本發(fā)明涉及一種用級聯(lián)型高壓變頻器辨識電機參數(shù)的方法。
背景技術(shù):
電機參數(shù)的離線辨識主要是通過變頻器往電機繞組中注入直流信號或交流信號,并通過變頻器采樣電機電流和變頻器輸出電壓信號,進行相應的運算處理來獲得電機的模型參數(shù)。這些電機參數(shù)包括電機定子電阻、電機電感值、電機轉(zhuǎn)子電阻、定子轉(zhuǎn)子間的互感等。
對電機定子電阻的辨識通常采用直流伏安法測得,通過電流控制技術(shù),在電機任意兩相繞組之間通以低壓直流電,同時保持第3相電流為0。圖1示出了低壓變頻器的電壓型pwm逆變器與異步電機im的連接示意圖。如圖1所示,通過電流閉環(huán)控制分別朝ab、ac和bc相中的任意兩相注入直流電流,并保持另外一相電流為0。此時,電機內(nèi)部不會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,電機將處于靜止狀態(tài)。根據(jù)電機電流和變頻器的輸出電壓,可計算得到電機相電阻為:
式中,ut、it分別為測量繞組上的直流電壓和繞組中通過的直流電流。
由于采用pwm調(diào)制方式,變頻器的輸出電壓為一串占空比變化的電壓脈沖。其輸出電壓一般不通過傳感器檢測,而是通過三相占空比和母線電壓重構(gòu)得到。由于變頻器的逆變器的開關(guān)器件的非線性,加在電機繞組兩端的實際電壓值與逆變器的理論輸出電壓值存在誤差。圖2示出了在1個pwm周期內(nèi)的變頻器的實際輸出電壓波形和理論輸出電壓波形。圖中,uab為電機a相和b相繞組間電壓;ts為1個pwm周期。根據(jù)圖2可知,電機繞組兩端的實際電壓ureal為
ureal=(udc-2ui)d′-(ui+ud)(1-d′)(2)
式中:udc為直流母線電壓;ui為構(gòu)成逆變器的開關(guān)器件的絕緣柵雙極型晶體管(insulatedgatebipolartransistor,igbt)的飽和導通壓降;ud為反并聯(lián)二極管導通壓降;d′為實際占空比,如果pwm脈寬給定值為t,則d′=(t+td_off-td_on)/ts,td_on為igbt導通延遲時間,td_off為igbt關(guān)斷延遲時間。
對電機電感值的辨識一般采用注入交流電流(或電壓)的方式,例如在異步電機漏感辨識中,可以直接在電機定子繞組兩端注入正弦電流,使得ωlm>>rs,ω為注入角頻率,lm為互感,rr為轉(zhuǎn)子電阻。
根據(jù)圖3所示的異步電機t型等效電路,當ωlm>>rr時,勵磁支路可忽略。此時電機輸入阻抗
其中rs為定子電阻,rr為轉(zhuǎn)子電阻,l1σ為漏感。
死區(qū)效應對于電壓虛部的影響可以忽略,漏感可直接根據(jù)下式計算得到
l1σ=uim/(ωia)(4)
uim為輸出電壓虛軸分量,ia為注入正弦電流幅值。
異步電機的轉(zhuǎn)子電阻、互感的辨識也需要注入交流電流(或電壓),通過電壓矢量方程計算得出結(jié)果。而永磁同步電機的參數(shù)離線辨識方法與異步電機類似。
圖4示出了級聯(lián)型高壓變頻器的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。該級聯(lián)型高壓變頻器由移相變壓器91、功率單元組92和主控部分93組成。在該級聯(lián)型高壓變頻器中,高壓變頻器的每相橋臂均由n個功率單元串聯(lián)組成,其中,n為大于等于3的整數(shù)。如圖所示,u相橋臂由功率單元u1、功率單元u2……以及功率單元un串聯(lián)組成,v相橋臂由功率單元v1、功率單元v2……以及功率單元vn串聯(lián)組成,w相橋臂由功率單元w1、功率單元w2……以及功率單元wn串聯(lián)組成。圖5示出了高壓變頻器的單個h橋功率單元的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖?,F(xiàn)有的用級聯(lián)型高壓變頻器離線辨識電機參數(shù)的方法步驟與前述的用低壓變頻器離線辨識電機參數(shù)的方法步驟是完全一致的。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用級聯(lián)型高壓變頻器離線辨識電機參數(shù)的方法,其能有效地減小功率器件非線性所引起的誤差,提高電機參數(shù)的辨識精度。
為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種用級聯(lián)型高壓變頻器離線辨識電機參數(shù)的方法,該高壓變頻器的每相橋臂由n個功率單元串聯(lián)組成,其中,n為大于等于3的整數(shù);所述的用高壓變頻器離線辨識電機參數(shù)的方法包括向所述電機施加直流信號或交流信號的步驟,其中,在向電機施加直流信號或交流信號之前,將每相橋臂的n個功率單元中的至少一個功率單元旁路。
本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明的單元級聯(lián)型高壓變頻器在進行離線電機參數(shù)辨識時,旁路掉了每相中的一些功率單元,從而提高了其余功率單元的pwm輸出電壓的占空比,減小了由于功率單元開關(guān)器件的非線性所引起的誤差,提高了電機參數(shù)辨識精度。
附圖說明
圖1示出了低壓變頻器的電壓型pwm逆變器與異步電機的連接示意圖。
圖2示出了在1個pwm周期內(nèi)的變頻器的實際輸出電壓波形和理論輸出電壓波形。
圖3示出了異步電機t型等效電路。
圖4示出了級聯(lián)型高壓變頻器的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5示出了圖4中的功率單元的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6示出了采用根據(jù)本發(fā)明一實施例的離線辨識電機參數(shù)的方法的級聯(lián)型高壓變頻器系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖,其中,變頻器每相橋臂的大部分功率單元被旁路。
圖7示出了處于旁路狀態(tài)的單個功率單元的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的6單元級聯(lián)高壓變頻器的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的6單元級聯(lián)高壓變頻器的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖,其中,變頻器每相橋臂的5個功率單元被旁路。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做出進一步說明。
在用高壓變頻器辨識電機電阻時,由于電機阻抗可能很小,因此高壓變頻器的輸出電壓會比較低,通有可能只有10v~20v。此時,每個h橋功率單元的pwm占空比非常小,功率單元的開關(guān)器件的非線性(死區(qū)、igbt與二極管導通壓降、占空比太小導致igbt導通不完全等)影響比較大,使得通過占空比與母線電壓重構(gòu)出的輸出電壓不準確,導致辨識出的電機參數(shù)精度較差,影響電機控制效果。
根據(jù)本發(fā)明一實施例的一種用級聯(lián)型高壓變頻器離線辨識電機參數(shù)的方法,其與現(xiàn)有級聯(lián)型高壓變頻器離線辨識電機參數(shù)的方法的主要區(qū)別在于,在向電機施加直流信號或交流信號之前,先將每相的n個功率單元中的至少一個功率單元旁路。
優(yōu)選的是,在向電機施加直流信號或交流信號之前,將每相橋臂的n個功率單元中的m個功率單元旁路,m>n/2。在級聯(lián)型高壓變頻器辨識電機參數(shù)時,由于變頻器輸出電壓比較低,每相橋臂只留一個或者少數(shù)幾個h橋功率單元即可滿足輸出電壓范圍要求,因此可以旁路掉大部分功率單元,如圖6所示,u相橋臂、v相橋臂和w相橋臂分別只留下了功率單元u1、功率單元v1和功率單元w1。由于減少了每相功率單元的級聯(lián)數(shù),等效于縮小了整個高壓變頻器的輸出電壓能力,在變頻器輸出電壓不變時,每個單獨的h橋功率單元的pwm占空比都會提高,從而避免了占空比太小導致功率單元的開關(guān)器件可能開通不完全就被關(guān)斷,減小了功率器件非線性的影響,提高了電機參數(shù)的辨識精度。在電機參數(shù)辨識完成后,取消其他功率單元的旁路,將級聯(lián)型高壓變頻器還原成圖4的結(jié)構(gòu),不影響高壓變頻器的正常運行。
圖7示出了處于旁路狀態(tài)的單個功率單元的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例中,每個功率單元與一旁路接觸器連接,通過改變旁路接觸器的工作狀態(tài),可達到旁路功率單元的目的。旁路過程可以通過軟件在參數(shù)辨識開始前自動完成,或者手工完成。旁路功率單元的方式不局限于圖7中所示的旁路方式,其他把功率單元從輸出串聯(lián)回路中切出的方法也同樣適用。旁路時,高壓變頻器的各相橋臂中被旁路的功率單元的數(shù)量最好是相等的,即,如果u相橋臂中有5個功率單元被旁路,那么在v相橋臂和w相橋臂中也有5個功率單元被旁路。
完成對級聯(lián)型高壓變頻器的多個功率單元的旁路后,根據(jù)本發(fā)明一實施例的離線辨識電機參數(shù)的方法的進一步的工作步驟與現(xiàn)有的變頻器離線辨識電機參數(shù)的方法是一致的。即,根據(jù)所要辨識的電機參數(shù),向電機施加直流信號或交流信號,然后進行相應的計算。上述的直流信號為直流電壓信號或直流電流信號,交流信號為交流電壓信號或交流電流信號。所要辨識的電機參數(shù)包括但不限于電機定子電阻、電機電感值、電機轉(zhuǎn)子電阻和定子轉(zhuǎn)子間的互感。
以一臺6單元級聯(lián)型高壓變頻器為例,如圖8所示,每相橋臂有6個功率單元,功率單元的拓撲結(jié)構(gòu)如圖5所示。在參數(shù)辨識過程中,由于電機阻抗可能比較小,輸出電壓只有10v~20v。此時,每個功率單元的pwm占空比可能很小,功率器件的非線性對通過占空比重構(gòu)輸出電壓影響比較大,在用電壓方程計算電機辨識參數(shù)時,會對精度產(chǎn)生比較大的影響。此時,如圖9所示,通過旁路接觸器把每一相的2~6號功率單元旁路(如圖7所示,旁路接觸器連接3、4觸點),使得每相只留一個功率單元(即功率單元u1、v1和w1)工作。這樣,功率單元u1、v1和w1的pwm占空比將會得到比較大的提高,從而大幅減少了功率器件非線性對于參數(shù)辨識精度的影響,提高了參數(shù)辨識的精度。辨識參數(shù)完成后,取消旁路,該高壓變頻器又恢復成圖8所示的結(jié)構(gòu),不影響高壓變頻器的正常運行。
本發(fā)明的方法不限于異步電機,也可以用于其它類型的交流電機。
顯然,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣,倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi),則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。