CN102401859A - 一种永磁同步电机交轴电抗测量装置 - Google Patents

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谭国俊
张辉
何凤有
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Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机交轴电抗测量装置，属于永磁同步电机技术领域，包括定子三相交流电源、三相电源开关、定子功率变换器、电流采样电路、电压采样电路、增量式转速编码器、永磁同步电机以及DSP控制器、用于检测永磁同步电机定子三相电流值的电流传感器和用于检测永磁同步电机定子线电压值的电压传感器。有益效果是采用此装置，实现了电机交轴电抗的自动测量，无需人工读数；测量简单，可以在相同或者不同的转速下测取多组数据消除一部分测量误差，达到较高的测量精度；可以在不同的负载情况下进行测量，功率因数可变，无需纯阻或者纯感性负载。

Description

一种永磁同步电机交轴电抗测量装置
技术领域
本发明涉及一种永磁同步电机交轴电抗测量装置，属于永磁同步电机技术领域。
背景技术
永磁同步电机没有励磁绕组，结构简单，不存在电励磁损耗，具有运行效率、功率因数和功率密度较高的优点，得到了越来越广泛的运用。在永磁同步电机的研究与应用中，不可避免地需要知道电机的相应参数，其中交直轴电感Ld、Lq是永磁同步电机最重要的参数。
目前的电抗测量方法主要有纯电感负载法、直接短路法、直接负载法、转差法等实验方法。这些方法可以测出电机的参数值，但是测量过程比较繁琐，需要人工读数。因此运用电机矢量***中的控制装置以及传感器，开发一套无需人工读数，参数测量自动化***是很有必要的。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种永磁同步电机交轴电抗测量装置，实现了***自动测试，提高检测的可靠性和准确性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种永磁同步电机交轴电抗测量装置，包括定子三相交流电源、三相电源开关和永磁同步电机，还包括定子功率变换器、电流采样电路、电压采样电路、增量式转速编码器、DSP控制器、用于检测永磁同步电机定子三相电流值的电流传感器和用于检测永磁同步电机定子线电压值的电压传感器，定子功率变换器与永磁同步机定子绕组相连接，定子功率变换器的一端通过三相电源开关连接至定子三相交流电源，另一端分别与DSP控制器和电流传感器电连接，DSP控制器分别与电流采样电路、电压采样电路以及增量式转速编码器电连接，并通过电流采样电路与电流传感器电连接，通过电压采样电路与电压传感器电连接，通过增量式转速编码器与永磁同步电机电连接，定子功率变换器通过电流传感器与电压传感器和电流采样电路电连接，电压传感器通过永磁同步电机与增量式转速编码器电连接。  
永磁同步电机交轴电抗测量原理： 
首先在电机静止的状态下，用电桥测量电机定子绕组的电阻值。然后通过一台直流电机拖动永磁同步电机旋转，DSP控制器接收增量式转速编码器反馈回的线数信号，获取电机转子所在的位置，即得到了转子d轴所在位置角度                                               
Figure 201110389910X100002DEST_PATH_IMAGE002
的正余弦值
Figure 201110389910X100002DEST_PATH_IMAGE004
； 
电流传感器检测的定子电流信号反馈到DSP控制器，再经过3s/2s变换，得到定子电流相对于A相轴线角度的正余弦值
Figure 201110389910X100002DEST_PATH_IMAGE006
；电压传感器检测的定子电压信号反馈到DSP控制器，再经过3s/2s变换，得到定子电压相对于A相轴线角度的正余弦值
Figure 201110389910X100002DEST_PATH_IMAGE008
；
则
Figure 201110389910X100002DEST_PATH_IMAGE010
                   （1）
求该函数的反余弦值，即可得出功率因数角； 
同理可以求出定子电流与转子d 轴的夹角以及定子电压与转子d轴的夹角；定子电流与转子d 轴的夹角减去90°即为内功率因数角
Figure 201110389910X100002DEST_PATH_IMAGE012
；定子电压与转子d轴的夹角减去90°即为功角
Figure 201110389910X100002DEST_PATH_IMAGE002A
；
把所计算得到的角度以及电压电流值代入永磁同步电机稳态方程
Figure 201110389910X100002DEST_PATH_IMAGE014
式中： U - - 定子电压，伏特
       I - - 定子电流，安培
       r - -定子电阻，欧姆
       
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
 - -功角，度
       
Figure 201110389910X100002DEST_PATH_IMAGE016
 -----内功率因数角，度   
可以计算出电机的交轴电抗的参数值，欧姆。
本发明的有益效果是：充分运用永磁同步电机控制***的控制装置以及电压电流传感器，实现了电机交轴电抗的自动测量，不需要人工读数；测量简单，可以在相同或者不同的转速下测取多组数据消除一部分测量误差，达到较高的测量精度；可以在不同的负载情况下进行测量，功率因数可变，无需纯阻或者纯感性负载。
附图说明
图1为本发明的***框图； 
图2为本发明永磁同步电机发电状态的稳态相量图。 
图中：1、定子三相交流电源，2、三相电源开关，3、定子功率变换器，4、电流传感器，5、电压传感器，6、电流采样电路，7、电压采样电路，8、增量式转速编码器，9、永磁同步电机，10、DSP控制器。  
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括定子三相交流电源1、三相电源开关2、定子功率变换器3、电流采样电路6、电压采样电路7、增量式转速编码器8、永磁同步电机9以及DSP控制器10，还包括用于检测永磁同步电机定子三相电流值的电流传感器4和用于检测永磁同步电机定子线电压值的电压传感器5，定子功率变换器3与永磁同步机定子绕组相连接，定子功率变换器3的一端通过三相电源开关2连接至定子三相交流电源1，另一端分别与DSP控制器10和电流传感器4电连接，DSP控制器10分别与电流采样电路6、电压采样电路7以及增量式转速编码器8电连接，并通过电流采样电路6与电流传感器4电连接，通过电压采样电路7与电压传感器5电连接，通过增量式转速编码器8与永磁同步电机9电连接，定子功率变换器3通过电流传感器4与电压传感器5和电流采样电路6电连接，电压传感器5通过永磁同步电机9与增量式转速编码器8电连接。
首先在电机静止的状态下，用电桥测量电机定子绕组的电阻值。然后通过一台直流电机拖动永磁同步电机9旋转，DSP控制器10接收增量式转速编码器8反馈回的线数信号，获取电机转子所在的位置，即得到了转子d轴所在位置角度
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
的正余弦值
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
。 
闭合三相电源开关2，电流传感器4和电压传感器5时刻检测定子的电流、电压信号，电流传感器4检测的定子电流信号反馈到DSP控制器10，再经过3s/2s变换，得到定子电流相对于A相轴线角度的正余弦值
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
；电压传感器5检测的定子电压信号反馈到DSP控制器10，再经过3s/2s变换，得到定子电压相对于A相轴线角度的正余弦值
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
。
则
Figure DEST_PATH_IMAGE010A
                   （1）
求该函数的反余弦值，即可得出功率因数角。 
同理可以求出定子电流与转子d 轴的夹角以及定子电压与转子d轴的夹角。定子电流与转子d 轴的夹角减去90°即为内功率因数角
Figure DEST_PATH_IMAGE012A
。定子电压与转子d轴的夹角减去90°即为功角
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
。
把所计算得到的角度以及电压电流值代入永磁同步电机稳态方程
式中： U - - 定子电压，伏特
       I - - 定子电流，安培
       r - -定子电阻，欧姆
       
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAAA
 - -功角，度
        -----内功率因数角，度  
可以计算出电机的交轴电抗的参数值
Figure DEST_PATH_IMAGE018A
，欧姆。

Claims (1)

1. 一种永磁同步电机交轴电抗测量装置，包括定子三相交流电源（1）、三相电源开关（2）和永磁同步电机（9），其特征在于，还包括定子功率变换器（3）、电流采样电路（6），电压采样电路（7）、增量式转速编码器（8）、DSP控制器（10）、用于检测永磁同步电机定子三相电流值的电流传感器（4）和用于检测永磁同步电机定子线电压值的电压传感器（5），定子功率变换器（3）与永磁同步机定子绕组相连接，定子功率变换器（3）的一端通过三相电源开关（2）连接至定子三相交流电源（1），另一端分别与DSP控制器（10）和电流传感器（4）电连接，DSP控制器（10）分别与电流采样电路（6）、电压采样电路（7）以及增量式转速编码器（8）电连接，并通过电流采样电路（6）与电流传感器（4）电连接，通过电压采样电路（7）与电压传感器（5）电连接，通过增量式转速编码器（8）与永磁同步电机（9）电连接，定子功率变换器（3）通过电流传感器（4）与电压传感器（5）和电流采样电路（6）电连接，电压传感器（5）通过永磁同步电机（9）与增量式转速编码器（8）电连接。
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