摘要 介紹了根據(jù)傳統(tǒng)的電機學(xué)試驗原理，在變頻器中對電機參數(shù)進(jìn)行離線測試，通過對其采取相應(yīng)的措施以達(dá)到測試參數(shù)的高精確度。 關(guān)鍵字 矢量控制；電機參數(shù)；離線測試 0 引言 在異步電機的矢量控制系統(tǒng)中，電動機的參數(shù)是十分重要的物理量。在電機學(xué)中利用電動機的參數(shù)構(gòu)成等值電路，以此為基礎(chǔ)可以對三相電動機的各種運行特性進(jìn)行分析。變頻調(diào)速中采用的矢量控制，控制系統(tǒng)性能完全依賴于所使用的電機參數(shù)的準(zhǔn)確程度，如果參數(shù)不準(zhǔn)確，將直接導(dǎo)致矢量控制性能指標(biāo)下降，甚至導(dǎo)致變頻器不能正常工作。 三相異步電動機的基本參數(shù)包括定子電阻、定子漏感、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子漏感、定轉(zhuǎn)子互感。這些參數(shù)的確定，可以利用電機設(shè)計制造時的技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行理論計算，但計算復(fù)雜，并且與實際有較大誤差；也可以采用試驗方法確定，下面具體介紹在變頻器中采用試驗的方法對各參數(shù)的測試。 1 參數(shù)測定試驗 在變頻器中，測試參數(shù)主要有兩種方法：一種是在線測試，一種是離線測試。在線測試方法主要有卡爾曼濾波法、模型參考自適應(yīng)法、滑模變結(jié)構(gòu)法等，這些方法要求處理器具有較高的處理速度，對系統(tǒng)硬件要求較高；離線測試方法主要有頻率響應(yīng)試驗、階躍響應(yīng)試驗等，但測試精度不高，存在計算復(fù)雜、程序計算量大等問題，故很少采用。 這里主要介紹根據(jù)傳統(tǒng)的電機學(xué)試驗原理，在變頻器中對電機參數(shù)進(jìn)行離線測試，通過對其采取相應(yīng)的措施達(dá)到測試參數(shù)的高精確度。 1.1 采用直流伏安法測試電機的定子電阻 在變頻器系統(tǒng)中，采用直流伏安法測試定子電阻的關(guān)鍵是如何得到低壓直流電源，當(dāng)變頻器直接連接到電網(wǎng)時，其直流母線電壓較高，通常的辦法是對直流母線進(jìn)行電壓斬波控制，得到一個平均值很低、周期固定且占空比固定的高頻電壓脈沖系列，這樣經(jīng)過定子繞組中的電感濾波后，就得到一個脈動很小的直流電流。如果占空比為D，直流母線電壓為Udc，電流為I，則相應(yīng)的定子電阻值為 在測試中為了防止變頻器出現(xiàn)過電流，應(yīng)該正確考慮占空比的設(shè)定，在實際測試中可以采用電流閉環(huán)加PI 調(diào)節(jié)器得出占空比的方法控制電流大小，如圖1 所示。 圖1 中，I ＊ 為控制目標(biāo)，即給定電流，I 為反饋電流，即實際運行電流。試驗時，變頻器中的開關(guān)器件IGBT 的導(dǎo)通壓降，對測試值的影響是不能忽略的，對導(dǎo)通壓降補償?shù)恼_與否直接影響到測試電阻精度的高低，導(dǎo)通壓降除了IGBT的導(dǎo)通壓降，還有續(xù)流二極管的導(dǎo)通壓降。同時，由于IGBT在開通和關(guān)斷過程中都有一定的延時，為了準(zhǔn)確計算輸出的直流電壓，這部分延時也不能忽略。 1.2 利用堵轉(zhuǎn)試驗測試轉(zhuǎn)子電阻及定轉(zhuǎn)子漏感 在實際的應(yīng)用中，對電機進(jìn)行堵轉(zhuǎn)比較困難，在此采用單相短路試驗代替三相試驗，當(dāng)電機加上單相正弦電壓時，沒有電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，其電磁現(xiàn)象與三相堵轉(zhuǎn)時基本相同，測試中，讓電機的某一相開路，在另外兩相之間通入單相的正弦交流電，然后通入一定的電流，此時測試定子上的電壓，電流和輸入功率，這樣即可計算出電機的短路電阻和短路電抗。 在堵轉(zhuǎn)試驗中，為了防止過電流現(xiàn)象，可以采用測定子電阻的方法加入一個PI 閉環(huán)控制，但同時也需要考慮IGBT 的壓降和續(xù)流二極管的壓降產(chǎn)生的影響。在變頻器運行測試中，為了防止變頻器中的上下橋臂直通現(xiàn)象，逆變器同一橋臂的上下開關(guān)之間的動作必須加入一段死區(qū)時間，一般為3～5μs，由于死區(qū)時間產(chǎn)生的誤脈沖對系統(tǒng)性能的影響較大，必須重點考慮，因此，對高精度的參數(shù)測試，死區(qū)時間是不可忽略的一個重要因素。 在考慮到死區(qū)時間的影響和IGBT 的開通關(guān)斷的時間后，實際的輸出電壓和給定的PWM 脈沖之間的關(guān)系表示如圖3 所示。從圖3 中可以看出，死區(qū)時間對實際輸出電壓的影響，在負(fù)載電流大于零時，實際的相電壓輸出比控制要求減少了td+tr-tf的時間；在負(fù)載電流小于零時，實際的相電壓輸出比控制要求增加了一段td+tr-tf的時間。在實際中如果根據(jù)采樣得到的電機電流對PWM 脈沖進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，就可以對逆變器系統(tǒng)引入的控制偏差進(jìn)行補償，從而使得變頻器系統(tǒng)實際的輸出電壓和控制要求一致。 1.3 利用空載試驗測試定轉(zhuǎn)子間的互感 在三相異步電動機的空載試驗中，由于電動機處于空載狀態(tài)，轉(zhuǎn)子電流很小，轉(zhuǎn)差可以近似為0，等效電路如圖4 所示。圖中，rm為勵磁電阻，jXm為互感電抗。 如果測試中測得的額定電壓為U1，空載電流為I1，空載輸入功率為P0，則可以計算出空載時阻抗Z0，短路電阻Rk 和短路電抗Xk，這樣就可以按照堵轉(zhuǎn)試驗的計算方法計算異步電機空載等值電路中的電抗和電感。 電機勵磁電抗為 在試驗中，功率器件的開關(guān)延時和死區(qū)時間的控制比較重要，死區(qū)時間的引入使輸出電壓下降，相位漂移，從而使電機電流偏小，測量的阻抗偏大，為了提高空載試驗的測量精度，實際測試中可以采用電流前饋和電流反饋相結(jié)合的方法，通過檢測電流的極性和幅值來確定輸出電壓的大小。 2 試驗驗證 用一臺11 kW/380V 的變頻器帶動4kW 的電機進(jìn)行了參數(shù)測試，變頻器控制CPU 采用的芯片是TMS320F2812，并把測試的結(jié)果與常規(guī)電機學(xué)測試結(jié)果作以比較。在常規(guī)的電機學(xué)測試中，用FLUKE 公司的F41B 測試儀測試電壓、電流和功率，以便得出準(zhǔn)確的參數(shù)。測試結(jié)果及參數(shù)分別如表1、表2、表3 所列。 通過試驗數(shù)據(jù)可以看出，變頻器測試的結(jié)果與常規(guī)電機學(xué)試驗的結(jié)果相差較小，誤差基本在5%以內(nèi)，試驗表明，參數(shù)測試的精度完全可以滿足矢量控制的要求，這對于準(zhǔn)確測定三相異步電動機的參數(shù)具有特別重要的意義和參考價值。 3 結(jié)語 對三相異步電機參數(shù)的試驗測試，是變頻器進(jìn)行矢量控制的關(guān)鍵。只有準(zhǔn)確地輸入電機的參數(shù)，矢量控制功能才能得到發(fā)揮，從而能對電機進(jìn)行可靠的控制。本文介紹的方法比單純依據(jù)電機銘牌數(shù)據(jù)輸入要準(zhǔn)確得多，是獲取電機參數(shù)的較理想的措施。