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异步电机参数辨识系统研究

返回列表 来源:未知 发布日期:2019-09-27 17:49【
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。