异步电机参数辨识_异步电机离线参数辨识
时间：2020-03-11 07:19:53 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
文章编号：1003-6199(2011)04-0073-04 摘 要：异步电机矢量控制要求准确获得磁场定向，而磁场定向的精度取决于电机参数值。为了准确辨识出电机的参数，本文研究基于静止状态下异步电机T型等效电路模型，采用脉冲电压法，单相交流注入法取代传统堵转和空载试验，实现对异步电机参数的准确测量。仿真实验结果证明上述方法正确可靠，且得到了较高的辨识精度。
�
关键词：异步电机；参数；静止状态�
中图分类号： TM346 文献标识码：A
��
Offline Parameter Identification Method of Induction Motor
��
LI Guo�jin，HU Chang�lin，HOU Xu�da�
(Colleage of Electrical Engineering Guangxi Unievrsity，Nanning 530004,China)
Abstract:For tha vector control of an induction motor,it require accurately field oriented,while the precision of the field oriented depends on motor parameter values.In order to accurately identify the parameters of the motor,this paper studies on the basic of T equivalent circuit model of induction motor at standstill state,we use pluse voltage or single phase AC as an excitation signals to measure the static of parameter for induction motor,this method don"t require do locked rotor and no�load tests.The validity,reliability and accuracy of the proposed scheme is verified through simulation.
�
Key words:induction motor;parameter;standstill state
�
1 引 言�异步电动机通过矢量坐标变化，实现了磁通和转矩在等效两相正交绕组状态下的解耦，从而获得不亚于直流电机的调速性能。这类控制技术关键是准确获得磁场定向，而磁场定向又与电机参数的设定息息相关，参数设定的不匹配将会降低转矩控制的响应［1］。传统方法通过对电机进行堵转或者空载实验从而计算电机参数值，该方法需要专用实验条件的支持，而大多数实际场合都不具备。目前对于电机进行参数辨识的研究主要有在线或者离线辨识，在线辨识技术可以不断对运行中的电机参数进行更新，但通常需要花费大量的计算时间，且低转速下效果不好［2,3］。离线辨识技术是在电机运行之前，对电机施加特定波形激励，检测电机对激励的响应从而辨识电机参数［4,5］，这些方法在电机投入运行之前可以得到电机参数的初始值。本文在假定感应电机三相平衡下，通过直流试验（注入脉冲电压），单相交流试验，检测定子端电流电压，在分析电机T型等效电路下，实现对电机参数的辨识，该辨识方案在电机静止状态下控制逆变器输出各种需要的信号进行参数辨识，算法简单、精度高、且易于实现。
2 参数辨识�
假设异步电机三相绕组对称，忽略集肤效应、磁饱和及铁损，异步电机控制系统有如图1连接方式，其中逆变器的 3 个桥臂A，B，C分别与感应电机的三相绕组 a，b，c对应相连。静止状态下异步电机T型等效电路如图2所示，图中�R��s�、L��ls�分别为定子每相电阻和漏感，R��r�和L��lr�分别为折合到定子侧的转子每相电阻和漏感，L��m�为互感，U��s�为定子相电压，频率ω。�
2�1 定子电阻辨识�
�根据图2电机T型稳态等效电路可知，当对电机通入直流电压信号时，电路中的感抗为零，电路可以看成为只有定子电阻的阻抗负载电路，只需知道电路中电流值的大小，就可以计算定子电阻阻值大小。由于电机定子电阻较小，不能将直流母线电压直接加在定子绕组上，需对直流母线电压进行斩波降压，如图1所示对VT1管施加PWM信号，VT2、VT3、VT5一直处于关断状态，而VT4、VT6一直处于导通状态，VT1管上的PWM脉冲信号脉宽必须较窄，且频率较高以保证加在电机上的直流电压平均值不会太大，使得流过定子绕组的电流为一脉动很小的直流电。按照图1产生直流电压，电机等效电路如图3所示。��
则电机的定子电阻为：�
R�s=U��dc�•D1.5I�D （1）�
式中D为脉冲占空比，I��D�为负载电流。��
2�2 漏感辨识�
对于图1，电机b，c相短接，向电机施加单相交流高频电压时，电机中产生的是脉振的磁动势，不能形成旋转的磁动势，所以电机不会旋转，构成H桥如图1所示，这时励磁支路的电流会很小，同时定转子阻抗负载上的压降相比于定转子漏感压降要小很多，其可以看成为一个纯感抗性负载电路，那么就可以变换成等效电路图4，实际电机定子侧和转自侧的漏感值是不相同的，但是相比互感小很多，所以近似认为二者值相同。��
所以通单相高频交流电时，电压和电流的振幅比近似于3ωL��lr�，那么有漏感表达式如下�
L��ls�=L��lr�=U��amp�3ωI��amp� （2）�
2�3 转子电阻、互感辨识�
转子电阻与互感辨识与漏感辨识一样，将电机b，c相短接，同样施加单相交流电压，但不为高频，于是所有负载都可以等效成一个电抗Z��eq�。那么图2的T型等效回路就变为图5简化等效电路�
�图5 电机简化等效电路�
�Z��eq�=VI=R��eq�+jX��eq��
=R�s+jX�1+jX�m(R�r+jX�2)R�r+j(X�m+X�2) （3）�
考虑到定子漏磁通与转子漏磁通相同，则有�
R��eq�=|V||I|�cos��=R�s+R�rX�mR�2�r+(X�m+X�2)�2 （4）�
X��eq�=|V||I|�sin��=X�s+R�2�rX�m+X�mX�2(X�m+X�2)R�2�r+(X�m+X�2)�2（5）�
上述各式中有X�1=X�2=ωL��ls�=ωL��lr�，X�m=ωL�m且有L�s=L�r=L��lr�+L�m，令R��2eq�=R��eq�－R�s，为电流基波与电压基波的相位差，对图2的电路分别通频率ω�1，ω�2，由式（4）和（5）可得：�
R��eq�=R��2eq�(ω�1)X��eq�(ω�2)X��eq�(ω�1)－R��2eq�(ω�2)ω�2ω�1X��eq�(ω�2)X��eq�(ω�1)－ω�2ω�1 （6）�
L�r=X��eq�R�r(R�r-R��2eq�)ω （7）�
由于漏感L��lr�在上述2.2中已求，所以有�
L�m=L�r－L��lr� （8）
3 仿真研究�
�本文采用Matlab�对电机参数辨识系统进行仿真研究，以验证参数辨识算法的正确性。所选用电机参数为：P��N�=4�kw�，U��N�=400�V�，f��N�=50�Hz�，n��N�=1430�r/min�，L��ls�=L��lr�=0.005839�H�，L��m�=0.1722�H�，R��s�=1.405�Ω�，R��r�=1.395�Ω。�
检测定子电阻时,系统所产生的直流PWM频率为1KHz，通过调节占空比来调节定子电流的大�
(a)定子电流�
(b)稳态后定子电流�
小。图6(a)为定子侧A相电流。当电流进入稳态后图6(b)，对稳态电流进行连续采样，通过公式（1）计算每次结果，取其平均值即为定子电阻辨识值，有�R��s��=1.403Ω。�
在检测漏感的试验中，对电机注入高频交流电压，其频率为1KHz，电流电压波形如图7所示。当电流进入稳态后，选择一个时间点�t�=0.1s（图7）处，电压初相位为0，可以看到电流与电压相位相差约90°，这也正说明了2.2中注入高频交流电压时，等效电路近似为一纯感抗负载电路。由图中可知�U���amp�=220V，�I���amp�=2.03A，通过公式（2）算得�L��lr�=L��lr��=0.005749H。��
�(a)定子相电流、定子端电压��
�（b）t=0.1后定子电流、电压�
转子电阻与互感是通过注入两个不同频率的激励信号来测量辨识，由于2.3中辨识算法的实现需要有励磁感抗，那么所选取的频率应需要同时对励磁侧和转子侧提供电流，试验中选取高频测试频率为10Hz，低频测试频率为5 Hz。选定某一相电压相位为 0的时刻（如图7）开始对该相绕组中的电流进行采样。对一个周期中采样到的数据进行傅氏分解,然后根据式(6)、(7)、(8)辨识算出转子电阻与互感值。�Rr�=0.1391Ω，�Lm�=0.1734H。�对所选电机参数和辨识结果进行对比：实际�R��s��为1.405Ω，�R��r��为1.395Ω，�L��ls�与L��lr��为�0.005839H�，�L��m��为0.1722H，辨识结果值�R��s��为�1.403�Ω，�R��r��为1.391Ω，�L��ls�与L��lr��为0.005749H，�L��m��为0.1734H，可见辨识结果非常理想。�
�
�(a)输入5Hz单相交流电定子电流、电压波形��
�(a)输入10Hz单相交流电定子电流、电压波形�
4 结 论�
本文通过对电机注入不同激励，实现了对电机相关参数的辨识，通过仿真实验证明了该方法能够获得较为精确的电机参数值。与其它方法相比，实现简单，数据可靠，可以满足电机控制的要求。
参考文献�
［1］ 王秀芝,王红,许镇琳,等.参数变化对异步机解耦控制的影响［J］.天津大学学报,1996,29(4):638-641.�
［2］ J.Holtz and T.Thimm. Identification of the machine parameters in a vector controlled induction motor drive［J］.IEEE Trans.Ind. Applicaf,vol.27, no.6, pp. 1111-1118, Nov./Dec. 1991.�
［3］ R. D. Lorenz and D. B. Lawson. A simplified approach to continous on line tuning of field oriented induction machine drives［J］. IEEE Trans.Ind. Applicaf ,vol. 26, no.3,pp.420-424, May/June 1990.�
［4］ 余功军,钟彦儒,杨耕.无速度传感器矢量控制系统中的电机参数辨识［J］.电气传动,1999，29(1):7-10.�
［5］ 许镇琳，何启莲，李国民,等．异步机矢量控制的电机参数参数自设定 ［J］．电工技术学报，1995(1)：44-47.�
［6］ A. Gastli.Identification of induction motor equivalent circuit paramaters Using the sinle-phase test［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.14, No.1,1999.省略)；胡常林（1985―），男，广西桂林人，硕士研究生，研究方向：运动控制与机电控制技术。
推荐访问:离线 辨识 参数 异步电机离线参数辨识 三相异步电机参数 三相异步电机铭牌参数
