CN108809193A - 一种适用于地铁变流器的感应电机电阻辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于地铁变流器的感应电机电阻辨识方法，该辨识方法基于直流状态下电机等效电路模型，设计电流闭环策略辨识电机定子电阻；基于直流状态下电机等效模型传递函数，分析该传递函数得到***阶跃响应的时间，待***响应稳定后，进行参数的计算；基于电机电阻率随温度变化原理，根据定子电阻估计温度，根据温度计算转子电阻。从而获得电机定转子电阻参数，为矢量控制和直接转矩控制提供基础，解决了由于电阻参数导致输出转矩不准确问题，保证了***的动态响应。

Description

一种适用于地铁变流器的感应电机电阻辨识方法

技术领域

本发明涉及电力电子与电力传动及新能源技术领域。更具体地，涉及一种适用于地铁变流器的感应电机电阻辨识方法。

背景技术

现代电机变频调速中，矢量控制和直接转矩控制是两种主要的电机控制方法，不论是矢量控制中励磁电流与转矩电流的解耦；还是直接转矩控制中磁链的观测，都依赖于准确的电机参数。由于电机实际运行时电阻温度变化导致电机电阻发生变化，因此很难保证动态过程中电流解耦和磁链观测，从而影响***的控制效果和运行性能。传统的辨识方法有空载试验和堵转试验，但是该方法并不适用于地铁变流器等场合，为了解决电阻参数不准确问题，进行相应的电阻参数辨识，并在列车每次停站时，执行相应的参数离线辨识指令，获得准确的电机参数。主要有两种电阻参数辨识方法：参数离线辨识和参数在线辨识。

参数离线辨识。在电动机运行之前，变频器执行一套用于检测电动机参数的自动程序，对电动机施加特定波形的激励，一般保持电动机处于静止状态，检测电动机的响应以辨识电动机的参数，并将变频器中的电机参数设置好，称为参数离线辨识。

参数在线辨识。由工况变化引起的电动机参数改变是缓慢的，因而对电动机的参数进行实时在线辨识然后及时校准控制器中的电动机参数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于地铁变流器的感应电机电阻辨识方法，对定子电阻和转子电阻进行辨识，解决了电阻参数不准确问题，进行相应的电阻参数辨识，并在列车每次停站时，执行相应的参数离线辨识指令，获得准确的电机参数，进而解决了由于电阻参数导致输出转矩不准确问题，保证了***的动态响应。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适用于地铁变流器的感应电机电阻辨识方法，所述方法包括：

基于直流状态下电机等效电路模型，设计电流闭环控制策略，检测电流响应并计算定子电阻；

基于电机电阻率随温度变化原理，对转子温度进行估计，根据转子温度计算转子电阻。

优选地，检测电流响应的过程包括：

采用电流闭环控制策略，输出一定范围直流电压激励，采用AD数字实时采样***获取电流响应。

优选地，对直流状态下电机等效模型传递函数进行分析，对该模型的阶跃响应研究分析，获得***响应时间，并在***响应稳定后进行计算所述定子电阻。

优选地，对转子电阻的温度进行估计，根据转子温度计算转子电阻的过程包括：

基于电机电阻率随温度变化原理，根据定子电阻计算出定子温度；设定所述定子温度等于转子温度，根据转子温度计算转子电阻。

本发明的有益效果如下：

本发明的适用于地铁变流器的感应电机电阻辨识方法，对定子电阻和转子电阻进行辨识，基于直流状态下电机等效电路模型，设计电流闭环策略辨识电机定子电阻；基于直流状态下电机等效模型传递函数，分析该传递函数得到***阶跃响应的时间，待***响应稳定后，进行参数的计算；基于电机电阻率随温度变化原理，根据定子电阻估计温度，根据温度计算转子电阻。从而获得电机定转子电阻参数，为矢量控制和直接转矩控制提供基础，解决了由于电阻参数导致输出转矩不准确问题，保证了***的动态响应。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为矢量控制原理图。

图2为本发明提供直流试验电流闭环控制原理图。

图3为本发明提供的一个基本牵引逆变器的结构原理图。

图4为本发明提供的直流电压激励下，电机等效电路。

图5为本发明提供的直流状态下，电机模型传递函数对应的阶跃响应。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

参考图1，为矢量控制控制框图，电机电流i_A、i_B经过三相静止坐标系到两相垂直静止坐标系αβ轴，再通过Park变换完成两相静止坐标系到两相旋转坐标系dq轴的变换，并使得d轴定向为转子磁场方向即沿着转子磁场的方向旋转，由此i_d电流分量称为励磁电流分量，与此同时d轴同q轴保持正交关系，q轴定义为转矩控制方向，i_q电流分量称为转矩电流分量，依照直流电动机的控制方法，求得控制量后，再对坐标进行反变换，便能控制异步电动机，因而控制励磁和转矩电流分量便等效于控制直流电动机的励磁电流和转矩电流。转矩方程：

从式(1)可以看出，转矩大小与转子电阻R_r成正比，因此转子电阻的准确估计对转矩是否能正确输出至关重要。同理对于直接转矩控制中的电压模型磁链观测：

从式2可以看出，定子电阻R_s的准确获得对于电压模型磁链观测至关重要。

在直流试验中，如图3所示，控制开关管T1交替导通，T2与T1互补，T3、T5关断，T4、T6导通，从而B、C两相并联，输出直流电压激励给电机。根据该开关管控制方式，得到直流电压激励下电机等效电路模型如图4所示。此时A相定子绕组与BC两相并联后的定子绕组串联，因此该等效电路中的电阻为：

为了控制电流响应在额定电流附近，采用电流闭环控制策略，如图2所示。将检测电流I_a与给定电流I_a ^*进行PI调节后经过限幅环节，得到给定电压V_ref，并对其进行PWM调制输出驱动脉冲。

由于给电机施加直流电压激励，在电机中不会形成旋转磁场，因此电机处于静止状态。定子坐标系下电机状态方程为：

静止状态下，令ω_r＝0，得到静止状态下电机状态方程：

化简式(6)得直流状态下电机等效模型传递函数：

对该传递函数分析，直流状态下电机等效模型为二阶传递函数，且该传递函数的电压阶跃响应的二阶欠阻尼***。对电机A相电流采用AD数字采样，得到电流信号i_a，根据二阶***响应时间，当给电机施加电压激励后，延时一定时间(一般为几秒)后进行计算，从而保证了计算精度。

根据电机电阻随温度变化原理，可得电机电阻计算公式：

T₀、T₁为电机温度，R₀、R₁为电阻；T₀温度下，电阻为R₀，T₁温度下，电阻为R₁。根据International Annealed Copper Standard(IACS)标准，对于100％导电铜材料K的值为234.5，对于62％导电铝材料K的值为225。其中R₀、T₀通过传统空载、短路试验在地面试验中获得。

根据直流试验(施加直流电压激励)计算出的定子电阻阻值，首先计算定子电阻温度T_Rs，认为定子电阻温度与转子电阻温度相等T_Rs＝T_Rr，根据该温度计算出转子电阻阻值。

本发明进一步解决了由于定、转子电阻，特别是转子电阻导致输出转矩不准确问题。

电机转矩方程转子电阻是否准确直接影响到转矩的大小，根据以上计算获得准确的电机定子、转子电阻参数，保证了输出转矩的准确性，从而保证列车安全。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (4)

1.一种适用于地铁变流器的感应电机电阻辨识方法，其特征在于，所述方法包括：

基于直流状态下电机等效电路模型，设计电流闭环控制策略，检测电流响应并计算定子电阻；

基于电机电阻率随温度变化原理，对转子温度进行估计，根据转子温度计算转子电阻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，检测电流响应的过程包括：

采用电流闭环控制策略，输出一定范围直流电压激励，采用AD数字实时采样***获取电流响应。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对直流状态下电机等效模型传递函数进行分析，对该模型的阶跃响应研究分析，获得***响应时间，并在***响应稳定后进行计算所述定子电阻。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对转子电阻的温度进行估计，根据转子温度计算转子电阻的过程包括：

基于电机电阻率随温度变化原理，根据定子电阻计算出定子温度；设定所述定子温度等于转子温度，根据转子温度计算转子电阻。