CN110165957A - 一种调制异步电机离线参数的辨识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于异步电机参数辨识技术领域，尤其涉及一种调制异步电机离线参数的辨识方法。该方法包括以下步骤，S1：在两相静止坐标系αβ下，给定直流电压矢量经SVPWM以非π/3整数倍的固定角度施加到异步电机上，产生直流电压，采集定子电流，计算得到定子电阻Rs；S2：给定正弦交流电压矢量经SVPWM以非π/3整数倍的固定角度施加到异步电机上，产生交流电压，采集定子电流，计算出转子电阻Rr，定子漏感Lσs，转子漏感Lσr；S3：经SVPWM，电机空载运行，施加旋转电压矢量到异步电机上，采集定子电流，计算出互感Lm，所述Rs、Rr、Lσs、Lσr和Lm作为辨识后的参数。本发明的方法，使在任意时刻最多只有一个桥臂的两个开关管切换，避免电压跳变以及过高的开关管功率损耗。
Description
技术领域
本发明属于异步电机参数辨识技术领域，尤其涉及一种调制异步电机离线参数的辨识方法。
背景技术
传统的异步电机参数的辨识方法通过直流实验来获得定子电阻Rs，通过空载实验获得互感Lm，通过单相实验来获得转子电阻Rr和定、转子漏感Lσs，Lσr。我们需要利用变频器在现场实现参数辨识，近几年，电机和控制领域的学者们提出了许多异步电动机离线参数的辨识方法，通过给定电压矢量经过SVPWM调制，来达到直流试验、单相试验、空载试验的效果，其中，直流实验采用静止的定长电压矢量实现，单相实验加交流正弦电压，电机不旋转，能产生跟堵转试验相同的效果，空载实验给旋转电压矢量，但是把给定电压矢量固定在两相静止坐标系的α轴上，如图7所示。即给定电压矢量与α轴夹角为0，如图8所示，这时只能使用POO，OOO，PPP来合成给定电压，产生驱动信号如图9所示。直流和单相实验中，从POO到PPP会导致多个桥臂的开关管在某一瞬间同时切换，违背了任意时刻只能某一桥臂的两个开关器件切换的原则，这样会导致开关管损耗过大以及电压跳变造成设备损坏，并且推广到π/3整数倍角度上，都会存在这个问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种能够解决注入给定电压矢量在kπ/3角度上多桥臂开关管同时切换、避免开关管功率过大以及电压跳变造成设备损坏的调制异步电机离线参数的辨识方法。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种调制异步电机离线参数的辨识方法，该方法包括以下步骤，
S1：对异步电机进行直流实验，在两相静止坐标系αβ下，给定直流电压矢量通过SVPWM调制，以非π/3整数倍的固定角度施加到异步电机三相定子绕组上，产生直流电压，采集定子绕组的电流值，根据直流电压和定子电流计算得到异步电机的定子电阻Rs；
S2：对异步电机进行脉振实验，在两相静止坐标系αβ下，给定正弦交流电压矢量通过SVPWM调制，以非π/3整数倍的固定角度施加到异步电机三相定子绕组上，产生交流电压，采集定子电流，计算出转子电阻Rr，定子漏感Lσs，转子漏感Lσr；
S3：对异步电机进行空载实验，经SVPWM调制，施加旋转电压矢量到异步电机上，采集定子电流，计算出互感Lm，定子电阻Rs、转子电阻Rr，定子漏感Lσs，转子漏感Lσr、互感Lm作为辨识后的参数。
具体地，S1具体包括，
S11：给定直流电压矢量经过SVPWM调制后，驱动开关管导通关断，在两相静止坐标系αβ下，以一固定角度θ注入直流电，施加到在电机三相绕组上产生直流电压，其中，θ为非π/3整数倍角；
S12：对给定的直流电压矢量变换到三相静止坐标系下得到相电压，利用霍尔传感器采集相电流；
S13：通过直流A相电压ua和A相电流ia计算出定子电阻Rs，计算公式：
Rs＝ua/ia。
具体地，S2具体包括，
S21：给定单相正弦交流电压矢量经过SVPWM调制后，驱动开关管导通关断，在两相静止坐标系αβ下，以一固定角度θ上注入单相正弦交流电，施加到电机三相绕组上产生正弦交流电压，其中，θ为非π/3整数倍角；
S22：对给定的交流电压矢量变换到三相静止坐标系下得到相电压，采集相电流；
S23：将交流电压分解到三相坐标系得到A相电压，对A相电压和A相电流进行傅立叶变换，得到A相电压的幅值Vm，Im和相位差然后计算出定子电阻与转子电阻之和Rk，以及定子漏电抗与转子漏电抗之和Xk，计算公式：
S24：计算出转子电阻Rr，定子漏感Lσs和转子漏感Lσr，计算公式为，
Rr＝Rk-Rs
具体地，S3具体包括，
使用V/F方式控制电机空载运行，经过SVPWM调制，电机空载运行达到稳定状态后，对给定旋转电压矢量作反克拉克变换，得到相电压ua2，采集定子相电流ia2，对ua和ia作傅里叶分析，得到相电压ua2的幅值和相位Vm1，Im1和相位差根据空载等效电路计算出互感Lm，计算公式为：
具体地，S11中给定直流电压矢量值具体是从零开始增加，到电机达到额定电流值为止。
具体地，S21中给定正弦交流电压矢量值具体是从零开始增加，到电机相电流有效值达到额定电流为止。
具体地，θ的角度为30度和45度。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的一种调制异步电机离线参数的辨识方法，在非π/3整数倍角度上施加电压矢量可以解决在0度角施加电压时产生的两个以上桥臂开关管同时切换的问题，使在任意时刻最多只有一个桥臂的两个开关管切换，可以避免电压跳变以及过高的开关管功率损耗。
附图说明
图1为本发明逆变器供电异步电机系统；
图2为本发明异步电机参数辨识方法的结构框图；
图3为本发明异步电机参数辨识电机等效电路图；
图4为本发明异步电机参数辨识给定电压矢量及其时域变化曲线；
图5为本发明异步电机参数辨识电机给定电压空间矢量图；
图6为本发明异步电机参数辨识驱动信号波形图；
图7为传统0度角上异步电机参数辨识给定电压矢量及其时域曲线；
图8为传统0度角上异步电机参数辨识给定电压空间矢量图；
图9为传统0度角上异步电机参数辨识驱动信号波形图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明公开了一种调制异步电机离线参数的辨识方法，该方法包括以下步骤，
S1：对异步电机进行直流实验，在两相静止坐标系αβ下，给定直流电压矢量通过SVPWM调制，以非π/3整数倍的固定角度施加到异步电机三相定子绕组上，产生直流电压，采集定子绕组的电流值，根据直流电压和定子电流计算得到异步电机的定子电阻Rs；
S2：对异步电机进行脉振实验，在两相静止坐标系αβ下，给定正弦交流电压矢量通过SVPWM调制，以非π/3整数倍的固定角度施加到异步电机三相定子绕组上，产生交流电压，采集定子电流，计算出转子电阻Rr，定子漏感Lσs，转子漏感Lσr；
S3：对异步电机进行空载实验，经SVPWM调制，施加旋转电压矢量到异步电机上，采集定子电流，计算出互感Lm，定子电阻Rs、转子电阻Rr，定子漏感Lσs，转子漏感Lσr、互感Lm作为辨识后的参数。
图1为逆变器供电的异步电机简化系统原理图，本发明辨识异步电机参数的方法采用θ≠kπ/3的方法，逆变器的开关状态按照SVPWM方式进行调制，ABC三相绕组与逆变器输出端连接。图2为本发明异步电机参数辨识方法的结构框图，在固定角度上对异步电机进行直流实验，脉振实验，空载实验，图6为最终施加在开关管上面的驱动信号。
步骤一、如图5(a)所示向电机施加角度在θ≠kπ/3上的直流电压，从0开始缓慢增加，最终到达稳定值C1(C1是个常数，一般比较小，防止电流过大)后保持不变,电压时域波形如图4(a)；
步骤二、把直流电压矢量从两相静止坐标系变换到三相静止坐标系下ua，ub，uc，通过霍尔电流传感器检测三相绕组电流ia,ib,ic；
步骤三、计算电机Rs，根据电机等效模型和步骤b中获得的相电压、相电流计算得到电机定子电阻。其实现方法如下：
可以根据定子绕组直流电压ua和直流电流值ia以及图3(a)直流等效电路图计算定子电阻，计算公式如下：
Rs＝ua/ia
步骤四、如图5(b)所示向电机施加角度在θ≠kπ/3上的正弦电压，频率为ωf，幅值从0开始缓慢增加，最终幅值恒定在C2(C2是较小常数，防止电流超过额定值)，电压时域波形如图4(b)；
步骤五、对电机进行脉振实验，将步骤四中的θ角上注入的正弦电压变换到三相静止坐标系下，得到三相电压ua1，ub1，uc1，使用霍尔传感器检测出三相电流ia1,ib1,ic1；
步骤六、将ua1，和ia1进行傅里叶变换，得到A相电压的幅值Vm，Im和相位计算出定子电阻与转子电阻之和Rk，以及定子漏电抗与转子漏电抗之和Xk，计算公式：
步骤七、通过步骤六计算的Rk，Xk，步骤三计算的Rs，以及图3(b)单相实验等效电路计算出Rr，Lσs，Lσr，计算公式为：
Rr＝Rk-Rs
通过给异步电机定子通入直流信号和正弦信号，分别计算电机的Rs，Rr，Lσs，Lσr。本实施例中，通入的正弦交流电压应该从0缓慢增加，达到稳态后，再计算参数Rk，Lσs，Lσr。
步骤八、使用V/F方式控制电机空载运行，稳定频率ωN是电机额定频率，经过SVPWM调制，电机空载运行达到稳定状态后，对给定旋转电压矢量作反克拉克变换，得到A相电压ua2，采集定子A相电流ia2，对ua2和ia2作傅里叶分析，得到相电压ua2的幅值和相位Vm1，Im1和相位差根据步骤七和图3(c)空载等效电路计算出Lm，计算公式为：
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种调制异步电机离线参数的辨识方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，
S1：对异步电机进行直流实验，在两相静止坐标系αβ下，给定直流电压矢量通过SVPWM调制，以非π/3整数倍的固定角度施加到异步电机三相定子绕组上，产生直流电压，采集定子绕组的电流值，根据直流电压和定子电流计算得到异步电机的定子电阻Rs；
S2：对异步电机进行脉振实验，在两相静止坐标系αβ下，给定正弦交流电压矢量通过SVPWM调制，以非π/3整数倍的固定角度施加到异步电机三相定子绕组上，产生交流电压，采集定子电流，计算出转子电阻Rr，定子漏感Lσs，转子漏感Lσr；
S3：对异步电机进行空载实验，经SVPWM调制，施加旋转电压矢量到异步电机上，采集定子电流，计算出互感Lm，所述定子电阻Rs、转子电阻Rr，定子漏感Lσs，转子漏感Lσr、互感Lm作为辨识后的参数。
2.根据权利要求1所述的调制异步电机离线参数的辨识方法，其特征在于，S1具体包括，
S11：给定直流电压矢量经过SVPWM调制后，驱动开关管导通关断，在两相静止坐标系αβ下，以一固定角度θ注入直流电，施加到在电机三相绕组上产生直流电压，其中，θ为非π/3整数倍角；
S12：对给定的直流电压矢量变换到三相静止坐标系下得到相电压，利用霍尔传感器采集相电流；
S13：通过直流A相电压ua和A相电流ia计算出定子电阻Rs，计算公式：
Rs＝ua/ia。
3.根据权利要求2所述的调制异步电机离线参数的辨识方法，其特征在于，S2具体包括，
S21：给定单相正弦交流电压矢量经过SVPWM调制后，驱动开关管导通关断，在两相静止坐标系αβ下，以一固定角度θ上注入单相正弦交流电，施加到电机三相绕组上产生正弦交流电压，其中，θ为非π/3整数倍角；
S22：对给定的交流电压矢量变换到三相静止坐标系下得到相电压，采集相电流；
S23：将交流电压分解到三相坐标系得到A相电压，对A相电压和A相电流进行傅立叶变换，得到A相电压的幅值Vm，Im和相位差然后计算出定子电阻与转子电阻之和Rk，以及定子漏电抗与转子漏电抗之和Xk，计算公式：
S24：计算出转子电阻Rr，定子漏感Lσs和转子漏感Lσr，计算公式为，
Rr＝Rk-Rs
4.根据权利要求3所述的调制异步电机离线参数的辨识方法，其特征在于，S3具体包括，
使用V/F方式控制电机空载运行，经过SVPWM调制，电机空载运行达到稳定状态后，对给定旋转电压矢量作反克拉克变换，得到相电压ua2，采集定子相电流ia2，对ua和ia作傅里叶分析，得到相电压ua2的幅值和相位Vm1，Im1和相位差根据空载等效电路计算出互感Lm，计算公式为：
5.根据权利要求2所述的调制异步电机离线参数的辨识方法，其特征在于，
S11中给定直流电压矢量值具体是从零开始增加，到电机达到额定电流值为止。
6.根据权利要求3所述的调制异步电机离线参数的辨识方法，其特征在于，
S21中给定正弦交流电压矢量值具体是从零开始增加，到电机相电流有效值达到额定电流为止。
7.根据权利要求4所述的调制异步电机离线参数的辨识方法，其特征在于，
θ的角度为30度或者45度。
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