一種簡易的感應(yīng)電機(jī)參數(shù)自提交方法

0 引言

矢量控制變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入實用階段。眾所周知，矢量控制系統(tǒng)性能的好壞，很大程度上依賴于電機(jī)參數(shù)辨識的準(zhǔn)確與否，因而準(zhǔn)確獲得這些參數(shù)是矢量控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。一般而言感應(yīng)電機(jī)參數(shù)辨識分為離線自提交和在線自校正。電機(jī)參數(shù)的在線自校正需要系統(tǒng)已整定好以及準(zhǔn)確的速度信息，其方法主要有卡爾曼濾波、模型參考自適應(yīng)和最小方差估計器等。參數(shù)離線自提交得到的電機(jī)參數(shù)的初始值，用于在線自校正算法中，可提高算法的收斂速度。因此國內(nèi)外許多學(xué)者對此做了很多有意義的工作，主要有以下幾種方法：

1)空載試驗和堵轉(zhuǎn)試驗法[1];

2)對電機(jī)的三相輸入側(cè)施加不同的激勵，利用電機(jī)本身的空載和堵轉(zhuǎn)等效電路進(jìn)行參數(shù)自提交[2~5];

3)利用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)自檢測[6、7];

4)利用過渡過程響應(yīng)波形進(jìn)行自提交[8]。

在假定感應(yīng)電機(jī)三相平衡的前提下，提出一種簡易的高精度異步電機(jī)參數(shù)離線辨識方法，利用電機(jī)學(xué)原理，同時對逆變器及電機(jī)中的導(dǎo)通壓降、開關(guān)延遲、死區(qū)時間和集膚效應(yīng)等因素進(jìn)行合理 的補(bǔ)償，以保證辨識的參數(shù)具有較高的精度和可信度。該方法包括4個辨識子過程:定子電阻辨識、定轉(zhuǎn)子漏感辨識、轉(zhuǎn)子電阻辨識以及互感的辨識。整個過程可自動完成，不需要進(jìn)行復(fù)雜的堵轉(zhuǎn)實驗。

1 參數(shù)辨識原理

1.1 定子電阻辨識

假設(shè)感應(yīng)電機(jī)三相平衡，則只需要檢測其單相電路的定子電阻。如圖2所示為電壓型交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的主電路，使V1一直導(dǎo)通，V2、V3、V5、V6一直關(guān)斷，而V4 由脈沖序列驅(qū)動，則在A、B 兩相繞阻上將產(chǎn)生一組電壓脈沖序列。設(shè)時鐘周期為Ts，脈沖寬度為t，則脈沖的占空比D=t/Ts，繞阻上的電壓平均值則為Udc伊D，這樣就得到一個等效的直流電壓，A、B兩相同時流過的電流為I，相應(yīng)的辨識定子電阻值為

1.2 定轉(zhuǎn)子漏感辨識

根據(jù)電機(jī)的電磁物理特性，可以假設(shè)定轉(zhuǎn)子的漏感是相等的。如圖3所示，當(dāng)進(jìn)行電機(jī)漏感測試時，由于向電機(jī)注入的是高頻脈沖信號(1 kHz 左右)，只要頻率足夠高，等效電路中的電阻項就可以忽略。對電機(jī)進(jìn)行單相測試，A、B兩相同時進(jìn)行，為了減小忽略定、轉(zhuǎn)子電阻所帶來的影響，可以使定子電流的最大值與最小值的大小相等而極性相反，即在測定漏感的時間間隔內(nèi)，使電流的平均值為零。如圖2中所示，V5和V6在測試A、B側(cè)的漏感時始終為關(guān)斷。當(dāng)UAB=+Udc時，使V1和V4同時導(dǎo)通，V2 和V3處于關(guān)斷狀態(tài);當(dāng)UAB= -Udc時，使V2和V3同時導(dǎo)通，V1和V4處于關(guān)斷狀態(tài), 電壓電流波形如圖4 所示。計算漏感的公式為

1.3 轉(zhuǎn)子電阻辨識

電機(jī)加上單相正弦電壓時，沒有電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，其電磁現(xiàn)象與三相堵轉(zhuǎn)時基本相同，圖5為模擬電機(jī)堵轉(zhuǎn)的等效電路。當(dāng)電流達(dá)到給定值后，在A、B 兩相之間產(chǎn)生了一個基波頻率為f，基波幅值為Um的正弦PWM電壓。通過檢測電壓和電流信號之間的相位差茲，可以算出轉(zhuǎn)子電阻為

在該檢測過程中，正弦基波頻率f的大小對轉(zhuǎn)子電阻辨識結(jié)果影響很大。若f較小，則Xm(電機(jī)勵磁電抗)值變小，勵磁支路的阻抗將不能忽視;若f較大，

則集膚效應(yīng)的影響嚴(yán)重，導(dǎo)致辨識轉(zhuǎn)子電阻偏大。采用在f1=20 Hz 和f2=40 Hz兩個頻率點進(jìn)行單相短路試驗，得到轉(zhuǎn)子電阻值Rr1、Rr2。近似認(rèn)為集膚效應(yīng)的

影響與頻率成線性關(guān)系，則可通過對電阻值Rr1、Rr2采用兩點法，計算出額定轉(zhuǎn)差頻率fs(1 ~4 Hz)處的轉(zhuǎn)子電阻，以此作為真正的轉(zhuǎn)子電阻值

1.4 互感辨識

電機(jī)空載時轉(zhuǎn)差s=0，這時等值電路變成圖6所示電路。逆變器供電下的空載試驗與常規(guī)電機(jī)學(xué)試驗非常類似。采用V/f 控制方式，使電機(jī)不帶任何負(fù)載運(yùn)行在頻率f下，從而檢測出電壓和電流信號之間的相位差茲。這樣就可以按照辨識轉(zhuǎn)子電阻試驗的計算方法得到異步電機(jī)空載等效電路中的電抗了。電機(jī)勵磁電抗為

會對相位的檢測造成較大的影響，所以需要對采樣的電流信號進(jìn)行低通濾波處理?？紤]到基波信號的最大頻率值為50 Hz，且需要知道信號的精確的相位信息，所以設(shè)計的濾波器截止頻率為100 Hz，是具有線性相移的FIR 濾波器，階數(shù)為50 階，圖7 為該濾波器的幅頻相頻特性。