三相异步电机参数的测试

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。