旁路，那么在V相桥臂和W相桥臂中也有5个功率单元被旁路。

完成对级联型高压变频器的多个功率单元的旁路后，根据本发明一实施例的离线辨识电机参数的方法的进一步的工作步骤与现有的变频器离线辨识电机参数的方法是一致的。即，根据所要辨识的电机参数，向电机施加直流信号或交流信号，然后进行相应的计算。上述的直流信号为直流电压信号或直流电流信号，交流信号为交流电压信号或交流电流信号。所要辨识的电机参数包括但不限于电机定子电阻、电机电感值、电机转子电阻和定子转子间的互感。

以一台6单元级联型高压变频器为例，如图8所示，每相桥臂有6个功率单元，功率单元的拓扑结构如图5所示。在参数辨识过程中，由于电机阻抗可能比较小，输出电压只有10V～20V。此时，每个功率单元的PWM占空比可能很小，功率器件的非线性对通过占空比重构输出电压影响比较大，在用电压方程计算电机辨识参数时，会对精度产生比较大的影响。此时，如图9所示，通过旁路接触器把每一相的2～6号功率单元旁路(如图7所示，旁路接触器连接3、4触点)，使得每相只留一个功率单元(即功率单元U1、V1和W1)工作。这样，功率单元U1、V1和W1的PWM占空比将会得到比较大的提高，从而大幅减少了功率器件非线性对于参数辨识精度的影响，提高了参数辨识的精度。辨识参数完成后，取消旁路，该高压变频器又恢复成图8所示的结构，不影响高压变频器的正常运行。

本发明的方法不限于异步电机，也可以用于其它类型的交流电机。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法，所述高压变频器的每相桥臂由n个功率单元串联组成，其中，n为大于等于3的整数；所述的用高压变频器离线辨识电机参数的方法包括向所述电机施加直流信号或交流信号的步骤，其特征在于，在向所述电机施加直流信号或交流信号之前，将每相桥臂的n个功率单元中的至少一个功率单元旁路。

2.如权利要求1所述的一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法，其特征在于，高压变频器的各相桥臂中被旁路的功率单元的数量相等。

3.如权利要求1或2所述的一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法，其特征在于，在向所述电机施加直流信号或交流信号之前，将每相桥臂的n个功率单元中的m个功率单元旁路，m＞n/2。

4.如权利要求1所述的一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法，其特征在于，所述的电机参数为电机定子电阻、电机电感值、电机转子电阻或定子转子间的互感。

5.如权利要求1所述的一种用级联型高压变频器离线辨识电机参数的方法，其特征在于，所述的直流信号为直流电压信号或直流电流信号；所述的交流信号为交流电压信号或交流电流信号。