一种简易的感应电机参数自提交方法
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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。 AO-Electronics 傲壹电子 官网：www.aoelectronics.com 中文网：www.aoelectronics.cn 
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