TWI518345B - 感應電機的轉子電阻測量方法及測量裝置 - Google Patents

Description

感應電機的轉子電阻測量方法及測量裝置

本發明涉及一種感應電機的參數測量，特別是涉及一種感應電機的轉子電阻測量方法及測量裝置。

現有技術中的一種在靜止狀態下辨識感應電機轉子電阻的方法，主要是通過向感應電機中注入電壓階躍信號，在定子側相電流動態變化過程中採集特定一段時間內的電流信號，然後根據公式及這段時間內電流的變化量計算出轉子時間常數。然後在轉子電感已知的條件下，計算出轉子電阻值。

以上方法需知曉電感，而且是基於電流採集過程中轉子時間常數維持不變的假設條件為前提的，但實際過程中勵磁回路電感隨勵磁電流大小不同而變化，因而在整個測量過程中轉子時間常數並不為恆值，且計算公式的推導過程中有較多假設條件，所以根據上述方法得到的轉子時間常數僅為近似值，只能用於對轉子時間常數精度要求不高的場合。

現有靜止狀態下辨識感應電機轉子電阻參數的方法存在計算過程複雜且推導過程中有過多近似，導致辨識結果精度差等問題。

有鑑於此，本發明提出一種感應電機的轉子電阻測量方法及測量裝置，以有效提高測量結果的精度。

為實現上述目的，本發明的實施例提供了一種感應電機的轉子電阻測量方法，包括以下步驟：在感應電機處於靜止狀態時，向感應電機的一測試相注入一第一電壓階躍信號；b.測量並記錄該第一電壓階躍信號初始時刻的電流值I₀₊；以及c.根據第一電流值I_s1、第二電流值I_s2和初始時刻的電流值I₀₊，計算感應電機的轉子電阻R_r，其中第一電流值I_s1數值上等於第一電壓階躍信號階躍前的電壓值對應的穩態電流值，第二電流值I_s2數值上等於第一電壓階躍信號階躍後的電壓值對應的穩態電流值。

優選地，初始時刻的電流值I₀₊為T₀<t<T₀+3T_s範圍內任意時刻的電流值，其中T₀為第一電壓階躍信號的電壓發生階躍變化的時刻，，L_σ為漏電感，L_m為互感，R_s為定子電阻。優選地，在第一電壓階躍信號階躍前、後分別測量並記錄第一電流值I_s1和第二電流值I_s2，其中第一電流值I_s1為第一電壓階躍信號階躍前的電壓值對應的穩態電流值，第二電流值I_s2為第一電壓階躍信號階躍後的電壓值對應的穩態電流值。

優選地，還包括在步驟a之前的如下步驟：d.向感應電機的測試相注入一第二信號；記錄第二信號在第一時刻的電壓值和第一電流值I_s1；以及記錄第二信號在第二時刻的電壓值和第二電流值I_s2，其中，第一時刻的電壓值數值上等於第一電壓階躍信號階躍前的電壓值，第二時刻的電壓值數值上等於第一電壓階躍信號階躍後的電壓值。

優選地，第二信號為一電壓信號，第一電流值I_s1為第一時刻的電壓值對應的電流值，第二電流值I_s2為第二時刻的電壓值對應的電流值。

優選地，電壓信號為一第二電壓階躍信號，第一時刻的電壓值為第二電壓階躍信號階躍前的電壓值，第二時刻的電壓值為第二電壓階躍信號階躍後的電壓值。

優選地，第二信號為一電流信號，第一時刻的電壓值為第一電流值I_s1對應的電壓值，第二時刻的電壓值為第二電流值I_s2對應的電壓值。

優選地，電流信號為一電流階躍信號，第一電流值I_s1為電流階躍信號階躍前的電流值，第二電流值I_s2為電流階躍信號階躍後的電流值。

優選地，第二電流值I_s2為第一電壓階躍信號發生階躍變化時刻起大於或等於3T_s時刻的電流值，，L_σ為漏電感，L_m為互感，R_s為定子電阻。

優選地，第二電流值I_s2為第二電壓階躍信號發生階躍變化時刻起大於或等於3T_s時刻的電流值，，L_σ為漏電感，L_m為互感，R_s為定子電阻。

優選地，第一電流值I_s1和第二電流值I_s2均小於或等於2I_N，I_N為感應電機的額定電流。

來計算轉子電阻R_r，其中R_s為定子電阻。

優選地，第一電壓階躍信號為一正階躍信號。

優選地，第一電壓階躍信號階躍前的電壓幅值或階躍後的電壓幅值為0。

優選地，第一電壓階躍信號階躍前的電壓幅值為負，階躍後的電壓幅值為正。

優選地，第一電壓階躍信號為一負階躍信號。

優選地，第一電壓階躍信號階躍前的電壓幅值或階躍後的電壓幅值為0。

優選地，第一電壓階躍信號階躍前的電壓幅值為正，階躍後的電壓幅值為負。

優選地，第一電壓階躍信號為一多段電壓階躍信號。

優選地，感應電機為三相感應電機。

優選地，還包括控制三相感應電機靜止的步驟：將輸入到三相感應電機的測試相上的電壓設為其他兩相上電壓的兩倍且與其他兩相上的電壓方向相反，或者將輸入到三相感應電機的測試相的電壓設為與其他兩相中的一相的電壓大小相等且方向相反，而其他兩相中的另一相無電壓，從而使感應電機處於靜止狀態。

優選地，還包括控制三相感應電機靜止的步驟：將輸入到測試相上的電流設為其他兩相電流的兩倍且與其他兩相上的電流方向相 反，或者將輸入到感應電機的一測試相的電流設為與其他兩相中的一相的電流大小相等且方向相反，而其他兩相中的另一相無電流，從而使感應電機處於靜止狀態。

本發明的實施例還提供了一種感應電機的轉子電阻測量裝置，包括：一功率變換單元，耦接於感應電機；一控制單元，在感應電機處於靜止狀態下，經由功率變換單元向感應電機的一測試相注入第一電壓階躍信號；其中，控制單元包括一轉子電阻計算單元，轉子電阻計算單元接收並記錄第一電壓階躍信號初始時刻的電流值I₀₊，並根據第一電流值I_s1、第二電流值I_s2和初始時刻的電流值I₀₊來計算感應電機的轉子電阻R_r，其中第一電流值I_s1數值上等於第一電壓階躍信號階躍前的電壓值對應的穩態電流值，第二電流值I_s2數值上等於第一電壓階躍信號階躍後的電壓值對應的穩態電流值。

優選地，初始時刻的電流值I₀₊為T₀<t<T₀+3T_s範圍內任意時刻的電流值，其中T₀為第一電壓階躍信號的電壓發生階躍變化的時刻，，L_σ為漏電感，L_m為互感，R_s為定子電阻。

優選地，在第一電壓階躍信號階躍前、後分別測量並記錄第一電流值I_s1和第二電流值I_s2，轉子電阻計算單元接收並記錄第一電流值I_s1和第二電流值I_s2，其中第一電流值I_s1為第一電壓階躍信號階躍前的電壓值對應的穩態電流值，第二電流值I_s2為第一電壓階躍信號階躍後的電壓值對應的穩態電流值，第二電流值I_s2為第一電壓階躍信號發生階躍變化時刻起大於或等於3T_s時刻的電流 ，L_σ為漏電感，L_m為互感，R_s為定子電阻。

優選地，根據公式來計算轉子電阻R_r，其中R_s為定子電阻。

優選地，功率變換單元包括一電壓型變換器；感應電機為三相感應電機，轉子電阻計算單元接收並記錄感應電機的測試相上測得的電流值。

優選地，功率變換單元包括一電流型變換器；感應電機為三相感應電機，控制單元還包括一電流調節器，轉子電阻計算單元接收並記錄電流調節器輸出的電流值。

優選地，控制單元將輸入到感應電機的測試相上的電壓設為其他兩相上電壓的兩倍且與其他兩相上的電壓方向相反，或者控制單元將輸入到感應電機的測試相的電壓設為與其他兩相中的一相的電壓大小相等且方向相反，而其他兩相中的另一相無電壓，從而使感應電機處於靜止狀態。

優選地，控制單元將輸入到測試相上的電流設為其他兩相電流的兩倍且與其他兩相上的電流方向相反，或者控制單元將輸入到感應電機的測試相的電流設為與其他兩相中的一相的電流大小相等且方向相反，而其他兩相中的另一相無電流，從而使感應電機處於靜止狀態。

由上述技術方案可知，本發明具有以下有益效果：可以簡化計算過程，有效提高多次測量結果的一致性和精度。

通過以下參照附圖對優選實施例的說明，本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將更加明顯。

R_s‧‧‧定子電阻

R_r、R_r’‧‧‧轉子電阻

L_σs‧‧‧定子繞組漏感

L_σr‧‧‧轉子繞組漏感

L_σ‧‧‧總漏感

L_m、L_m’‧‧‧勵磁電感

s‧‧‧滑差

u_s‧‧‧相電壓

i_s‧‧‧相電流

i_m‧‧‧勵磁電流

I_s1‧‧‧電壓階躍前的穩態電流(第一電流值)

I_s2‧‧‧電壓階躍後的穩態電流(第二電流值)

I₀₊‧‧‧初始時刻的電流值

S100~S120‧‧‧步驟

111、121、131‧‧‧控制單元

112、122、132‧‧‧功率變換單元

113、123、133‧‧‧轉子電阻計算單元

114、124、134‧‧‧感應電機

1211、1311‧‧‧電壓指令發生器

1212‧‧‧電壓分配模組

125、135‧‧‧霍爾元件

1312‧‧‧電流分配模組

1313‧‧‧電流調節器

圖1為感應電機T型穩態等效電路圖。

圖2為感應電機T-II型穩態等效電路圖。

圖3為感應電機靜止狀態下T-II型穩態等效電路圖。

圖4A-圖4C為多段電壓階躍波形及電機電流波形示意圖。

圖5為本發明的感應電機的轉子電阻測量方法的流程圖。

圖6A為根據本發明第一實施例的電壓變化示意圖。

圖6B為根據本發明第一實施例的電流變化示意圖。

圖7A為根據本發明第二實施例的電壓變化示意圖。

圖7B為根據本發明第二實施例的電流變化示意圖。

圖8為根據本發明第三實施例的電壓和電流變化示意圖。

圖9為根據本發明第四實施例的電壓和電流變化示意圖。

圖10為根據本發明第五實施例的電壓和電流變化示意圖。

圖11為根據本發明一實施例的感應電機轉子電阻測量裝置的框圖。

圖12為根據本發明一實施例的感應電機轉子電阻測量裝置的框圖。

圖13為根據本發明一實施例的感應電機轉子電阻測量裝置的框圖 。

下面將詳細描述本發明的具體實施例。應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。而且，在下述說明中，不同的“一實施例”或“實施例”指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特徵、結構或特點可由任何合適形式組合。

首先，介紹一下感應電機等效電路。

感應電機一般採用如圖1所示的典型T型穩態等效電路進行描述。

其中，R_s為定子電阻；R_r為轉子電阻；L_σs為定子繞組漏感；L_σr為轉子繞組漏感；L_m為勵磁電感；s為滑差；定子繞組自感L_s=L_m+L_σs；轉子繞組自感L_r=L_m+L_σr；u_s為相電壓；i_s為相電流；i_m為勵磁電流。

而將感應電機作為被控物件，來進行轉子磁鏈定向的高性能向量控制時，更多採用圖2所示的T-II型穩態等效電路。

在圖2中，R_s為定子電阻；R_r’為轉子電阻；L_σ為總漏感；L_m’為勵磁電感；s為滑差；u_s為相電壓；i_s為相電流；i_m為勵磁電流。

T型和T-II型兩種等效電路完全等價，後者是從保持轉子總磁鏈不變的角度進行折算，兩種等效電路參數間的關係為：R_s保持不變；

因此，不失一般性，以下以T-II型穩態等效電路為例說明的方法或裝置均適用於T型等效電路或本領域技術人員公知的其他的等效電路形式。

在靜止狀態下(s=1)進行轉子電阻參數辨識，則可以圖3所示的T-II型穩態等效電路為例進行原理描述，為書寫方便，等效電路中感應電機參數(定子電阻、轉子電阻、總漏感、勵磁電感)符號分別以R_s、R_r、L_σ、L_m表示。

下面以圖3所示的等效電路進行原理分析。

為獲得優良的感應電機向量控制性能，需要準確知道轉子電阻R_r。而通常感應電機轉子電阻R_r無法或不便於直接測量，故希望通過間接測量的方式得到感應電機轉子電阻R_r。下面將描述轉子電阻辨識原理。

在圖3中，R_s為定子電阻；R_r為轉子電阻；L_σ為總漏感；L_m為互感；u_s為相電壓；i_s為相電流。

從圖3可以得到相電流i_s比相電壓u_s的傳遞函數G(S)如下式： 其中：

S為複頻率。

式(1)中，如果角頻率在的區域內時可近似得到如下運算式：

可見，電流按照時間常數(T_r+T_s)而變化。

請參閱圖4A-圖4C所示，假設注入多段電壓階躍信號，從中選擇任一段階躍信號，階躍發生前電壓和電流已處於穩態，其階躍前初始狀態輸入電壓為u_s(0^-)=U_s1，電流初始值i_s(0^-)=I_s1，在t=T₀時輸入電壓階躍命令u_s(0)=U_s1+△U=U_s2，△U為電壓階躍前與階躍後電壓的差值，根據終值定理(s→0)，階躍後經過充分長時間後電流為i_s(∞)=I_s2，即：在階躍電壓施加到感應電機的瞬間，電流i_s(0⁺)由初始定理(s→0)得到：

其中，為第一電流值I_s1(亦即，階躍前 穩態電流)及第二電流值I_s2(亦即，階躍回應後穩態電流)的差值。

將代入上式得：

在感應電機中電壓階躍瞬間，電流變化快，勵磁回路近似開路，電流主要經轉子回路閉合，勵磁回路電流非常小，此時滿足L_m>>L_σ，所以式(4)可簡化為：

利用式(5)可以近似求解得到轉子電阻R_r 其中I_s1為電壓階躍前的穩態電流，I_s2為電壓階躍後的穩態電流。

本領域技術人員可以理解，通常電壓和電流會從階躍變化時刻起的3T_s時間之後成為穩態。

因此，本發明中階躍回應後穩態電流定義為從電壓發生階躍變化時刻起的3T_s之後任意時刻的電流值。

本發明中階躍回應後穩態電壓定義為從電流發生階躍變化時刻起的3T_s之後任意時刻的電壓值。

I₀₊即為足以忽略漏感所引起的電流動態變化影響後時刻T₁對應的電流值，一般情況下T₁滿足T₀<T₁<T₀+3T_s。

圖4A-圖4C是三種典型的多段電壓階躍信號的注入方式，它們均可實現對轉子電阻的辨識。

基於以上對感應電機等效電路的原理分析，如圖5所示，本發明的感應電機的轉子電阻測量方法可包括以下步驟：步驟100：在感應電機處於靜止狀態時，向感應電機的一測試相注入一第一電壓階躍信號；步驟110：測量並記錄第一電壓階躍信號初始時刻的電流值I₀₊；以及步驟120：根據第一電流值I_s1、第二電流值I_s2和初始時刻的電流值I₀₊，計算感應電機的轉子電阻R_r，其中第一電流值I_s1數值上等於第一電壓階躍信號階躍前的電壓值對應的穩態電流值，第二電流值I_s2數值上等於第一電壓階躍信號階躍後的電壓值對應的穩態電流值。

本發明的感應電機的轉子電阻測量方法能夠簡化計算過程，有效提高多次測量結果的一致性和精度。

以下將詳細描述本發明提出的感應電機的轉子電阻參數測量方法及測量裝置的具體實施例。

第一實施例

如圖6A-圖6B所示，假設電壓階躍信號為一階躍前為0的正階躍信號，初始狀態輸入電壓為u_s(0^-)=U_s1=0，電流初始值i_s(0^-)=I_s1=0。在t=T₀=0時輸入階躍電壓命令u_s(0)=U_s2=U_s，此處，U_s為電壓階躍信號在階躍前與階躍後的差值，根據終值定理(s→0)，經過充分長時間後電流i_s(∞)=I_s2=I₀，即。根據上述公式(6)可以近似求解得到轉子電阻R_r：

具體實現過程如下：首先，感應電機注入如圖6A所示的幅值為0→Us的第一階躍電壓信號，感應電機內部將產生如圖6B所示電流波形i_s。在t=T₁時刻，即足以忽略漏感所引起的電流動態變化的影響，認為此刻電流值即為初始時刻電流I₀₊，測量並記錄該值，這裡，T₀<T₁<T₀+3T_s，即0<T₁<3T_s(在本實施例中，T₀時刻即為t=0的時刻)；在足夠長時間後回應電流趨於穩態，其電流值為I₀，同樣測量並記錄該值，這裡，電流趨於穩態的時刻為t 3T_s之後任意時刻。

根據公式(7)即可準確計算出轉子電阻阻值。這裡，假設此時已知定子電阻R_s。

在一實施例中，直接經霍爾元件採集感應電機實際電流，並利用公式(7)進行轉子電阻阻值計算，有利於提高轉子電阻計算精 度。

在本發明的實施例中，感應電機為三相感應電機，電流採集選擇電流幅值最大的一相(亦即，測試相)。

在本實施例中，第一電壓階躍信號為階躍前為0的正階躍信號。在其他實施例中，第一電壓階躍信號可為階躍後為0的正階躍信號或者為階躍前為負，階躍後為正的正階躍信號。第一電壓階躍信號還可為多段電壓階躍信號。在這些情況下，也同樣可根據公式(6)或(7)計算得出準確的轉子電阻R_r，在此不再贅述。

另外，需要說明的是，本發明對轉子電阻的測量需使感應電機處於靜止狀態，這就需要向感應電機注入特定的電壓信號或電流信號，以使感應電機不產生旋轉的磁場或轉矩。

本領域技術人員可以理解，現有技術中有多種使感應電機靜止的方式，本發明採用但不限於採用以下兩種使感應電機靜止的方式：第一種：向感應電機注入360°空間範圍內任一角度的電壓向量信號，如注入0°空間電壓向量信號，以測試相為a相說明，即滿足以下關係：u_a=-2u_b=-2u_c或i_a=-2i_b=-2i_c；其中，測試相a相為接收電壓階躍信號輸入的一相，b相和c相為非測試相。也就是說，輸入到測試相上的電壓為其他兩相上電壓的兩倍且與其他兩相上的電壓方向相反，或者輸入到測試相上的電流為其他兩相電流的兩倍且與其他兩相上的電流方向相反。

第二種：向感應電機的測試相提供的測量電流或電壓等於向感應電機的一非測試相提供的電流或電壓的幅值，方向與非測試相的電流或電壓相反，並且不向感應電機的另一非測試相提供電壓和電流。

第二實施例

除第一實施例中注入正階躍電壓信號外，也可以注入負階躍電壓信號，如圖7A-7B所示。分析過程如下：假設該電壓階躍信號為一階躍後的電壓值為0的負階躍電壓信號，初始狀態輸入電壓為u_s(0^-)=U_s1=U_s，電流初始值i_s(0^-)=I_s1=I₀。在t=0時輸入階躍電壓命令u_s(0)=U_s2=0此處U_s為電壓階躍信號在階躍前與階躍後的差值，根據終值定理(s→0)，經過充分長時間後電流i_s(∞)=I_s2=0。當感應電機輸入電壓瞬間降為零時，根據上述公式(6)可以近似求解得到轉子電阻R_r：

具體實現過程如下：首先，感應電機注入如圖7A所示的幅值為U_s→0第一階躍電壓信號，感應電機內部將產生如圖7B所示電流波形i_s，電流初始值為I₀，測量並記錄該值。在t=T₁時刻，即足以忽略漏感所引起的電流動態變化的影響，認為此刻電流值即為初始時刻電流I₀₊，測量並記錄該值，這裡，T₀<T₁<T₀+3T_s，即0<T₁<3T_s(在本實施例 中，T₀時刻即為t=0的時刻)，這裡，電流為0的時刻為t 3T_s之後任意時刻。

根據式(8)即可準確計算出轉子電阻阻值。這裡，假設此時已知定子電阻R_s。

在本實施例中，第一電壓階躍信號為階躍後為0的負階躍信號。在其他實施例中，第一電壓階躍信號可為階躍前為0的負階躍信號或者為階躍前為正，階躍後為負的負階躍信號，在這些情況下，也同樣可根據公式(6)或(8)計算得出準確的轉子電阻R_r，在此不再贅述。

第三實施例

在上述第一和第二實施例中，通過向感應電機注入第一電壓階躍信號來獲取初始時刻的電流值I₀₊、第一電流值I_s1和第二電流值I_s2。而在以下的實施例中，是通過向感應電機注入一第二信號來獲取第一電流值I_s1和第二電流值I_s2，並通過注入第一電壓階躍信號來獲取初始時刻的電流值I₀₊。

下面介紹獲取I_s1、I_s2的方法和過程。

在本實施例中，向感應電機注入的第二信號為第二電壓階躍信號，該第二電壓階躍信號階躍前電壓值為U_s1，階躍後電壓值為U_s2，感應電機內部將產生一電流響應，經過時間t T₂(=3T_s)後電流進入穩態，測量並記錄電壓階躍前的電流穩態值I_s1及階躍後電流穩態值I_s2，隨後關斷電壓階躍注入信號。

以圖8為例說明，注入一階躍前為0的電壓正階躍信號來作為第二 電壓階躍信號，階躍後電壓值為U_s2(差值=U_s)，則在感應電機內部將產生一電流信號，如圖8的(b)部分所示，電壓階躍信號發生階躍變化前穩態電流I_s1為0，經過T₂(=3T_s)後，階躍回應穩態電流I_s2為I₀。

接下來介紹如何完成轉子電阻測量過程，在關斷第二電壓階躍信號後的t=T₃時刻，此時向感應電機注入第一電壓階躍信號，該第一電壓階躍信號階躍前電壓值為U_s1，階躍後電壓值為U_s2，如圖8的(a)部分所示，U_s1為0，U_s2為U_s。當t=T₁(T₃<T₁<T₃+3T_s)時參考第一實施例，此T₁時刻電流值即為初始時刻的電流值I₀₊，測量並記錄該值。鑒於此時注入的第一電壓階躍信號階躍前電壓值為0，階躍後電壓值為U_s，階躍回應的穩態電流值將趨於I₀，與第二電壓階躍信號的穩態電壓值U_s和穩態電流值I₀相同，因此無需重複記錄。這樣，在完成T₁時刻電流值I₀₊的測量和記錄後，測試過程結束。在I₀₊和I₀均已獲取的情況下，根據式(7)，即可準確計算出轉子電阻阻值。這裡，假設此時已知定子電阻R_s。

上述獲取I_s1、I_s2的方法和過程為向感應電機注入一U_s1到U_s2的第二電壓階躍信號，第二電壓階躍信號僅是一種優選的實現方法，第二信號也可以是第一時刻的電壓值為U_s1，第二時刻的電壓值為U_s2的任意波形的電壓信號，如階梯波、斜坡等。

第四實施例

在前述的實施例中，直接注入一第二電壓階躍信號，但如果階躍前電壓值U_s1或者階躍後電壓值U_s2的幅值過大，易造成感應電機過流而導致損壞，因此需要注入合適的電壓幅值，下面給出如何 獲取U_s1，U_s2及完成轉子電阻測量的方法。

首先介紹獲取U_s1，U_s2的方法和過程，在本實施例中，向感應電機注入的第二信號為電流階躍信號，該電流階躍信號階躍前電流值為I_s1，階躍後電流值為I_s2，I_s1，I_s2 2I_N，I_N為感應電機額定電流，感應電機內部將產生一電壓響應，經過時間t T₂(=3T_s)後電壓進入穩態，測量並記錄電流階躍前對應的電壓穩態值U_s1及階躍後對應的電壓穩態值U_s2，隨後關斷電流階躍信號。

如圖9中的(b)部分所示，注入一階躍前為0的電流正階躍信號來作為電流階躍信號，階躍後電流值為I_s2(差值=I₀)，則在感應電機內部將產生一電壓信號，如圖9的(a)部分所示，第二電流階躍信號發生階躍變化前穩態電壓U_s1為0，經過T₂(=3T_s)後，階躍回應穩態電壓U_s2為U_s。

接下來介紹如何完成轉子電阻測量過程，在關斷電流階躍信號後的t=T₃時刻，此時向感應電機注入第一階躍電壓信號，該第一電壓階躍信號階躍前電壓值為U_s1，階躍後電壓值為U_s2，如圖9的(a)部分所示，U_s1為0，U_s2為U_s。當t=T₁(T₃<T₁<T₃+3T_s)時參考第一實施例，此T₁時刻電流值即為初始時刻的電流值I₀₊，測量並記錄該值。

鑒於此時注入的第一電壓階躍信號階躍前電壓值為0，階躍後電壓值為U_s，階躍回應的穩態電流值將趨於I₀，與電流階躍信號的穩態電流值I₀和穩態電壓值U_s相同，因此無需重複記錄。這樣，在完成T₁時刻電流值I₀₊的測量和記錄後，測試過程結束，在I₀₊和I₀均已獲取的情況下，根據式(7)，即可準確計算出轉子電 阻阻值。這裡，假設此時已知定子電阻R_s。

上述獲取U_s1，U_s2的方法和過程為向感應電機注入一I_s1到I_s2的電流階躍信號，該電流階躍信號僅是一種優選的實現方法，第二信號也可以是第一時刻的第一電流值為I_s1，第二時刻的第二電流值為I_s2的任意波形的電流信號，如階梯波、斜坡等。

第五實施例

在上述第三和第四實施例中，通過向感應電機注入第二電壓階躍信號或電流階躍信號來獲取階躍前的電壓幅值U_s1和電流幅值I_s1，以及階躍後已處於穩態的電壓幅值U_s2和電流幅值I_s2。

而在實際中為縮短測量感應電機所有參數所需時間，優化辨識過程，可在其它參數(如定子電阻R_s)辨識的同時就可完成U_s1、U_s2和I_s1、I_s2的計算、測量和記錄。

在已知U_s1、U_s2和I_s1、I_s2後，向感應電機注入第一電壓階躍信號令其在階躍前電壓值為U_s1階躍後電壓值為U_s2，當t=T₁，此時刻電流值即為初始時刻的電流值I₀₊，測量並記錄該值，測試過程結束，無需繼續注入電壓信號，得到如圖10所示波形。同樣根據式(7)，即可準確測量出轉子電阻阻值。這裡，假設此時已知定子電阻R_s。

請參閱圖11所示，本發明還提出了一種感應電機的轉子電阻測量裝置，該測量裝置用於測量感應電機114的轉子電阻，包括：控制單元111、耦接於感應電機114的功率變換單元112。

其中，控制單元111在感應電機114處於靜止狀態下，經由功率變 換單元112向感應電機114的一測試相注入第一電壓階躍信號。

並且，控制單元111包括一轉子電阻計算單元113，該轉子電阻計算單元113從感應電機114接收並記錄第一電壓階躍信號初始時刻的電流值I₀₊，並根據第一電流值I_s1、第二電流值I_s2和初始時刻的電流值I₀₊來計算感應電機114的轉子電阻R_r，其中第一電流值I_s1數值上等於第一電壓階躍信號階躍前的電壓值對應的穩態電流值，第二電流值I_s2數值上等於第一電壓階躍信號階躍後的電壓值對應的穩態電流值。

此外，功率變換單元112將控制單元111輸出的信號功率變換(例如，功率放大)為第一電壓階躍信號後輸入到感應電機114，使得感應電機114中產生相應動態變化的電流。其中，功率變換單元112包括但不限於電壓型變換器和電流型變換器。

轉子電阻計算單元113接收該第一電壓階躍信號在該感應電機產生的電流信號，並根據公式計算出轉子電阻R_r，其中，R_s為定子電阻，I_s1為該第一電壓階躍信號階躍前的穩態電流值，I_s2為該第一電壓階躍信號發生時刻起大於或者等於3T_s的時刻的電流值，其中，L_σ為漏電感，L_m為互感，並且I₀₊為T₀<t<T₀+3T_s範圍內任意時刻的電流值，其中T₀為電壓發生階躍變化的時刻。

在一實施例中，可將轉子電阻計算單元113設於控制單元111中。

為了使感應電機能在靜止狀態下完成測試，需要通過功率變換單 元112給感應電機114注入特定的電壓信號或電流信號，以使感應電機114不產生旋轉的磁場或轉矩。

本領域技術人員可以理解，現有技術中有多種使感應電機靜止的方式，本發明採用但不限於採用以下兩種使感應電機靜止的方式：第一種：通過功率變換單元112向感應電機114注入360°空間範圍內任一角度的電壓向量信號，如注入0°空間電壓向量信號，以測試相為a相說明，即滿足以下關係：u_a=-2u_b=-2u_c或i_a=-2i_b=-2i_c；其中，測試相a相為接收電壓階躍信號輸入的一相，b相和c相為非測試項。也就是說，輸入到測試相上的電壓為其他兩相上電壓的兩倍且與其他兩相上的電壓方向相反，或者輸入到測試相上的電流為其他兩相電流的兩倍且與其他兩相上的電流方向相反。

第二種：功率變換單元112向感應電機114的測試相提供的測量電流或電壓等於向感應電機114的一非測試相提供的電流或電壓的幅值，方向與非測試相的電流或電壓相反，感應電機114的另一非測試相與功率變換單元112無電連接或功率變換單元112無電壓和電流提供給感應電機114的另一非測試相。功率變換單元112無電壓和電流提供給感應電機114的另一非測試相例如可通過關斷功率變換單元112與該非測試相連接的橋臂的功率器件不讓電流流過該非測試相實現。

請參閱圖12所示，其為採用第一實施例及電壓型變換器的轉子電阻測試裝置的實施例。具體地，控制單元121包括電壓指令發生 器1211、電壓分配模組1212和轉子電阻計算單元123。其中，電壓指令發生器1211發出電壓指令至電壓分配模組1212；該電壓分配模組1212按照第一種保持三相感應電機124靜止的方式產生三路初始電壓階躍信號後發送到功率變換單元122；功率變換單元122將該初始電壓階躍信號功率放大為第一電壓階躍信號後注入到感應電機124中，例如使電壓關係滿足u_s*=u_a=-2u_b=-2u_c，使感應電機124處於靜止狀態，接下來，控制單元的電壓指令發生器1211發出電壓指令至電壓分配模組1212，再由功率變換單元122變換為第一電壓階躍信號注入到感應電機124的a相，轉子電阻計算單元123根據霍爾元件125採集到的感應電機a相的電流信號，利用上述公式(6)，完成轉子電阻參數測量過程。

請參閱圖13所示，其為採用第一實施例及電流型變換器的轉子電阻測試裝置的實施例。具體地，控制單元131包括電壓指令發生器1311、電流分配模組1312、電流調節器1313和轉子電阻計算單元133。其中，電壓指令發生器1311發出電壓指令至電流調節器1313；電流調節器1313把電壓信號變換成電流信號後發送給電流分配模組1312；該電流分配模組1312按照第一種保持三相感應電機134靜止的方式產生三路電流信號後發送到功率變換單元132；功率變換單元132將該電流信號功率放大後注入到感應電機134中，例如使電流關係滿足i_s*=i_a=-2i_b=-2i_c，使感應電機134處於靜止狀態；接下來，控制單元發出電壓指令至電流調節器1313；電流調節器1313把電壓信號變換成電流信號後發送給電流分配模組1312，再由功率變換單元132變換為第一電壓階躍信號注入到感應電機134的a相，霍爾元件135將採集到的由電流調節器1313輸 出的電流信號提供給轉子電阻計算單元133，並利用上述公式(6)，完成轉子電阻參數測量過程。

同理，第二實施例至第五實施例也均可通過上述兩種實施例的測量裝置實現，根據式(7)計算出轉子電阻值，此處不再贅述。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和改型都應為隨附權利要求所涵蓋。

S100~S120‧‧‧步驟

Claims (30)

1. 一種感應電機的轉子電阻測量方法，其特徵在於，包括以下步驟：a.在該感應電機處於靜止狀態時，向該感應電機的一測試相注入一第一電壓階躍信號；b.測量並記錄該第一電壓階躍信號初始時刻的一電流值I₀₊；以及c.根據一第一電流值I_s1、一第二電流值I_s2和該初始時刻的電流值I₀₊，計算該感應電機的轉子電阻R_r，其中該第一電流值I_s1數值上等於該第一電壓階躍信號階躍前的電壓值對應的穩態電流值，該第二電流值I_s2數值上等於該第一電壓階躍信號階躍後的電壓值對應的穩態電流值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的測量方法，其中該初始時刻的電流值I₀₊為T₀<t<T₀+3Ts範圍內任意時刻的電流值，其中T₀為該第一電壓階躍信號的電壓發生階躍變化的時刻，，L_σ為漏電感，L_m為互感，R_s為定子電阻。
3. 如申請專利範圍第1項所述的測量方法，其中在該第一電壓階躍信號階躍前、後分別測量並記錄該第一電流值I_s1和該第二電流值I_s2，其中該第一電流值I_s1為該第一電壓階躍信號階躍前的電壓值對應的穩態電流值，該第二電流值Is₂為該第一電壓階躍信號階躍後的電壓值對應的穩態電流值。
4. 如申請專利範圍第1項所述的測量方法，其中還包括在步驟a之前 的如下步驟：d.向該感應電機的該測試相注入一第二信號；記錄該第二信號在一第一時刻的電壓值和該第一電流值I_s1；以及記錄該第二信號在一第二時刻的電壓值和該第二電流值I_s2，其中，該第一時刻的電壓值數值上等於該第一電壓階躍信號階躍前的電壓值，該第二時刻的電壓值數值上等於該第一電壓階躍信號階躍後的電壓值。
5. 如申請專利範圍第4項所述的測量方法，其中該第二信號為一電壓信號，該第一電流值I_s1為該第一時刻的電壓值對應的電流值，該第二電流值I_s2為該第二時刻的電壓值對應的電流值。
6. 如申請專利範圍第5項所述的測量方法，其中該電壓信號為一第二電壓階躍信號，該第一時刻的電壓值為該第二電壓階躍信號階躍前的電壓值，該第二時刻的電壓值為該第二電壓階躍信號階躍後的電壓值。
7. 如申請專利範圍第4項所述的測量方法，其中該第二信號為一電流信號，該第一時刻的電壓值為該第一電流值I_s1對應的電壓值，該第二時刻的電壓值為該第二電流值I_s2對應的電壓值。
8. 如申請專利範圍第7項所述的測量方法，其中該電流信號為一電流階躍信號，該第一電流值I_s1為該電流階躍信號階躍前的電流值，該第二電流值I_s2為該電流階躍信號階躍後的電流值。
9. 如申請專利範圍第3項所述的測量方法，其中該第二電流值I_s2為該第一電壓階躍信號發生階躍變化時刻起大於或等於3T_s時刻的電流值，，L_σ為漏電感，L_m為互感，R_s為定子電阻 。
10. 如申請專利範圍第6項所述的測量方法，其中該第二電流值I_s2為該第二電壓階躍信號發生階躍變化時刻起大於或等於3T_s時刻的電流值，，L_σ為漏電感，L_m為互感，R_s為定子電阻。
11. 如申請專利範圍第1項所述的測量方法，其中該第一電流值I_s1和該第二電流值I_s2均小於或等於2I_N，該I_N為該感應電機的一額定電流。
12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項所述的測量方法，其中根據公式來計算該轉子電阻R_r，其中R_s為定子電阻。
13. 如申請專利範圍第12項所述的測量方法，其中該第一電壓階躍信號為一正階躍信號。
14. 如申請專利範圍第13項所述的測量方法，其中該第一電壓階躍信號階躍前的電壓幅值或階躍後的電壓幅值為0。
15. 如申請專利範圍第13項所述的測量方法，其中該第一電壓階躍信號階躍前的電壓幅值為負，階躍後的電壓幅值為正。
16. 如申請專利範圍第12項所述的測量方法，其中該第一電壓階躍信號為一負階躍信號。
17. 如申請專利範圍第16項所述的測量方法，其中該第一電壓階躍信號階躍前的電壓幅值或階躍後的電壓幅值為0。
18. 如申請專利範圍第16項所述的測量方法，其中該第一電壓階躍信號階躍前的電壓幅值為正，階躍後的電壓幅值為負。
19. 如申請專利範圍第12項所述的測量方法，其中該第一電壓階躍信號為一多段電壓階躍信號。
20. 如申請專利範圍第12項所述的測量方法，其中該感應電機為三相感應電機。
21. 如申請專利範圍第20項所述的測量方法，其中還包括控制該三相感應電機靜止的步驟：將輸入到該三相感應電機的該測試相上的電壓設為其他兩相上電壓的兩倍且與其他兩相上的電壓方向相反，或者將輸入到該三相感應電機的該測試相的電壓設為與其他兩相中的一相的電壓大小相等且方向相反，而其他兩相中的另一相無電壓，從而使該感應電機處於靜止狀態。
22. 如申請專利範圍第20項所述的測量方法，其中還包括控制該三相感應電機靜止的步驟：將輸入到該測試相上的電流設為其他兩相電流的兩倍且與其他兩相上的電流方向相反，或者將輸入到該感應電機的一測試相的電流設為與其他兩相中的一相的電流大小相等且方向相反，而其他兩相中的另一相無電流，從而使該感應電機處於靜止狀態。
23. 一種感應電機的轉子電阻測量裝置，包括：一功率變換單元，耦接於該感應電機；一控制單元，在該感應電機處於靜止狀態下，經由該功率變換單元向該感應電機的一測試相注入一第一電壓階躍信號；其中，該控制單元包括一轉子電阻計算單元，該轉子電阻計算單元接收並記錄該第一電壓階躍信號一初始時刻的電流值I₀₊，並根據一第一電流值I_s1、一第二電流值I_s2和該初始時刻的電流值I₀₊來計算該感應電機的一轉子電阻R_r，其中該第一電流值I_s1數 值上等於該第一電壓階躍信號階躍前的電壓值對應的穩態電流值，該第二電流值I_s2數值上等於該第一電壓階躍信號階躍後的電壓值對應的穩態電流值。
24. 如申請專利範圍第23項的測量裝置，其中該初始時刻的電流值I₀₊為T₀<t<T₀+3T_s範圍內任意時刻的電流值，其中T₀為該第一電壓階躍信號的電壓發生階躍變化的時刻，，L_σ為漏電感，L_m為互感，R_s為定子電阻。
25. 申請專利範圍第23項所述的測量裝置，其中在該第一電壓階躍信號階躍前、後分別測量並記錄該第一電流值I_s1和該第二電流值I_s2，該轉子電阻計算單元接收並記錄該第一電流值I_s1和該第二電流值I_s2，其中該第一電流值I_s1為該第一電壓階躍信號階躍前的電壓值對應的穩態電流值，該第二電流值I_s2為該第一電壓階躍信號階躍後的電壓值對應的穩態電流值，該第二電流值I_s2為該第一電壓階躍信號發生階躍變化時刻起大於或等於3T_s時刻的電流值，，L_σ為漏電感，L_m為互感，R_s為定子電阻。
26. 如申請專利範圍第23項所述的測量裝置，其中根據公式來計算該轉子電阻R_r，其中R_s為定子電阻。
27. 如申請專利範圍第23項所述的測量裝置，其中該功率變換單元包括一電壓型變換器；該感應電機為三相感應電機，該轉子電阻計算單元接收並記錄該感應電機的該測試相上測得的電流值。
28. 如申請專利範圍第23項所述的測量裝置，其中該功率變換單元包 括一電流型變換器；該感應電機為三相感應電機，該控制單元還包括一電流調節器，該轉子電阻計算單元接收並記錄該電流調節器輸出的電流值。
29. 如申請專利範圍第27項所述的測量裝置，其中該控制單元將輸入到該感應電機的該測試相上的電壓設為其他兩相上電壓的兩倍且與其他兩相上的電壓方向相反，或者該控制單元將輸入到該感應電機的該測試相的電壓設為與其他兩相中的一相的電壓大小相等且方向相反，而其他兩相中的另一相無電壓，從而使該感應電機處於靜止狀態。
30. 如申請專利範圍第28項所述的測量裝置，其中該控制單元將輸入到該測試相上的電流設為其他兩相電流的兩倍且與其他兩相上的電流方向相反，或者該控制單元將輸入到該感應電機的該測試相的電流設為與其他兩相中的一相的電流大小相等且方向相反，而其他兩相中的另一相無電流，從而使該感應電機處於靜止狀態。