一种简易的感应电机参数自提交方法

发布时间:2018年08月28日 11:08    作者:傲壹电子

矢量控制变频调速系统已经进入实用阶段。众所周知,矢量控制系统性能的好坏,很大程度上依赖于电机参数辨识的准确与否,因而准确获得这些参数是矢量控制系统的关键问题。一般而言感应电机参数辨识分为离线自提交和在线自校正。电机参数的在线自校正需要系统已整定好以及准确的速度信息,其方法主要有卡尔曼滤波、模型参考自适应和最小方差估计器等。参数离线自提交得到的电机参数的初始值,用于在线自校正算法中,可提高算法的收敛速度。因此国内外许多学者对此做了很多有意义的工作,主要有以下几种方法:

1)空载试验和堵转试验法[1];

2)对电机的三相输入侧施加不同的激励,利用电机本身的空载和堵转等效电路进行参数自提交[2~5];

3)利用最小二乘法进行参数自检测[6、7];

4)利用过渡过程响应波形进行自提交[8]。

在假定感应电机三相平衡的前提下,提出一种简易的高精度异步电机参数离线辨识方法,利用电机学原理,同时对逆变器及电机中的导通压降、开关延迟、死区时间和集肤效应等因素进行合理 的补偿,以保证辨识的参数具有较高的精度和可信度。该方法包括4个辨识子过程:定子电阻辨识、定转子漏感辨识、转子电阻辨识以及互感的辨识。整个过程可自动完成,不需要进行复杂的堵转实验。

1 参数辨识原理



1.1 定子电阻辨识

假设感应电机三相平衡,则只需要检测其单相电路的定子电阻。如图2所示为电压型交-直-交变频调速系统的主电路,使V1一直导通,V2、V3、V5、V6一直关断,而V4 由脉冲序列驱动,则在A、B 两相绕阻上将产生一组电压脉冲序列。设时钟周期为Ts,脉冲宽度为t,则脉冲的占空比D=t/Ts,绕阻上的电压平均值则为Udc伊D,这样就得到一个等效的直流电压,A、B两相同时流过的电流为I,相应的辨识定子电阻值为



1.2 定转子漏感辨识

根据电机的电磁物理特性,可以假设定转子的漏感是相等的。如图3所示,当进行电机漏感控制

CPU 的平台上进行的,实验中的PWM 开关频率fk=

4 kHz,感应电机铭牌参数为:额定功率PN=1.1 kW;额

定电压UN=380 V;额定电流IN=2.67 A;额定频率fN=

50 Hz;额定转速nN=1 410 r/min;定子电阻Rs=5.27 赘;

转子电阻Rr=5.07 赘;互感Lm=0.421 H;定子电感Ls=

0.423 H;转子电感Lr=0.479 H。

2.1 检测定子电阻

给定电流I*,通过PI控制器调节占空比D,使流过定子侧的直流电流稳态值达到I*。由于该直流电流信号是直流母线经过PWM 斩波加在定子电阻两相的,所以存在高频信号和线路白噪声的干扰,需要用本文设计的FIR滤波器对其进行处,由于是直流信号,所以幅值没有衰减,不需要进行相应的幅值和相位的补偿。图8为给定电流I*=2.4 A时,定子电流的波形,等电流进入稳态,对滤波后的电流进行连续100次的采样,通过式(1)计算每次采样的电流对应的定子电阻

值,取平均值即为定子电阻的辨识值,定子电阻的最终辨识结果为5.43 赘。

2.2 检测定转子漏感

在检测漏感的实验中,将直流母线电压交替作用于A、B两相,占空比为50%。给定近似三角波的电流幅值I*=2.4 A,通过调节作用周期T,达到对定子电流幅值的控制。图9为AB 间线电压和B相的电流,A相的电流和B相大小相等方向相反。在每次Uab切换的瞬间,对电流进行采样,分别取得电流的最大值和最小值,然后通过公式(2)就可以计算出定转子漏感。从图9 中可以看出,Uab的幅值为514 V,电流Ib的幅值为2.4 A,周期为1 ms,在每一个周期中进行一次采样计算,取10 组数据算平均值,最后得出定转子的漏感为0.029 H。



2.3 检测转子电阻

为了提高转子电阻的辨识精度,需要在两个频率点分别辨识转子电阻,然后根据式(4)进行线性化处理。实验中,首先给定同步频率f=40 Hz,电流的采样周期为0.25 ms。对采样的电流信号进行FIR滤波处理,由FIR滤波器的特性可知,滤波后的信号相位将延迟90毅,在电压值为0时,取得该时刻的电流值,然后检测电流信号的幅值,即可得出滤波后电流信号和电压信号之间相位差兹忆的sin兹忆,并做相应的相位补偿,可以得出实际电压和电流之间的相位差兹,根据式(3)就可以计算出f=40 Hz时的转子电阻。然后设置同步频率f=20 Hz,此时滤波器的相移为45毅,进行同f=40 Hz时一样的处理,即可得出f=20 Hz 时的转子电阻值,最后用公式(4)进行线性化处理。图10为辨识转子电阻时电压电流波形,通过多次计算取平均值,得出转子电阻Rr=4.95 赘。



2.4 检测互感

用V/f的控制方法起动电机到给定的同步频率f=40 Hz,电机空载运行,相电压为额定电压220 V,这样所得出的电流就是该电机的空载电流。检测电压和电流之间相位差的办法和测转子电阻时是一样的。图11为空载时,A相电压和电流的波形,从图中可以看出,空载电流幅值大约为1.8 A。对电压电流进行10个周期的采样和计算,取它们的平均值即为感应电机互感值,本实验电机的互感辨识值为0.445 H。

3 结语

介绍了一种离线检测感应电机四个主要电气参数的方法,所有实验过程均由系统自动完成。该方法的特点如下:

1)加入了低通数字滤波器,实验系统具有较强的抗噪特性;

2)无须增加外围设备,现场开机前或者运行间隙均可进行参数辨识;



3)自动测试结果重复性好,精度能满足要求;

4)整个测试过程计算量小,通过引入滤波器,省去了复杂的FFT。


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四川阿杜 发表于 2018-9-17 14:36:21
好文章,学习了
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