本發(fā)明涉及一種永磁同步電機的基本參數(shù)測量裝置及方法，尤其涉及一種永磁同步電機交直軸電感測量裝置及方法，屬于電機驅(qū)動控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

永磁同步電機交直軸電感是電壓解耦控制、轉(zhuǎn)矩估算以及電機穩(wěn)態(tài)性能評估必不可少的輸入?yún)?shù)，但是這些參數(shù)在用戶手冊中往往不易得到。為了實現(xiàn)對永磁同步電機更好的控制，在永磁同步電機進行控制之前，需要對永磁同步電機的電感參數(shù)進行辨識。

測量永磁同步電機交直軸電感的裝置及方法有直接負(fù)載法、電壓積分法和直流衰減法等多種辨識方法。其中電壓積分法原理簡單、操作方便，因而應(yīng)用更為廣泛。但是該方法必須使用磁通計這一專用設(shè)備，考慮到目前實驗室和工作現(xiàn)場的實際情況，提出了一種新的替代解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種永磁同步電機交直軸電感測量裝置及方法，該方案能夠?qū)崿F(xiàn)對永磁同步電機交直軸電感的測量，方法簡便快捷、不需磁通計等專用測試設(shè)備，易于實施。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述問題。測試方案原理如下：當(dāng)電感中流過的電流為I時，產(chǎn)生的磁鏈為ψ，則電感為

$L=\frac{\mathrm{\ψ}}{I}$

由于定子繞組電阻較小，繞組電感在繞組電阻上產(chǎn)生的電壓不易測量，為了測出電感中的磁鏈，可將電感通過電阻R短路，采集電阻R兩端的離散電壓數(shù)據(jù)，并對電阻兩端的離散電壓數(shù)據(jù)進行數(shù)值積分，則電感中的磁鏈為：

$\mathrm{\ψ}=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}u\left(k\right)*\mathrm{\Δ}t$

所以

$L=\frac{\mathrm{\ψ}}{I_0}$

其中I₀為電流初始值，u(k)為回路電阻R上各個采樣點的瞬時電壓，Δt為采樣時間間隔，n為采樣點數(shù)。于是電感的測量問題就轉(zhuǎn)化成對離散電壓信號的數(shù)值積分問題。

根據(jù)上述的測試原理，本發(fā)明的永磁同步電機交直軸電感測量裝置包括：直流電源E、開關(guān)S、固定電阻R3，R4、可變電阻R2’，R2”、電樞繞組R1、電流表A、電壓表V、電壓采集裝置(如示波器)組成。

本發(fā)明的永磁同步電機交直軸電感測量方法具體步驟如下：

步驟1、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子直軸或交軸與電樞繞組合成磁動勢方向重合。這是測取試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。

步驟2、閉合開關(guān)S，接通電源E。調(diào)節(jié)直流電源E的輸出電壓，使電樞繞組輸入直流電流I₀達(dá)到所需值。然后調(diào)節(jié)可變電阻R2’，R2”，調(diào)節(jié)后使電壓表示數(shù)為零，即電橋平衡。

步驟3、接電壓采集裝置(如示波器)，觀察電橋兩輸出端a、b的電壓波形，此時電壓應(yīng)為零。斷開開關(guān)S，用電壓采集裝置(如示波器)記錄輸出端a、b電壓的實時信號。

步驟4、開關(guān)S斷開時刻記為零時刻，將電壓采集裝置(如示波器)采集到的電壓信號從零時刻到電壓變?yōu)榱愕膮^(qū)間內(nèi)的信號作為有效信號，用MATLAB中的trapz()函數(shù)對離散電壓信號進行積分，以此計算

${\mathrm{\ψ}}^{,}=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{u}_{R2+R4}\left(k\right)*\mathrm{\Δ}t$

其中u_R2+R4為電阻R2和R4上的電壓之和在各采樣點的瞬時電壓，Δt為采樣時間間隔，n為采樣點數(shù)。

步驟5、計算定子繞組電感L。

$L=\frac{(R1+R2+R3+R4){\mathrm{\ψ}}^{,}}{(R2+R4)I_0}$

其中R1為電樞繞組等效電阻，

本發(fā)明的永磁同步電機交直軸電感測量裝置和方法，利用通用的電壓采集裝置(如示波器)進行數(shù)據(jù)采集，然后采用數(shù)值積分法對采集到的離散電壓信號進行積分，計算出永磁同步電機的磁鏈參數(shù)，進而計算得到永磁同步電機的交直軸電感。與背景技術(shù)相比該方案具有測試電路簡單，操作方便，容易掌握，且不需要使用磁通計等專用測試設(shè)備，易于實施優(yōu)點。對于研究由永磁體增、去磁效應(yīng)和交叉飽和效應(yīng)引起的電感參數(shù)的變化都很方便。

附圖說明

圖1是永磁同步電機直軸電感測量裝置電路圖；

圖2是永磁同步電機交軸電感測量裝置電路圖；

圖3是永磁同步電機直軸電感測量原理圖；

圖4是永磁同步電機交軸電感測量原理圖；

圖5是在直軸電感測量中本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法數(shù)據(jù)對比圖；

圖6是在交軸電感測量中本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法數(shù)據(jù)對比圖；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖及實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明，本發(fā)明的永磁同步電機交直軸電感測量裝置包括：永磁同步電機直軸電感測量裝置和永磁同步電機交軸電感測量裝置。

如圖1所示，永磁同步電機直軸電感測量裝置，具體包括：直流電源E、開關(guān)S、固定電阻R3，R4、可變電阻R2’，R2”、電樞繞組、電流表A、電壓表V、和電壓采集裝置(如示波器)組成；連接關(guān)系是：將電樞繞組的V、W兩相短接，與U相共同構(gòu)成一個繞組網(wǎng)絡(luò)，其中U端通過電流表A與電阻R3的一端相連接，電流表A的另一端通過開關(guān)S與直流電源E正極相連，直流電源負(fù)極與電阻R4、R2’、R2”的一端相連，R2’、R2”的另一端與繞組網(wǎng)絡(luò)的V、W端相連，R4的另一端與R3相連，電壓表V和電壓采集裝置(如示波器)相并聯(lián)后，一端接到R3和R4的接線處，另一端接到R2’、R2”和繞組網(wǎng)絡(luò)V、W端的接線處；

如圖2所示，永磁同步電機交軸電感測量裝置，具體包括：直流電源E、開關(guān)S、固定電阻R3，R4、可變電阻R2’，R2”、電樞繞組、電流表A、電壓表V、和電壓采集裝置(如示波器)組成；連接關(guān)系是：將電樞繞組的U相斷開，V、W兩相構(gòu)成一個繞組網(wǎng)絡(luò)，其中V端通過電流表A與R3的一端相連接，電流表A的另一端通過開關(guān)S與直流電源E正極相連，直流電源負(fù)極與電阻R4、R2’、R2”的一端相連，R2’、R2”另一端與繞組網(wǎng)絡(luò)的W端相連，R4的另一端與R3相連，電壓表V和電壓采集裝置相并聯(lián)后，一端接到R3和R4的接線處，另一端接到R2’、R2”和繞組網(wǎng)絡(luò)W端的接線處。

本發(fā)明的永磁同步電機交直軸電感測量方法具體步驟如下：

步驟1、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子直軸或交軸與電樞繞組合成磁動勢方向重合。

圖3、圖4分別是永磁同步電機直、交軸電感測量原理圖，測量永磁同步電機直、交軸電感前，必須調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子直軸或交軸與電樞繞組合成磁動勢方向重合。這是測取試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。圖3將被測電機的V、W兩相電樞繞組首端相聯(lián)，然后從U相繞組輸入，從V、W兩相繞組輸出電流I。當(dāng)調(diào)節(jié)電流I至足夠大時，永磁體將帶動轉(zhuǎn)子立即定位，此時轉(zhuǎn)子直軸與定子繞組合成磁動勢方向重合。直軸定位之后，固定轉(zhuǎn)子位置不動，改變定子繞組的接線方式，如圖4所示，從V相繞組輸入W相繞組輸出電流I，即讓U相繞組懸空，使轉(zhuǎn)子交軸與定子繞組合成磁動勢方向重合。

步驟2、調(diào)節(jié)電橋平衡。

如圖1、圖2所示，R3、R4、R1、R2組成了電橋，其中R1為電樞繞組網(wǎng)絡(luò)等效電阻；R2為R2’、R2”并聯(lián)等效電阻。組成電橋時各電阻的容量應(yīng)大些，否則由于電阻的熱效應(yīng)，會影響測量的精度，并使電橋難以調(diào)節(jié)平衡?？蛇x用60歐姆的無感電阻元件，能較好解決電橋平衡以及熱漂移的問題。另外可選擇R3＝R4，從而當(dāng)電橋平衡時滿足R2＝R1，將使計算更加簡潔、方便。

調(diào)節(jié)電橋平衡的具體操作為：閉合開關(guān)S，接通電源E。調(diào)節(jié)直流電源E的輸出電壓，使電樞繞組輸入直流電流I₀達(dá)到所需值。為使試驗電機與實際運行時的電機飽和程度相同，測直軸電感時取測交軸電感時取其中，I_d為電機運行時直軸電流有效值、I_q為電機運行時交軸電流有效值。

然后調(diào)節(jié)可變電阻R2’，R2”，先調(diào)節(jié)R2’用于粗調(diào)，再調(diào)節(jié)R2”實現(xiàn)微調(diào)。調(diào)節(jié)后使電壓表示數(shù)為零，即電橋平衡。這時滿足：

$\frac{R1}{R2}=\frac{R3}{R4}$

R1為電樞繞組自身電阻，

步驟3、接通電壓采集裝置(如示波器)，觀察電橋兩輸出端a、b的電壓波形，此時電壓應(yīng)為零。然后將開關(guān)S打開，電橋構(gòu)成一個直流衰減回路，用電壓采集裝置(如示波器)采集電橋輸出端a、b兩點間的電壓，得到一系列離散的電壓信號值。

步驟4、將開關(guān)打開后時間區(qū)間[0，∞]內(nèi)的采集電壓信號作為有效信號，用MATLAB中的trapz()函數(shù)對離散電壓信號進行積分，以此計算

${\mathrm{\ψ}}^{,}=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{u}_{R2+R4}\left(k\right)*\mathrm{\Δ}t$

其中u_R2+R4為電阻R2和R4上的電壓之和在各采樣點的瞬時電壓，Δt為采樣時間間隔，n為采樣點數(shù)。

則繞組電感產(chǎn)生的總磁鏈為:

$\mathrm{\ψ}=\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{u}_{R1+R2+R3+R4}\left(k\right)*\mathrm{\Δ}t=\frac{R1+R2+R3+R4}{R2+R4}{\mathrm{\ψ}}^{,}$

其中u_R1+R2+R3+R4為電阻R1、R2、R3、R4上的電壓之和在各采樣點的瞬時電壓，Δt為采樣時間間隔，n為采樣點數(shù)。

步驟5、計算定子繞組電感L。

$L=\frac{(R1+R2+R3+R4){\mathrm{\ψ}}^{,}}{(R2+R4)I_0}$

其中R1為電樞繞組等效電阻，

a.當(dāng)R1表示與直軸電感測量裝置中的繞組網(wǎng)絡(luò)相等效的電阻時，L表示所測直軸電感；

b.當(dāng)R1表示與交軸電感測量裝置中的繞組網(wǎng)絡(luò)相等效的電阻時，L表示所測交軸電感。

本發(fā)明的的永磁同步電機交直軸電感測量裝置及方法，經(jīng)過實際實驗和數(shù)據(jù)對比表明，采用傳統(tǒng)的電壓積分法測得的實驗數(shù)據(jù)分散，精度不高，而采用本方案測得的數(shù)據(jù)更加精確；同時該方案采用示波器替代了磁通計，不需磁通計等專用設(shè)備，更易實現(xiàn)。如圖5和圖6所示，實驗證實了提出的測試方案的準(zhǔn)確性、可靠性和方便性。