CN110749822B - 异步电机转子电阻的辨识方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异步电机转子电阻的辨识方法，通过驱动器中的矢量控制模型进行控制，将q轴电压和磁通矢量角度设定为0，并在d轴输入交流电压，从而达到模拟堵转的目的。本方法基于驱动器中已有的矢量控制模型即可实现，无需增加PWM装置，简单可靠，成本低。

Description

异步电机转子电阻的辨识方法
技术领域
本发明涉及一种辨识异步电机转子电阻的方法。
背景技术
异步电机的转子时间常数在矢量控制中起着举足轻重的作用，因此驱动器在异步电机矢量控制前必须要获取准确的转子时间常数。
通过公式：
Figure BDA0002260720190000011
(Tr:转子时间常数，Lr:转子电感，Rr:转子电阻)可知，要获取转子时间常数，必须要辨识出转子电感和转子电阻这两个参数，对于异步电机来说，这两个参数不能直接求取，需要通过异步电机的空载和堵转试验变相的求取。驱动器对于电机的空载试验容易实现，通过V/F控制直接拖动起来即可，但是对于堵转试验相对麻烦许多。
目前堵转试验的做法是，在矢量控制之外单独配置PWM模块，控制两个桥臂通电、一个桥臂不通电，来模拟堵转的情况。该方法需要单独配置PWM模块，而且实现起来相对复杂。
发明内容
本发明提出了一种异步电机转子电阻的辨识方法，其目的是：在不借助于PWM模块的情况下完成堵转模拟，并简化模拟的实现方法。
本发明技术方案如下：
一种异步电机转子电阻的辨识方法，其特征在于通过以下方式来模拟电机的堵转情况：通过驱动器中的矢量控制模型进行控制，将q轴电压Uq和磁通矢量角度设定为0，并在d轴输入交流电压Ud。
对于本方法的进一步改进：Ud＝Urefsin(ωt)，ω＝2π*f，f为d轴输入的交流电压的频率，Uref为电压幅值；
输入Ud时，Uref逐渐增大，当检测到d轴反馈电流最大值超过预设的反馈电流阈值Id_th时,将Uref稳定至当前值Uref_max；
然后开始记录d轴反馈电流值Id，连续记录多个周期；所述周期T＝2π/ω；根据记录结果求取Ud和Id之间的相位角θ1，以及各个周期内Id的最大值Id_max_i的平均值Id_max，i为该周期的序号；
最后求取转子电阻：
Rr＝(Uref_max/Id_max)*cosθ1*(2/3)-Rs；
Rs为定子电阻。
对于本方法的进一步改进：Id_th为1.1In至1.3In，In为异步电机额定电流。
对于本方法的进一步改进：f＝Fn/2，Fn为异步电机额定频率。
对于本方法的进一步改进：求取相位角θ1的方法为：将输入电压Ud的过零时刻记录为t1，在该周期内检测到反馈电流值的过零时刻记为t2，计算该周期的相位角θ1i＝(t2-t1)*2π/T，i为该周期的序号；计算所记录的各周期的相位角θ1i的平均值，记为所述相位角θ1。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：(1)本方法基于驱动器中已有的矢量控制模型即可实现，无需增加PWM装置，简单可靠，成本低；(2)注入的激励信号频率过高与导致感抗比值过大，阻抗比值过小，影响测试结果，而过低的激励频率，会导致在一定电流下输入电压的幅值过小也影响测试结果，同时过低的激励频率也不利于向转子侧传递电流，本发明中注入的激励信号的频率为电机额定频率的二分之一，可以获得较好的测试结果；(3)注入的电压逐渐增大，且不超过1.2倍的额定电流，可以进行任意多次测试而不触发电机过热保护。
具体实施方式
下面详细说明本发明的技术方案：
本实施例中，异步电机转子电阻的辨识方法实施环境为：4.0kW异步伺服驱动器及与其适配的3.7kW异步电机。该系统中的异步伺服驱动器采用32位浮点MCUMKV56F512VLQ24/NXP作为主控制芯片，主频为240Mhz。
辨识实施方法为：
步骤一、通过以下方式来模拟电机的堵转情况：通过驱动器中的矢量控制模型进行控制，将q轴电压Uq和磁通矢量角度θ设定为0，并在d轴输入交流电压Ud。
根据矢量控制模型分析：
Figure BDA0002260720190000031
上式中，Uα、Uβ坐标系为Ud、Uq转换至静止坐标系下的电压值。再进一步转换至定子绕组a、b、c三相上的电压值：
Figure BDA0002260720190000032
所以，当Uq＝0且θ＝0时：
Figure BDA0002260720190000041
Figure BDA0002260720190000042
通过上面的推导得知，我们利用驱动器里面的矢量控制模型，在测试时只要把q轴电压和磁通矢量角度设定为零，在d轴电压上输入一定频率的交流电，定子a相的电压即为0，b和c相则为交流电压。此时电机定子侧不会形成旋转磁场，因此电机转子也就不会旋转，从而实现异步电机的堵转模拟，并且电流反馈直接利用d轴反馈的电流即可。
之所以要在d轴中注入一定频率的交流电，是因为要同时对定子侧和转子侧提供电流。由于异步电机的转子侧和驱动器之间没有电气上的连接，我们只能通过在定子侧注入一定频率的交流电，通过变压器效应，向转子侧传递电流，从而达到测量转子电阻的目的。
具体的，d轴注入的电压为Ud＝Urefsin(ωt)，ω＝2π*f，f为d轴输入的交流电压的频率，Uref为电压幅值。
本实施例中，f＝Fn/2，Fn为异步电机额定频率。转子电阻是通过注入一定频率的激励信号来测量辨识的，所选取的频率应该要同时对定子侧和转子侧提供电流，过高的频率会导致感抗比值过大，阻抗比值过小，影响测试结果，同时过小的激励频率，会导致在一定电流下输入电压的幅值过小也影响测试结果，且过小的激励频率也不利于向转子侧传递电流。通过对多台电机的测试发现，在f＝Fn/2左右时，效果最好。
步骤二、输入Ud时，Uref逐渐增大，当检测到d轴反馈电流最大值约等于1.2In时(可以通过阈值来检测，阈值可取1.1In至1.3In范围内的数值),将Uref稳定至当前值Uref_max。In为异步电机额定电流。由于d轴反馈电流呈正弦变换，因此这里是检测电流在波峰和波谷处的电流值大小是否达到预设的区间。理论上，该处Uref的电流值越大效果越好，但也要考虑到对电机的保护。通过多次测试发现1.2倍电机额定电流时，可以任意多次测试而不会出现电机过热保护。
步骤三、开始记录d轴反馈电流值Id，连续记录多个周期；所述周期T＝2π/ω；根据记录结果求取Ud和Id之间的相位角θ1，同时获取各个周期内Id在波峰/波谷处的最大值Id_max_i(i为该周期的序号)，然后求取Id_max_i的平均值Id_max。
求取相位角θ1的具体方法为：将输入电压Ud的过零时刻记录为t1，在该周期内检测到反馈电流值的过零时刻记为t2，计算该周期的相位角θ1i＝(t2-t1)*2π/T，i为该周期的序号；计算所记录的各周期的相位角θ1i的平均值，记为所述相位角θ1。
步骤四、求取转子电阻：
Rr＝(Uref_max/Id_max)*cosθ1*(2/3)-Rs；
Rs为定子电阻。
通过本方法，电机转子电阻的辨识精度误差在±5.0％以内，能够很好地满足现场应用。

Claims (4)

1.一种异步电机转子电阻的辨识方法，其特征在于通过以下方式来模拟电机的堵转情况：通过驱动器中的矢量控制模型进行控制，将q轴电压Uq和磁通矢量角度设定为0，并在d轴输入交流电压Ud；
具体的，Ud＝Urefsin(ωt)，ω＝2π*f，f为d轴输入的交流电压的频率，Uref为电压幅值；
输入Ud时，Uref逐渐增大，当检测到d轴反馈电流最大值超过预设的反馈电流阈值Id_th时,将Uref稳定至当前值Uref_max；
然后开始记录d轴反馈电流值Id，连续记录多个周期；所述周期T＝2π/ω；根据记录结果求取Ud和Id之间的相位角θ1，以及各个周期内Id的最大值Id_max_i的平均值Id_max，i为该周期的序号；
最后求取转子电阻：
Rr＝(Uref_max/Id_max)*cosθ1*(2/3)-Rs；
Rs为定子电阻。
2.如权利要求1所述的异步电机转子电阻的辨识方法，其特征在于：Id_th为1.1In至1.3In，In为异步电机额定电流。
3.如权利要求1所述的异步电机转子电阻的辨识方法，其特征在于：f＝Fn/2，Fn为异步电机额定频率。
4.如权利要求1所述的异步电机转子电阻的辨识方法，其特征在于：求取相位角θ1的方法为：将输入电压Ud的过零时刻记录为t1，在该周期内检测到反馈电流值的过零时刻记为t2，计算该周期的相位角θ1i＝(t2-t1)*2π/T，i为该周期的序号；计算所记录的各周期的相位角θ1i的平均值，记为所述相位角θ1。
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