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三相异步电机参数的测试

放大字体缩小字体发布日期:2014-10-21 来源:[标签:出处] 作者:[标签:作者] 浏览次数: 109
核心提示:

0 引言
  在异步电机的矢量控制系统中,电动机的参数是十分重要的物理量。在电机学中利用电动机的参数构成等值电路,以此为基础可以对三相电动机的各种运行特性进行分析。变频调速中采用的矢量控制,控制系统性能完全依赖于所使用的电机参数的准确程度,如果参数不准确,将直接导致矢量控制性能指标下降,甚至导致变频器不能正常工作。
三相异步电动机的基本参数包括定子电阻、定子漏感、转子电阻、转子漏感、定转子互感。这些参数的确定,可以利用电机设计制造时的技术数据进行理论计算,但计算复杂,并且与实际有较大误差;也可以采用试验方法确定,下面具体介绍在变频器中采用试验的方法对各参数的测试。

1 参数测定试验
  在变频器中,测试参数主要有两种方法:一种是在线测试,一种是离线测试。在线测试方法主要有卡尔曼滤波法、模型参考自适应法、滑模变结构法等,这些方法要求处理器具有较高的处理速度,对系统硬件要求较高;离线测试方法主要有频率响应试验、阶跃响应试验等,但测试精度不高,存在计算复杂、程序计算量大等问题,故很少采用。
 这里主要介绍根据传统的电机学试验原理,在变频器中对电机参数进行离线测试,通过对其采取相应的措施达到测试参数的高精确度。
1.1 采用直流伏安法测试电机的定子电阻
 在变频器系统中,采用直流伏安法测试定子电阻的关键是如何得到低压直流电源,当变频器直接连接到电网时,其直流母线电压较高,通常的办法是对直流母线进行电压斩波控制,得到一个平均值很低、周期固定且占空比固定的高频电压脉冲系列,这样经过定子绕组中的电感滤波后,就得到一个脉动很小的直流电流。如果占空比为D,直流母线电压为Udc,电流为I,则相应的定子电阻值为

在测试中为了防止变频器出现过电流,应该正确考虑占空比的设定,在实际测试中可以采用电流闭环加PI 调节器得出占空比的方法控制电流大小,如图1 所示。

图1 中,I * 为控制目标,即给定电流,I 为反馈电流,即实际运行电流。试验时,变频器中的开关器件IGBT 的导通压降,对测试值的影响是不能忽略的,对导通压降补偿的正确与否直接影响到测试电阻精度的高低,导通压降除了IGBT的导通压降,还有续流二极管的导通压降。同时,由于IGBT在开通和关断过程中都有一定的延时,为了准确计算输出的直流电压,这部分延时也不能忽略。

1.2 利用堵转试验测试转子电阻及定转子漏感
在实际的应用中,对电机进行堵转比较困难,在此采用单相短路试验代替三相试验,当电机加上单相正弦电压时,没有电磁转矩产生,其电磁现象与三相堵转时基本相同,测试中,让电机的某一相开路,在另外两相之间通入单相的正弦交流电,然后通入一定的电流,此时测试定子上的电压,电流和输入功率,这样即可计算出电机的短路电阻和短路电抗。

在堵转试验中,为了防止过电流现象,可以采用测定子电阻的方法加入一个PI 闭环控制,但同时也需要考虑IGBT 的压降和续流二极管的压降产生的影响。在变频器运行测试中,为了防止变频器中的上下桥臂直通现象,逆变器同一桥臂的上下开关之间的动作必须加入一段死区时间,一般为3~5μs,由于死区时间产生的误脉冲对系统性能的影响较大,必须重点考虑,因此,对高精度的参数测试,死区时间是不可忽略的一个重要因素。
  在考虑到死区时间的影响和IGBT 的开通关断的时间后,实际的输出电压和给定的PWM 脉冲之间的关系表示如图3 所示。从图3 中可以看出,死区时间对实际输出电压的影响,在负载电流大于零时,实际的相电压输出比控制要求减少了td+tr-tf的时间;在负载电流小于零时,实际的相电压输出比控制要求增加了一段td+tr-tf的时间。在实际中如果根据采样得到的电机电流对PWM 脉冲进行相应的调整,就可以对逆变器系统引入的控制偏差进行补偿,从而使得变频器系统实际的输出电压和控制要求一致

1.3 利用空载试验测试定转子间的互感
   在三相异步电动机的空载试验中,由于电动机处于空载状态,转子电流很小,转差可以近似为0,等效电路如图4 所示。图中,rm为励磁电阻,jXm为互感电抗。

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