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高性能异步电机控制系统中需要准确测量电机各参数。提出了一种在不卸掉电机负载的情况下准确测量励磁电感的方法,解决了高性能控制中需要电机空载测量励磁电感而又不便卸去负载的矛盾。该方法在恒磁通控制下的准稳态减速过程中获取理想空载实验条件,并根据测量数据计算出励磁电感。测量过程中电机磁通在额定值附近,不受摩擦转矩的影响,电压电流为正弦波并有足够的幅值,保证了测量准确性。文中对其原理、实现方法进行了论述,并且给出了适用条件。仿真和实验表明:该方法在适用范围内和稳态实验结果接近,达到了误差小于 1的测量精度。
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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/
N
清华大学学报 (自然科学版)
J T singhua U niv (Sci & T ech),
2004 年第44 卷第7 期
2004,Vol. 44,No. 7
4/ 36
876-879
异步电机高性能控制系统励磁电感的准确测量
李明才, 李永东
(清华大学 电机工程与应用电子技术系,北京 100084)
收稿日期:2003-06-13
作者简介:李明才(1974-),男 (蒙古),内蒙古,博士研究生。
通讯联系人 :李永 东,教授,E-mail:liyd@ mail. tsinghua. edu. cn
摘 要:高性能异步电机控制系统中需要准确测量电机各
参数。提出了一种在不卸掉电机负载的情况下准确测量励磁
电感的方法,解决了高性能控制中需要电机空载测量励磁电
感而又不便卸去负载的矛盾。该方法在恒磁通控制下的准稳
态减速过程中获取理想空载实验条件,并根据测量数据计算
出励磁电感。测量过程中电机磁通在额定值附近,不受摩擦
转矩的影响,电压电流为正弦波并有足够的幅值,保证了测
量准确性。文中对其原理、实现方法进行了论述,并且给出了
适用条件。仿真和实验表明:该方法在适用范围内和稳态实
验结果接近,达到了误差小于 1% 的测量精度。
关键词:交流传动系统;异步电机;参数测量;励磁电感
中图分类号:
TM
921. 2 文献标识码:
A
文章编号:1000-0054(2004)07-0876-04
Precise measurements of magnetic
inductance in asynchronous motors
for high perf or mance applications
LI Mingcai,LI Yong do ng
(Departm ent of Electrical Engineer ing
and Applied Electronic Technology,
T sing hua U n iversity,Beijing 100084,China)
Abstract:A meth od w as developed to measure the magnetic
inductance in an asynchro nous m otor w hile the m echanical load is
still attached to the m otor. T he m easurements are m ade as the
m otor speed is decreasing to quasi steady state so that the magnetic
inductance is precisely calculated at no load conditions and nom inal
flux. T he principle and methodology are given in detail w ith the
a pplica ble co nditions. All the algo rithm s hav e been im plem ented on
a real inv erter system w ith the test results and simulation results
bo th v erify ing the validity a nd feasibility o f the m et hod. T he
measure error is less t han one percent.
Key words:A C dr ive system ; induction motor; pa rameter
m easurements;m agnetic inductance
电机控制理论、电力电子技术和微电子技术的
发展,使异步电机在矢量控制或直接转矩控制下,性
能可以和直流电机媲美。而无速度传感器控制则降
低了成本,提高了可靠性,具有广阔的应用前景。在
高性能无速度传感器控制中需要确定异步电机的基
本参数:定、转子电阻
R
s
、
R
r
,定、转子电感
L
s
、
L
r
和励磁电感 L
m
。有时还使用由基本参数组合成的
参数,如:定、转子漏感
L
sl
、
L
rl
,总漏感
L
σ
和转子
时间常数 T
r
。它们和基本参数的关系为:
L
s
= L
sl
+ L
m
, L
r
= L
rl
+ L
m
,
L
σ
= L
s
1-
L
2
m
L
s
L
r
, T
r
=
L
r
R
r
.(1)
L
m
是磁通观测和控制中用到的重要参数,但是
L
m
受磁饱和影响较大,因此准确测量 L
m
是高性能控
制的一个关键。
异步电机参数在变频器供电条件下可通过参数
检测程序得到。在产品中一般有两种参数检测程序:
一种是在电机静止情况下测量所有参数,另一种需
要电机旋转才能测出所有参数。
R
s
、
R
r
和漏感可以
通过静止试验测量
[1 ,2]
,
L
m
可以在稳态空载实验中
准确测量。有的应用场合,卸去机械负载很不方便,
空载实验难以进行,因此还有根据电机铭牌计算或
在静止状态测量电机所有参数的方法。在电机静止
情况下测量
L
m
的方法有:加低频正弦波进行测
量
[3]
;控制电机的定子电流阶跃变化,根据电压的
变化规律计算
T
r
[2 ]
,用式(1)计算
L
m
。
静止状态测量
L
m
的方法有以下问题:难以控
制电机磁通饱和程度,如果测量时磁通与实际运行
时不一致,磁饱和会对测量结果有较大影响;加非
正弦脉冲电压电流的方法中,测量信号有丰富的谐
波,集肤效应和铁心的磁滞和涡流影响较大,测量结
果不能准确反映电机稳态运行的状况;静止下测量
L
m
的方法所加电压幅值较小,电压误差对结果影响
较大。总之,以上几种静止状态下测量
L
m
的方法精
度受到限制,不适宜于高性能控制场合
[4]
。
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