一种简易的感应电机参数自提交方法

0 引言

矢量控制变频调速系统已经进入实用阶段。众所周知，矢量控制系统性能的好坏，很大程度上依赖于电机参数辨识的准确与否，因而准确获得这些参数是矢量控制系统的关键问题。一般而言感应电机参数辨识分为离线自提交和在线自校正。电机参数的在线自校正需要系统已整定好以及准确的速度信息，其方法主要有卡尔曼滤波、模型参考自适应和最小方差估计器等。参数离线自提交得到的电机参数的初始值，用于在线自校正算法中，可提高算法的收敛速度。因此国内外许多学者对此做了很多有意义的工作，主要有以下几种方法：

1)空载试验和堵转试验法[1];

2)对电机的三相输入侧施加不同的激励，利用电机本身的空载和堵转等效电路进行参数自提交[2~5];

3)利用最小二乘法进行参数自检测[6、7];

4)利用过渡过程响应波形进行自提交[8]。

在假定感应电机三相平衡的前提下，提出一种简易的高精度异步电机参数离线辨识方法，利用电机学原理，同时对逆变器及电机中的导通压降、开关延迟、死区时间和集肤效应等因素进行合理 的补偿，以保证辨识的参数具有较高的精度和可信度。该方法包括4个辨识子过程:定子电阻辨识、定转子漏感辨识、转子电阻辨识以及互感的辨识。整个过程可自动完成，不需要进行复杂的堵转实验。

1 参数辨识原理

1.1 定子电阻辨识

假设感应电机三相平衡，则只需要检测其单相电路的定子电阻。如图2所示为电压型交-直-交变频调速系统的主电路，使V1一直导通，V2、V3、V5、V6一直关断，而V4 由脉冲序列驱动，则在A、B 两相绕阻上将产生一组电压脉冲序列。设时钟周期为Ts，脉冲宽度为t，则脉冲的占空比D=t/Ts，绕阻上的电压平均值则为Udc伊D，这样就得到一个等效的直流电压，A、B两相同时流过的电流为I，相应的辨识定子电阻值为

1.2 定转子漏感辨识

根据电机的电磁物理特性，可以假设定转子的漏感是相等的。如图3所示，当进行电机漏感测试时，由于向电机注入的是高频脉冲信号(1 kHz 左右)，只要频率足够高，等效电路中的电阻项就可以忽略。对电机进行单相测试，A、B两相同时进行，为了减小忽略定、转子电阻所带来的影响，可以使定子电流的最大值与最小值的大小相等而极性相反，即在测定漏感的时间间隔内，使电流的平均值为零。如图2中所示，V5和V6在测试A、B侧的漏感时始终为关断。当UAB=+Udc时，使V1和V4同时导通，V2 和V3处于关断状态;当UAB= -Udc时，使V2和V3同时导通，V1和V4处于关断状态, 电压电流波形如图4 所示。计算漏感的公式为

1.3 转子电阻辨识

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，图5为模拟电机堵转的等效电路。当电流达到给定值后，在A、B 两相之间产生了一个基波频率为f，基波幅值为Um的正弦PWM电压。通过检测电压和电流信号之间的相位差兹，可以算出转子电阻为

在该检测过程中，正弦基波频率f的大小对转子电阻辨识结果影响很大。若f较小，则Xm(电机励磁电抗)值变小，励磁支路的阻抗将不能忽视;若f较大，

则集肤效应的影响严重，导致辨识转子电阻偏大。采用在f1=20 Hz 和f2=40 Hz两个频率点进行单相短路试验，得到转子电阻值Rr1、Rr2。近似认为集肤效应的

影响与频率成线性关系，则可通过对电阻值Rr1、Rr2采用两点法，计算出额定转差频率fs(1 ~4 Hz)处的转子电阻，以此作为真正的转子电阻值

1.4 互感辨识

电机空载时转差s=0，这时等值电路变成图6所示电路。逆变器供电下的空载试验与常规电机学试验非常类似。采用V/f 控制方式，使电机不带任何负载运行在频率f下，从而检测出电压和电流信号之间的相位差兹。这样就可以按照辨识转子电阻试验的计算方法得到异步电机空载等效电路中的电抗了。电机励磁电抗为

会对相位的检测造成较大的影响，所以需要对采样的电流信号进行低通滤波处理。考虑到基波信号的最大频率值为50 Hz，且需要知道信号的精确的相位信息，所以设计的滤波器截止频率为100 Hz，是具有线性相移的FIR 滤波器，阶数为50 阶，图7 为该滤波器的幅频相频特性。