静止条件下的异步电机参数辨识方法研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 第２３卷第１期　２００８年２月　郑州轻工业学院学报（自然科学版）　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＺＨＥＮＧＺＨＯＵ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＨＧＨＴ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　ＶｏＩ＿２３　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２００８　文章编号：１００４—１４７８（２００８）Ｏ１—００９３—０３　静止条件下的异步电机参数辨识方法研究　丁莉芬　，　陈振锋　（１．郑州轻工业学院电气信息工程学院，河南郑州４５０００２；　２．西安理工大学自动化与信息工程学院。陕西西安７１００４８）　摘要：针对电机停机状况下需要对电机进行参数辨识的特殊要求，研究了静止条件下异步电机定子　电阻、转子电阻、定子电感、转子电感及互感等参数的辨识方法．实验结果表明：采用该方法得到的电　机参数应用于无速度传感器矢量控制系统，系统运行稳定．　关键词：异步电机；参数辨识；无速度传感器矢量控制　中图分类号：ＴＭ３４３　文献标识码：Ａ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｔｏｒ　ａｔ　ｓｔａｎｄｓｔｉｌｌ　ＤＩＮＧ　Ｌｉ．ｆｅｎ　。ＣＨＥＮ　Ｚｈｅｎ．ｆｅｎｇ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＥｌｅｃｔｒ．ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒ．Ｅｎｇ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖ．ｏｆＬｉｇｈｔ　Ｉｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　ｎ４５０００２，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｆＡｕｔｏｏ．ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒ．Ｅｎｇ．，Ｘｉａｎ　Ｕｎｉｖ．ｏｆ　Ｔｅｃｈ．，Ｘｉａｎ　７１００４８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｔｏｒ　ｗｈｅｎ　ｍｏｔｏｒ　ｋｅｅｐｓ　ｑｕｉ－　ｅｓｃｅｎｔ，ａ　ｎｅｗ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｔｏｒ　ｗａｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｏｒ　ａｎｄ　ｒｏｔｏｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅ　ｓｔａｔｏｒ　ａｎｄ　ｒｏｔｏｒ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ　ａｎｄ　ｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ　ｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｗｈｅｎ　ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｓｅｓ　ｍｏｔｏｒ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｇｏｔ　ｂｙ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ，ｉｔ　ｃａｎ　ｒｕｎ　ｓｔａｂｌｙ，ＳＯ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｇｏｔ　ｂｙ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｒｅ　ｒｅｌｉｂｌａｅ　ａｎｄ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ａｎｔｉ—ｊａｍｍｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｔｏｒ；ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｓｐｅｅｄ—ｓｅｎｓｏｒｌｅｓｓ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　０　引言　异步电机具有结构简单、易于维护和可靠性高　等优点，在工农业生产和日常生活中应用十分广　泛．变压变频（ＶＶＶＦ）调速系统存在起动转矩小、低　劣取决于磁场定向的准确程度，而磁场定向的准确　程度则取决于电动机参数的准确性．因此，对异步　电动机参数辨识的研究一直是电传动领域一个非　常重要的课题．　目前。通用变频器都具有对异步电机进行参数　速性能差、稳态精度低、动态性能不理想等缺点，其　应用受到一定限制，而矢量控制变频调速系统适用　于对调速性能要求较高的场合．近年来，无速度传　辨识的功能。变频器只需要对电机进行空载和堵转　试验，就可完成异步电机的参数辨识．但对于某些　特殊情况，例如系统在调试前，电机负载已经安装　完毕。且不可拆卸或拆卸难度很大时，就对电机参　数辨识提出了新的要求，即变频器在电机不转动的　感器矢量控制变频调速系统因其突出的调速性能　而获得广泛应用．矢量控制变频调速系统性能的优　收稿日期：２００７—０４—１７　作者简介：丁莉芬（１９７３一），女，河南省郑州市人，郑州轻３－，＿１１＝学院讲师，硕士，主要研究方向：智能控制，检测技术．　维普资讯 http://www.cqvip.com ・９４・　郑州轻工业学院学报（自然科学版）　２００８矩　静止状态下就能将电机的参数辨识出来．目前，有　些变频器已经具备这项功能，如丹佛斯变频器的　ＡＭＡ（自动电动机调整）功能就是如此．本文将对这　一课题展开研究，并提出一种对异步电机进行参数　辨识的方法．　１异步电机的参数辨识　异步电机的Ｔ型等效模型电路见图１．对参数　进行辨识的系统原理见图２．　图１　异步电机的Ｔ型等效模型电路　图２试验系统原理图　１．１定子电阻辨识　根据直流伏安法可知，只要在电机两相间加载　直流电压同时测出此时的电流，就可以确定定子电　阻．对于逆变器来说，此时产生直流电流的方法为：　使ＶＴ　（或ＶＴ　）管一直处于导通状态，在ＶＴ　管施　加脉冲信号，其他ＩＧＢＴ管处于关断状态．电机的定　子电阻较小，在逆变器自动辨识时，由于工作环境　所限，输入电压不可能很小，因此在ＶＴ　管需施加　脉冲信号，而且脉宽应很小，此时，加在电机两端的　电压就是脉动的直流信号，电机的等效电路见图３．　图３中，Ｄ为施加在ＶＴ　管上脉冲的占空比，，０　为测得的电流值．由此，很容易算出电机的定子电阻　Ｕｄ　Ｘ　Ｄ　ｎ　ｓ　１．２转子电阻、转子电感及定子电感辨识　一般情况下，转子电阻和漏感都是通过对异步　电动机实施堵转（短路）实验得到的．本文中，我们　对异步电机施加单相正弦电，由于单相电不能使电　图３　直流实验电机等效电路　机产生磁场转矩，所以其作用等同于三相堵转实验．　采用双极性调制法，通过脉冲调制，使ｖＴ　，Ⅵ６　和ＶＴ５，ＶＴ２互补导通，这时ＶＴ３，ｖＴ６和ｖＴ５，ｖＴ２组　成Ｈ桥的单相电路，从而在电机的Ａ，Ｂ两相之间产　生正弦电压．这时，由于实验电压比较低，铁损可忽　略．为简单起见，可以认为ｇｍ》ｚ。，即Ｔ型等效电路　的励磁电路可认为处于开路状态，电机的等效电路　见图４．　２Ｒ。　２　．　图４单相交流电实验电机等效电路　对Ａ，Ｂ两相的电压和电流进行准同步采样，电　压和电流信号通过低通滤波器后，Ａ，Ｂ两相之间的　电压和电流近似为正弦波．通过测得的电压和电流　信号，最终可得电压基波幅值的实部为　，虚部为　Ｕｉ；电流基波幅值的实部为，　，虚部为，ｉ，则电压和　电流之间的相位差为　Ｕ　ｌ　０　盯ｍａｎ　ｍ诅“　则有　２（Ｒ　＋Ｒ　）　：　厢。。　”　２（Ｘ　＋Ｘ　）　：　厢…　ｉ　从而可计算出　维普资讯 http://www.cqvip.com 第１期　丁莉芬等：静止条件下的异步电机参数辨识方法研究　：｛　‘　实际实验中，静止状态下辨识异步电动机参　＋　数，意味着在辨识的过程中不提供任何转矩，因此　一。＝Ｘ　＝÷　差ｉ　二　ｓｉｎ　ｒ　定要提供正确的电动机铭牌数据．由于电机的阻　抗比较小，静止状态下加在电机定子上的电压不能　’１．３电机等效互感辨识　异步电机等效互感的辨识也是在单相条件下　太大，因此，输出的脉冲宽度必须很小，在参数辨识　时对定子施加的电流不要超过额定电流的１／３．　进行的．转子磁链的变化值可以通过积分得到，在　通过实验，采用本文提出的参数辨识方法，得　两相静止坐标系上，根据转子磁链的电压模型，从ｔ。　时刻到ｔ　时刻，转子磁链的变化值为　（ｔ２）一　（ｔ。）＝　【　（　。一　）ｄｔ—ｔｒＬ　（　。（ｔ　）一　。（ｔ。））］　在实验时，首先使ＶＴ　（或ＶＴ　）管一直处于导　通状态，在ＶＴ。管施加脉冲信号，其他ＩＧＢＴ管处于　关断状态，此时，加在电机两端的电压就是脉动的　直流信号．将定子电流稳定时刻记为ｔ。，突然改变　ＶＴ。管脉冲宽度，定子电流再次稳定的时刻为ｔ　，通　过检测两个时刻的电流和电压，即可估算出电机　互感．　该方法存在一定的误差，应该多进行几次辨　识，然后取平均值．　２电机参数辨识实验　实验装置见图５，ＣＰＵ采用ＴＭＳ３２０Ｆ２４０，用来　完成电压、电流的数据采样和算法的执行．电压和　电流通过ＬＥＭ电压传感器和电流传感器进行采样，　采用贝赛尔低通滤波器进行低通滤波．　实验中的异步电机额定功率为１．１　ｋＷ，额定电　压为３８０　Ｖ，额定电流为２．６７　Ａ，额定频率为５０　Ｈｚ，　额定转速为１　４１０　ｒ／ｍｉｎ．　图５电机参数辨识的实验装置　到的电机参数为Ｒ。＝５．１７　Ｑ，Ｒ　＝５．０３　Ｑ，Ｘ。＝　０．４２８　Ｈ，Ｘ　＝０．４１９　Ｈ，Ｘ　＝０．４５９　Ｈ．　将上述辨识结果用于无速度传感器矢量控制　系统，系统运行稳定，表明本文提出的方法是正确　和可靠的．　３结论　通过理论分析和实验可知，本文提出的在静止　状态下对异步电机参数的辨识方法具有精度高、抗　干扰能力强的特点．这种方法适合在无速度传感器　矢量控制的变频器中使用，用于扩充变频器的功　能．该方法对电机参数辨识时不输出任何转矩，不　会对联轴的其他机械负载产生任何影响，也不需要　对已经装配好的电机负载进行拆卸，具有很高的实　用价值．此外，对电机的参数辨识是在对电机施加　单相电压和电流的情况下进行的，如果分别对其三　相进行参数的辨识，通过比较它们之间的差异，就　可以发现电机潜在的故障（如匝间短路、接地等），　从而有效避免意外情况的发生．　参考文献：　［１］　冯垛声，曾岳南．无速度传感器矢量控制原理与实践　［Ｍ］．２版．北京：机械工业出版社，２００６．　［２］　Ｇａｓｔｌｉ　Ａ．Ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｔｏｒ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｃｉｒ－　ｃｕｉｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅ　ｔｅｓｔ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　ｏｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，１９９９，１４（１）：５１．　［３］　李华德．交流调速控制系统［Ｍ］．北京：电子工业出版　社。２００３．　［４］　何飚，齐智平，冯之铖．静止条件下异步电机等效电路　参数检测方法的研究［Ｊ］．机电一体化，２００３（５）：２８．　［５］　何飚，齐智平，冯之铖．无速度传感器矢量控制系统的　电机参数测算［Ｊ］．农业机械学报，２００５，３６（２）：８５．