异步电机参数辨识系统研究
来源：未知
发布日期：2019-09-27 17:49【大 中 小】
引言
在基于转子磁场定向的异步电机矢量控制中，由于其转子磁链角计算和电流解耦对电机参数有较高 的要求。电机的高性能控制在很大程度上依赖于异步电机本身参数，而异步电机铭牌上不会给出相应的 电机参数。因此，对异步电机参数的辨识是一个不容忽视的重点。电机参数辨识方法主要有两种，即离 线辨识法和在线辨识法。在线辨识方法可以实时跟随电机不同工况进行校正，能更好地实现 电 机 的 自 适 应控制，但其模型复杂，计算量大，方法应用难度大，对控制单元的运算能力要求很高，目 前 多 数 在 线 参 数辨识方法还在理论研究中。传统的离线辨识方法需要 独 立 地 进 行 直 流、堵 转、空 载３项 实 验， 需要对设备反复拆卸，加装不同种类控制器，操作繁琐，并且在实际工况下，这种情况往往不被允许。 现利用逆变器本身的性能，结合 ＤＳＰ芯片实现 ＳＶＰＷＭ 控制，将３个实验综合设计为一个系统， 使异步电机参数辨识更 加 方 便、快 捷。同时运用最小二乘 法、离 散 傅 里 叶 变 换，使得辨识过程更加简 单，辨识结果更加精确。
电机辨识原理
三相异步电机的电路分析较为复杂，通过简化分析可以得 到稳态下的单相 Ｔ 型等效电路，如图１所示。其中 Ｒｓ 和Ｒｒ 分 别为定子电阻和转子电阻，σＬｓ 和σＬｒ 分别为定子漏感和转子漏 感，Ｌｓ 和Ｌｒ 分别为定子自感和转子自感，Ｌｍ 为励磁电感，ｓ为转 差率。其中σ＝１－Ｌ２ ｍ／（ＬｓＬｒ），一般在辨识过程中假设Ｌｓ＝Ｌｒ。 电机试验中利用 ＳＶＰＷＭ 技术产生电压矢量，辅助参数辨 识实验的进行。异步电机驱动电路如图２所示，主要由６个功率开关管元件组成，利用其８种工作状 态来合成电压矢量。
采用堵转实验进行转子电阻、漏感的辨识。其原理是给电机 绕组接入单相正弦交流电，此时电机处于堵转状态，不 会 产 生 转 矩。当电压频率较高时，由于励磁电感很大，图１中 流 过 励 磁 回 路的电流可以忽略不计，转差率ｓ＝１。此时三相电机内部电路可 以等效为 Ｂ相、Ｃ 相电阻并联，后与 Ａ 相电阻串联；Ｂ相、Ｃ 相漏 感并联，后与 Ａ 相漏感串联。
通过电机开环 Ｖ／Ｆ 控 制，施 加 额 定 频 率 的 交 流 电 压，使 异 步 电机达到额定转速。通过霍尔传感器得到其母线电压和 Ａ 相电流，利用电压重构技术即可得到Ｕａｂ。采 用离散傅里叶变换计算出电压、电流的基波有效值和功率因数角。再根据式（１４）～式（１６）即可计算出励 磁电感Ｌｍ。
辨识结果
采用 ＴＩ公司的 ＤＳＰ 芯 片 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２作 为主控器，采用专用驱动芯片ＩＲ２１１０ 和 高 达 ２５ Ａ，１２００Ｖ 的ＩＧＢＴ 管，ＰＷＭ 驱动信号通过高速 光耦完全隔 离 高 压 与 低 压 侧，保证驱动板不受 高 压干扰。用霍尔传感器检测输出电流波形，使 低 压侧和高压侧完全隔离。 实验中使用的电机额定参数为：Ｐｎ＝２００Ｗ；Ｕｎ＝ ３６Ｖ；Ｉｎ＝９Ａ；ｗｎ＝１４００ｒ／ｍｉｎ；极对数Ｐ＝２。ＳＶＰ－ ＷＭ 载波频率１０ｋＨｚ，死区时间为３．２μｓ，ＩＧＢＴ 最大开关延迟时间Ｔｏｎ＝０．１μｓ，Ｔｏｆｆ＝０．３μｓ。为 了实现电机参 数 辨 识 目 标，基 于 ＤＳＰ 编 写 了 电 机 参数辨识系统，系统流程如图７所示。 图８所 示 为 直 流 实 验 电 压 电 流，在 直 流 试 验 中，待电流稳定后，通过 ＤＳＰ 的 ＡＤＣ 模 块 进 行 转 换，以５０Ｈｚ的频率对电压和电流进行同步采样，得到１２８个点的电压和电流值，并用最小二乘法计算， 获得定子电阻Ｒｓ。 在堵转试验中，通入３０Ｈｚ单相交流电，电流和电压的采样周期为２６０μｓ，这样采集１２８个点即为一 个完整周期。图９为堵转实验电压、电流，从图中可以看出电压超前电流，电压和电流近似正弦波。
结语
电机参数的准确性对电机的矢量控制有着重要的影响。本文基于空间矢量调制技术（ＳＶＰＷＭ），采 用了 ＰＩ电流控制和最小二乘法，准确地计算出定子电阻。在堵转、空载试验中采用离散傅里叶变换数据 处理手段，去除了其它谐波的影响，获得了准确的电机参数。研究的异步电机辨识系统，方法简单、程序 运行时间短，其参数的准确性，能够满足矢量控制的需求。
