一種異步電機轉子電阻辨識方法和裝置製造方法

2023-05-19 16:51:21

一種異步電機轉子電阻辨識方法和裝置製造方法【專利摘要】本發明實施例公開了一種異步電機轉子電阻辨識方法及裝置，其中方法包括：在給定勵磁電流信號的基礎上疊加至少一個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號；在所述激勵信號的作用下，監測轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號和轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號；對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈基準值，並對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈估計值；計算所述轉子磁鏈基準值與估計值之間的差值，對所述差值進行比例積分調節處理得到電機轉子當前的電阻值。可見本發明的技術方案計算複雜度低且能夠實時測試轉子電阻，滿足電機的實際應用需求。【專利說明】一種異步電機轉子電阻辨識方法和裝置【
技術領域：
】[0001]本發明涉及電力領域，特別是涉及一種異步電機轉子電阻辨識方法和裝置。【
背景技術：
】[0002]交流電機特別是異步電機由於具有結構簡單、製造方便、價格低廉、運行可靠、可用於較惡劣的環境等優點，已經廣泛應用於各類生產機械和生活機械中。隨著異步電機的廣泛應用，其控制方法也在不斷發展，目前最常用的控制方法是基於轉子磁鏈定向的矢量控制方法，它通過坐標變化將給定子電流信號進行解耦，得到勵磁電流和轉矩電流，並對這兩個信號分別加以控制，使異步電機獲得媲美於直流調速系統的性能。矢量控制方法的關鍵在於對磁場進行正確的定位，而正確定位必須依賴於電機的物理參數來完成解耦控制，因此，準確地辨識電機參數是矢量控制發揮其優勢的先決條件。[0003]電機參數包含定子電阻、轉子電阻、定子漏感、轉子漏感、互感等，其中，轉子電阻阻值會隨著電機溫度變化而變化，嚴重時轉子電阻阻值在電機的溫度變化劇烈時阻值變化率達到50%，會嚴重影響控制性能。通常在電機出廠之前，根據異步電機等效電路的方法測得轉子電阻。但是，由於製造工藝差別，同一批的電機的轉子電阻阻值也會存在一定差別。另外，在電機的實際運行中，傳統的方法不能實時辨識轉子電阻阻值。【
發明內容】[0004]為了解決上述技術問題，本發明提出了一種異步電機轉子電阻辨識方法和裝置，在電機正常運行下，在輸入信號上疊加至少一個低頻信號作為激勵信號，再根據轉子磁鏈電壓模型和轉子磁鏈電流模型計算的轉子磁鏈的大小來辨識轉子電阻的實際值。該方案的計算複雜度低且能夠可實時測試轉子電阻，滿足電機的實際應用需求。[0005]本發明提供以下技術方案:[0006]第一方面，本發明提供了一種異步電機轉子電阻辨識方法，所述方法包括:[0007]在給定勵磁電流信號的基礎上疊加至少一個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號；[0008]在所述激勵信號的作用下，監測轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號和轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號；[0009]對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈基準值，並對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈估計值；[0010]計算所述轉子磁鏈基準值與所述轉子磁鏈估計值之間的差值，對所述差值進行比例積分調節處理得到電機轉子當前的電阻值。[0011]優選的，所述在所述激勵信號的作用下，監測轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號和轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號，包括:[0012]測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流，對所述三相定子實際電流作坐標變換得到空間矢量αβ電流分量；[0013]測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電壓，對所述三相定子實際電壓作坐標變換得到空間矢量αβ電壓分量；[0014]根據轉子磁鏈電壓模型和轉子磁鏈電流模型的數學公式分別計算αβ軸上的磁鏈信號。[0015]優選的，所述測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流，對所述三相定子實際電流作坐標變換得到空間矢量αβ電流分量，包括:[0016]利用電流傳感器測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流，或者，採用DC總線單電阻電流採樣的方式來檢測電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流；[0017]利用Clark變換矩陣對所述三相定子實際電流進行坐標變換，得到空間矢量αβ電流分量。[0018]優選的，所述測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電壓，對所述三相定子實際電壓作坐標變換得到空間矢量αβ電壓分量，包括:[0019]利用定子電壓的重構方法計算得到三相定子實際電壓；[0020]利用Clark變換矩陣對所述三相定子實際電壓進行坐標變換，得到空間矢量αβ電壓分量。[0021]優選的，所述計算所述轉子磁鏈基準值與所述轉子磁鏈估計值之間的差值，對所述差值進行比例積分調節處理得到電機轉子當前的電阻值，包括:[0022]計算所述轉子磁鏈基準值與所述轉子磁鏈估計值之間的差值；[0023]利用比例積分調節器對所述差值作調節處理得到調解值；[0024]計算所述調解值與電機轉子辨識前電阻值之間的和值，將所述和值作為電機轉子當前的電阻值。[0025]優選的，在給定勵磁電流信號的基礎上疊加兩個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號，所述兩個低頻交流信號的頻率分別是I赫茲和5赫茲；[0026]則所述對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈基準值，以及對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈估計值，包括:[0027]對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理，得到頻率為是I赫茲的轉子磁鏈分量和頻率為5赫茲的轉子磁鏈分量，計算這兩個分量的平均值作為轉子磁鏈基準值；[0028]對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理，得到頻率為是I赫茲的轉子磁鏈分量和頻率為5赫茲的轉子磁鏈分量，計算這兩個分量的平均值作為轉子磁鏈估計值。[0029]第二方面，本發明提供了一種異步電機轉子電阻辨識裝置，所述裝置包括:[0030]激勵單元，用於在給定勵磁電流信號的基礎上疊加至少一個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號；[0031]監測單元，用於在所述激勵信號的作用下，監測轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號和轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號；[0032]諧波提取單元，用於分別對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈基準值，並對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈估計值；[0033]阻值計算單元，用於計算所述轉子磁鏈基準值與所述轉子磁鏈估計值之間的差值，對所述差值進行比例積分調節處理得到電機轉子當前的電阻值。[0034]優選的，所述監測單元，包括:[0035]電流測量子單元，用於測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流，對所述三相定子實際電流作坐標變換得到空間矢量αβ電流分量；[0036]電壓測量子單元，用於測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電壓，對所述三相定子實際電壓作坐標變換得到空間矢量αβ電壓分量；[0037]計算磁鏈子單元，用於根據轉子磁鏈電壓模型和轉子磁鏈電流模型的數學公式分別計算αβ軸上的轉子磁鏈信號。[0038]優選的，所述電流測量子單元，包括:[0039]檢測模塊，用於利用電流傳感器測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流，或者，採用Dc總線單電阻電流採樣的方式來檢測電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流；[0040]第一變換模塊，用於利用Clark變換矩陣對所述三相定子實際電流進行坐標變換，得到空間矢量αβ電流分量。[0041]優選的，所述電壓測量子單元，包括:[0042]重構模塊，用於利用定子電壓的重構方法計算得到三相定子實際電壓；[0043]第二變換模塊，用於利用Clark變換矩陣對所述三相定子實際電壓進行坐標變換，得到空間矢量αβ電壓分量。[0044]優選的，所述阻值計算單元，包括:[0045]差值計算子單元，用於計算所述轉子磁鏈基準值與所述轉子磁鏈估計值之間的差值；[0046]調節子單元，用於利用比例積分調節器對所述差值作調節處理得到調解值；[0047]阻值計算子單元，用於計算所述調解值與電機轉子辨識前電阻值之間的和值，將所述和值作為電機轉子當前的電阻值。[0048]優選的，所述激勵單元具體用於在給定勵磁電流信號的基礎上疊加兩個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號，所述兩個低頻交流信號的頻率分別是I赫茲和5赫茲；[0049]則所述諧波提取單元，包括:[0050]第一諧波提取子單元，用於對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理，得到頻率為是I赫茲的轉子磁鏈分量和頻率為5赫茲的轉子磁鏈分量，計算這兩個分量的平均值作為轉子磁鏈基準值；[0051]第二諧波提取子單元，用於對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理，得到頻率為是I赫茲的轉子磁鏈分量和頻率為5赫茲的轉子磁鏈分量，計算這兩個分量的平均值作為轉子磁鏈估計值。[0052]本發明提供的上述技術方案，在矢量控制系統正常控制電機的過程中，在給定勵磁電流信號的基礎上疊加至少一個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號；在所述激勵信號的作用下，監測轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號和轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號；對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈基準值，以及對轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈估計值；計算所述轉子磁鏈基準值與估計值之間的差值，對所述差值進行比例積分調節處理得到電機轉子當前的電阻值。由於溫度變化或者其他應用引起轉子電阻阻值發生變化，轉子勵磁時間常數也會隨之變化，電流模型中的轉子磁鏈也隨之發生變化，而電壓模型中的轉子磁鏈不會受到影響，因此，以電壓模型轉子磁鏈作為基準值，電流模型轉子磁鏈作為估計值，利用基準值與估計值的差值來辨識轉子實際的電阻值。這種辨識轉子電阻的方式，基於電機實際運行中的電流電壓狀態，能夠實時性地測試轉子的電阻值，且整個過程計算複雜度低，能夠滿足電機的實際應用需求。【專利附圖】【附圖說明】[0053]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。[0054]圖1為本發明揭示的異步電機轉子電阻辨識方法實施例1的流程圖；[0055]圖2為本發明揭示的轉子磁場定向矢量控制系統結構圖；[0056]圖3為本發明揭示的轉子電阻辨識原理框圖；[0057]圖4為本發明揭示的異步電機轉子電阻辨識裝置實施例1的結構圖。【具體實施方式】[0058]為了使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明實施例進行詳細描述。[0059]實施例一[0060]參閱圖1，示出的本發明實施例異步電機轉子電阻辨識方法實施例1的流程圖，該方法包括:[0061]步驟101，在給定勵磁電流信號的基礎上疊加至少一個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號。[0062]本實施例的技術方案是在矢量控制系統的基礎上實現的，為了清楚地描述技術方案，首先對異步電機和矢量控制系統進行解釋說明。[0063]電機是指把電能轉化為機械能的一種設備，它包括固定部分、旋轉部分和其他附件(如端蓋、軸承、軸承端蓋、風扇等)；其中，固定部分稱為定子(stator),旋轉部分稱為轉子(rator)。電機是利用通電線圈(也就是定子繞組)產生旋轉磁場並作用於轉子(如鼠籠式型閉合鋁框、繞線型線圈)形成磁電動力旋轉扭矩。電動機按照使用電壓的不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者異步電機(電機定子磁場轉速與轉子旋轉轉速不保持同步速)。目前，市場上應用最廣泛的就是異步電機。[0064]矢量控制系統的工作原理是通過測試和控制異步電機定子電流矢量，根據磁場定向原理，將定子電流矢量分解為產生磁場的電流分量(勵磁電流)和產生轉矩的電流分量(轉矩電流)，分別控制這兩個分量的幅值和相位，即實現控制定子電流矢量。[0065]下面以具體的轉子磁場定向矢量控制系統為例，對本實施例的實現場景進行解釋說明。參與圖2，示出的轉子磁場定向矢量控制系統結構圖。[0066]在圖2中，ASR(AdjustableSpeedRegulator)為轉速調節器，ACMR(AdjustabIeCurrentofMagneticRegulator)為定子電流勵磁分量調節器，ACTR(AdjustabIeCurrentofTorqueRegulator)為定子電流轉矩分量調節器。轉速調節器是用於調節定子電流的轉矩分量，以抵消轉子磁鏈變化以及負載轉矩的變化對轉速帶來的波動，最後達到平衡時，電機轉子實際轉速ω等於轉子給定轉速ω'電磁轉矩Te等於負載轉矩IV。根據ASR調節原理可知給定電磁轉矩Τ:為:[0067]【權利要求】1.一種異步電機轉子電阻辨識方法，其特徵在於，所述方法包括:在給定勵磁電流信號的基礎上疊加至少一個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號;在所述激勵信號的作用下，監測轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號和轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號；對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈基準值，並對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈估計值；計算所述轉子磁鏈基準值與所述轉子磁鏈估計值之間的差值，對所述差值進行比例積分調節處理得到電機轉子當前的電阻值。2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述在所述激勵信號的作用下，監測轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號和轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號，包括:測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流，對所述三相定子實際電流作坐標變換得到空間矢量αβ電流分量；測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電壓，對所述三相定子實際電壓作坐標變換得到空間矢量αβ電壓分量；根據轉子磁鏈電壓模型和轉子磁鏈電流模型的數學公式分別計算αβ軸上的磁鏈信號。3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流，對所述三相定子實際電流作坐標變換得到空間矢量αβ電流分量，包括:利用電流傳感器測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流，或者，採用DC總線單電阻電流採樣的方式來檢測電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流；利用Clark變換矩陣對所述三相定子實際電流進行坐標變換，得到空間矢量αβ電流分量。4.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電壓，對所述三相定子實際電壓作坐標變換得到空間矢量αβ電壓分量，包括:利用定子電壓的重構方法計算得到三相定子實際電壓；利用Clark變換矩陣對所述三相定子實際電壓進行坐標變換，得到空間矢量αβ電壓分量。5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述計算所述轉子磁鏈基準值與所述轉子磁鏈估計值之間的差值，對所述差值進行比例積分調節處理得到電機轉子當前的電阻值，包括:計算所述轉子磁鏈基準值與所述轉子磁鏈估計值之間的差值；利用比例積分調節器對所述差值作調節處理得到調解值；計算所述調解值與電機轉子辨識前電阻值之間的和值，將所述和值作為電機轉子當前的電阻值。6.根據權利要求1至5任一項所述的方法，其特徵在於，在給定勵磁電流信號的基礎上疊加兩個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號，所述兩個低頻交流信號的頻率分別是I赫茲和5赫茲；則所述對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈基準值，以及對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈估計值，包括:對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理，得到頻率為是I赫茲的轉子磁鏈分量和頻率為5赫茲的轉子磁鏈分量，計算這兩個分量的平均值作為轉子磁鏈基準值；對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理，得到頻率為是I赫茲的轉子磁鏈分量和頻率為5赫茲的轉子磁鏈分量，計算這兩個分量的平均值作為轉子磁鏈估計值。7.一種異步電機轉子電阻辨識裝置，其特徵在於，所述裝置包括:激勵單元，用於在給定勵磁電流信號的基礎上疊加至少一個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號；監測單元，用於在所述激勵信號的作用下，監測轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號和轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號；諧波提取單元，用於分別對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈基準值，並對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理得到轉子磁鏈估計值；阻值計算單元，用於計算所述轉子磁鏈基準值與所述轉子磁鏈估計值之間的差值，對所述差值進行比例積分調節處理得到電機轉子當前的電阻值。8.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述監測單元，包括:電流測量子單元，用於測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流，對所述三相定子實際電流作坐標變換得到空間矢量αβ電流分量；電壓測量子單元，用於測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電壓，對所述三相定子實際電壓作坐標變換得到空間矢量αβ電壓分量；計算磁鏈子單元，用於根據轉子磁鏈電壓模型和轉子磁鏈電流模型的數學公式分別計算αβ軸上的轉子磁鏈信號。9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述電流測量子單元，包括:檢測模塊，用於利用電流傳感器測量電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流，或者，採用DC總線單電阻電流採樣的方式來檢測電機在所述激勵信號的作用下的三相定子實際電流；第一變換模塊，用於利用Clark變換矩陣對所述三相定子實際電流進行坐標變換，得到空間矢量αβ電流分量。10.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述電壓測量子單元，包括:重構模塊，用於利用定子電壓的重構方法計算得到三相定子實際電壓；第二變換模塊，用於利用Clark變換矩陣對所述三相定子實際電壓進行坐標變換，得到空間矢量αβ電壓分量。11.根據權利要求7所述的裝置，其特徵在於，所述阻值計算單元，包括:差值計算子單元，用於計算所述轉子磁鏈基準值與所述轉子磁鏈估計值之間的差值；調節子單元，用於利用比例積分調節器對所述差值作調節處理得到調解值；阻值計算子單元，用於計算所述調解值與電機轉子辨識前電阻值之間的和值，將所述和值作為電機轉子當前的電阻值。12.根據權利要求7至11任一項所述的裝置，其特徵在於，所述激勵單元具體用於在給定勵磁電流信號的基礎上疊加兩個低頻交流信號，將疊加後的信號作為激勵信號，所述兩個低頻交流信號的頻率分別是I赫茲和5赫茲；則所述諧波提取單元，包括:第一諧波提取子單元，用於對所述轉子磁鏈電壓模型中的磁鏈信號作諧波提取處理，得到頻率為是I赫茲的轉子磁鏈分量和頻率為5赫茲的轉子磁鏈分量，計算這兩個分量的平均值作為轉子磁鏈基準值；第二諧波提取子單元，用於對所述轉子磁鏈電流模型中的磁鏈信號作諧波提取處理，得到頻率為是I赫茲的轉子磁鏈分量和頻率為5赫茲的轉子磁鏈分量，計算這兩個分量的平均值作為轉子磁鏈估計值。【文檔編號】H02P21/14GK103956957SQ201410208232【公開日】2014年7月30日申請日期:2014年5月16日優先權日:2014年5月16日【發明者】馮江華,尚敬,梅文慶,劉勇,張少雲,黃佳德,江平申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司