基于变频器的感应电机参数辨识研究

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摘要：在感应电机的矢量控制中，电机参数辨识是非常重要的步骤之一。辨识精度直接影响到矢量控制的性能。一般通过空载实验以及堵转实验获得电机参数。但是，在实际生产过程中，由于环境复杂，往往不具备上述实验的条件。因此，如何只通过变频器进行电机参数辨识，成为人们迫切需要解决的问题。本文研究了一种基于变频器的感应电机参数辨识方法，无需其他外设便可进行电机参数辨识，并进行了实验验证。其结果表明了本文方法的正确性和有效性。

关键词：变频器感应电机参数

中图分类号：TN77文献标识码： A

1感应电机的等效电路模型

感应电机的等效电路模型如图1所示，图中Lm为激磁电感，Rs为定子电阻，Rr为转子电阻，Lls和Llr分别为定、转子漏感。

图1 感应电机等效电路

使用空载实验和堵转实验时，Lm由空载实验测得，Rr、Lls、Llr由堵转实验测得。Rs根据电机功率大小的不同，一般由毫欧表或欧姆表测得。

2基于变频器的电机参数辨识方法

2.1 定子电阻Rs的辨识方法

定子电阻Rs的值可通过变频器的直流测试功能获得。其具体步骤为：在d-q坐标系下，使用矢量控制技术，令d轴占空比Vd为一恒值，q轴占空比Vq为0，这样可使变频器输出一恒定PWM占空比。通过霍尔传感器检测到电机a相电流Ia，再利用电压重构技术获得ab线电压Vab，由式1计算出定子电阻Rs。

（1）

需要注意的是，由于电机定子电阻数值非常小（毫欧级），因此所施加的电压也必须很小，否则会造成电机定子过流从而损坏电机。但是变频器的直流侧电压一般比较大，此时变频器的PWM占空比非常小，IGBT的死区效应对占空比的精度干扰很大，无法得到精确的直流电压值，严重影响了辨识精度。

为了消除死区效应对占空比的影响，可先在实验室使用变频器施加一较小占空比于一已知精确阻值的毫欧级电阻上，测得流经电阻的电流，则此时占空比对应的精确电压值可以通过欧姆定律算得，从而消除了死区效应对占空比的影响。

2.2 转子电阻Rr及定、转子漏感Lls、Llr辨识方法

转子电阻转子电阻Rr，定、转子漏感Lls、Llr可以通过将变频器a、b相施加不同频率、不同幅值的交流电压获得。具体步骤为：使用SVPWM技术，在α-β坐标系下，令α轴占空比Vα为一交流值，而β轴占空比Vβ为0，使得只有a、b相存在电压，而c相电压为0。这样电机即使有交流电压，但是仍会处于静止状态，相当于电机堵转。分别施加不同频率不同幅值的电压。假设第一个电压幅值为U1，频率为ω1，第二个电压幅值为U2，频率为ω2，分别得到交流电流I1、I2，交流电流I1、I2的波形如图2所示，则可由以下公式：

（2）

计算出等效电阻R以及等效漏感Ll。

最终求得的转子电阻Rr及定转子漏感为：

（3）

同样，由于Rr及Lls、Llr数量级很小，在测试中同样要施加小电压，因此，仍可以通过1 节所示方法消除死区效应对占空比精度的影响。

图2堵转试验不同频率下的电流波形

2.3 激磁电感Lm的测试方法

激磁电感Lm可用变频器自带的V/f功能测得，将电机按V/f功能起动，最终空载运行于额定电压VN和额定频率ωN，测得此时的空载电流IN，空载电流IN波形如图3所示

可得激磁电感为：

（4）

图3 空载电流IN波形

3实验验证和结论

在30kw电机实验平台上进行验证，由直流、空载和堵转实验测得电机参数如表1所示，

表1 电机参数辨识结果

电机参数 实际值 辨识值

定子电阻 / 0.128 0.126

转子电阻 / 0.212 0.218

定、转子漏感/ 23.5 24

激磁电感/ 36.3 36

由表1电机参数实际值与辨识值相比较，可验证本文电机参数辨识方法的可行性。