一种消除非线性因素的异步电机漏感测量方法

摘要

本发明涉及一种消除非线性因素的异步电机漏感测量方法，将测量回路加载在三相异步电机的三相电路上，该测试回路包括三组并联的测试电路，每组测试电路包括两个串联的IGBT，三相电路的每项电路分别各自一一对应与其中一组测试电路连接，连接点位于两个IGBT之间的线路上，每个IGBT上均导通安装有一个二极管，用于对每项电路进行采样，测试电路由直流电源供电，根据对每项电路采样的电流数据，通过计算得到电机定子电阻值。本发明提供的消除非线性因素的异步电机漏感测量方法能使IGBT死区封锁时间不对测试结果产生影响，并考虑了涡流效应、集肤效应等非线性环节产生的影响，通过数值分析，减小测量误差带来的影响，从而获得更加精确的漏感测量值。

说明书

技术领域

本发明属于电力计量检测领域，特别是一种消除非线性因素的异步电机漏感测量方法。

背景技术

异步电机调速系统的控制性能很大程度依赖于精确电机参数的获得，而在许多应用中， 电机的参数是事先不知道的，很多学者提出了漏抗测量的不同方式，但在实际的应用中仍或 多或少的存在一定的误差问题。

文献《基于自适应补偿的异步电机静止参数辨识方法》(选自《中国电机工程学报》2012 年06期的测试方式是对交流量叠加直流从而减少死区的影响，但是没有考虑涡流等非线性影 响因素。

文献《Parameteridentificationofaninductionmachineatstandstillusingthevector constructingmethod》(《IEEETransactionsonPowerElectronics》,2012,27(2):905-915 DOI:10.1109/TPEL.2010.2089699)采用向量构造法对电机参数进行测量，这种方法虽然取得 不错的测量效果，但是忽略了死区对测量精度的影响。本专利提出一种漏抗测量的方法，可 以更加精确的计算漏抗，避免非线性环节和IGBT死区封锁时间产生的影响，和上述文献有明 显区别。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种更加精确的计算漏抗且有效消除非线性 因素的异步电机漏感测量方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种消除非线性因素的异步电机漏感测量方法，该测量方法中的测量回路是将定子电阻 R_s、电机漏感L_σ'、电机励磁电感L_m'串联并通过逆变器输出端进行供电，逆变器输出侧电 压表示为u_s，在电机励磁互感L_m两端并联有转子电阻R_r，定子电阻R_s产生定子电流i_s，在电 机励磁电感两端产生电机励磁阻抗两端感应电势wψ′,当us突加时，由于L_m'＞＞L_σ'，忽略L_m' 上流过的电流，有如下公式成立：

$u_s=i_s*(R_s+R_r)+{L_{\sigma }}^{\prime }*\frac{{\mathrm{di}}_s}{dt}$

L_σ′的测量方式是：将测量回路加载在三相异步电机的三相电路上，该测试回路包括三 组并联的测试电路，每组测试电路包括两个串联的IGBT，三相电路的每项电路分别各自一一 对应与其中一组测试电路连接，连接点位于两个IGBT之间的线路上，每个IGBT上均导通安 装有一个二极管，用于对每项电路进行采样，测试电路由直流电源供电，根据对每项电路采 样的电流数据，通过计算得到电机定子电阻值，测试步骤为：

令A相桥臂上管导通，B\C相桥臂下管导通，电压u_dc加于A-BC端，当定子电流i_A达到 额定电流的峰值i₂时，记录当前时刻t₂，再令A相桥臂上管关断下管导通让电流由D4二极管 续流。

当电流衰减至i₃＝i₂*e^-1时，记录此时时刻t₃，并令B\C相桥臂下管关断上管导通，让 电压_u_dc加于u_A-BC端。

当i_A到达反向的额定电流峰值，记录此时时刻t₄，并再次令A相桥臂下管关断上管导通 让电流由D1二极管续流。

在t₅＝t₄+Δt时刻记录电流i₅，在t₆＝t₅+Δt时刻记录电流i₆，其中Δt＝ln2×(t₃-t₂)

最后得到：$L_{\sigma }=-\frac{2u_{dc}}{3}*\frac{t_3-t_4}{i_3-\frac{{i_5}^2}{i_6}}.$

本发明的优点和积极效果是：

本发明提供的消除非线性因素的异步电机漏感测量方法能使IGBT死区封锁时间不对测 试结果产生影响，并考虑了涡流效应、集肤效应等非线性环节产生的影响，通过数值分析， 减小测量误差带来的影响，从而获得更加精确的漏感测量值。

附图说明

图1是本发明测试电机的等效T型图；

图2是本发明的测量电路的拓扑图；

图3是本发明的漏感测量原理图；

图4是具体实施方式中所涉及的集肤效应原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的， 不能以此限定本发明的保护范围。

一种消除非线性因素的异步电机漏感测量方法，见图1该测量方法中的测量回路是将定 子电阻R_s、电机漏感L_σ'、电机励磁电感L_m'串联并通过逆变器输出端进行供电，逆变器输 出侧电压表示为u_s，在电机励磁互感L_m两端并联有转子电阻R_r，定子电阻R_s产生定子电流 i_s，在电机励磁电感两端产生电机励磁阻抗两端感应电势wψ′,当us突加时，由于L_m'＞＞L_σ'， 忽略L_m'上流过的电流，有如下公式成立：

$u_s=i_s*(R_s+R_r)+{L_{\sigma }}^{\prime }*\frac{{\mathrm{di}}_s}{dt},$

L_σ′的测量方式是：见图2～图3将测量回路加载在三相异步电机的三相电路上，该测试 回路包括三组并联的测试电路，每组测试电路包括两个串联的IGBT，三相电路的每项电路分 别各自一一对应与其中一组测试电路连接，连接点位于两个IGBT之间的线路上，每个IGBT 上均导通安装有一个二极管，用于对每项电路进行采样，测试电路由直流电源供电，根据对 每项电路采样的电流数据，通过计算得到电机定子电阻值，测试步骤为：

令A相桥臂上管导通，B\C相桥臂下管导通，电压u_dc加于A-BC端，当定子电流i_A达到 额定电流的峰值i₂时，记录当前时刻t₂，再令A相桥臂上管关断下管导通让电流由D4二极管 续流。

当电流衰减至i₃＝i₂*e^-1时，记录此时时刻t₃，并令B\C相桥臂下管关断上管导通，让 电压_u_dc加于u_A-BC端。

当i_A到达反向的额定电流峰值，记录此时时刻t₄，并再次令A相桥臂下管关断上管导通 让电流由D1二极管续流。

在t₅＝t₄+Δt时刻记录电流i₅，在t₆＝t₅+Δt时刻记录电流i₆，其中Δt＝ln2×(t₃-t₂)

最后得到：$L_{\sigma }=-\frac{2u_{dc}}{3}*\frac{t_3-t_4}{i_3-\frac{{i_5}^2}{i_6}}$

之所以使用t₃-t₄时刻的电流差值计算漏感，是因为它比t₁-t₂时刻有更多的优势。一方面 是t₃-t₄时刻的差分电流值和差分时间比t₁-t₂时刻数值更大，这样计算出的漏感更为精确。另 一方面是在这段过程中，IGBT死区封锁时间不会对该测试结果有影响。因为在t₃时刻关闭A 相上管时，由于电流i_A>0，会立即从A相下部的二极管续流，从而等效于A相立即完成了开 关状态的切换。B、C相换向过程同理。

实际中因为涡流效应和集肤效应的存在，直接使用电流i₄计算出的漏感，较电机实际运 行时的漏感会偏小。

如图4所示，一方面由于电机齿槽底部漏磁链比上部多，因此底部电抗更大一些。在电 流快速变化时，阻抗主要由电抗决定，集肤效应使电流分布从上至下逐渐减少，通过铁芯的 漏磁链会比电流均匀分布时更少。另一方面由于该方法加载在漏感上的电压u_dc较大，电流 会迅速上升，从而快速的产生漏磁通ψ_o，而漏磁通快速的变化会导致铁芯处感应出电势， 电势产生的涡流会有磁通ψ_i，进而对其磁场产生反向削弱，该效应会使合成漏磁通 ψ＝ψ_o-ψ_i＜ψ_o。以上因素导致使用t4处的电流计算出的电感会比实际运行中的偏小。

由于在i_A衰减时涡流效应和集肤效应的影响已很小，因此为了避免这种效应带来的影 响，用i_4＇代替i₄，其值根据t₅-t₆的时间间隔按照指数运算反推得到，设t₄-t₆时间间隔取 Δt，则有

$i_5=i_{4^{\prime }}*e^{-\frac{\Delta t}{\tau }}$

$i_6=i_{4^{\prime }}*e^{-\frac{2\Delta t}{\tau }}$

联立上面两式得到$i_{4^{\prime }}=\frac{{i_5}^2}{i_6}.$

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不 脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本 发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。