三相異步電機參數的測試

0 引言

在異步電機的矢量控制系統中，電動(dòng)機的參數是十分重要的物理量。在電機學(xué)中利用電動(dòng)機的參數構成等值電路，以此為基礎可以對三相電動(dòng)機的各種運行特性進(jìn)行分析。變頻調速中采用的矢量控制，控制系統性能完全依賴(lài)于所使用的電機參數的準確程度，如果參數不準確，將直接導致矢量控制性能指標下降，甚至導致變頻器不能正常工作。

三相異步電動(dòng)機的基本參數包括定子電阻、定子漏感、轉子電阻、轉子漏感、定轉子互感。這些參數的確定，可以利用電機設計制造時(shí)的技術(shù)數據進(jìn)行理論計算，但計算復雜，并且與實(shí)際有較大誤差;也可以采用試驗方法確定，下面具體介紹在變頻器中采用試驗的方法對各參數的測試。

1 參數測定試驗

在變頻器中，測試參數主要有兩種方法：一種是在線(xiàn)測試，一種是離線(xiàn)測試。在線(xiàn)測試方法主要有卡爾曼濾波法、模型參考自適應法、滑模變結構法等，這些方法要求處理器具有較高的處理速度，對系統硬件要求較高;離線(xiàn)測試方法主要有頻率響應試驗、階躍響應試驗等，但測試精度不高，存在計算復雜、程序計算量大等問(wèn)題，故很少采用。

這里主要介紹根據傳統的電機學(xué)試驗原理，在變頻器中對電機參數進(jìn)行離線(xiàn)測試，通過(guò)對其采取相應的措施達到測試參數的高精確度。

1.1 采用直流伏安法測試電機的定子電阻

在變頻器系統中，采用直流伏安法測試定子電阻的關(guān)鍵是如何得到低壓直流電源，當變頻器直接連接到電網(wǎng)時(shí)，其直流母線(xiàn)電壓較高，通常的辦法是對直流母線(xiàn)進(jìn)行電壓斬波控制，得到一個(gè)平均值很低、周期固定且占空比固定的高頻電壓

脈沖系列，這樣經(jīng)過(guò)定子繞組中的電感濾波后，就得到一個(gè)脈動(dòng)很小的直流電流。

如果占空比為D，直流母線(xiàn)電壓為Udc，電流為I，則相應的定子電阻值為

在測試中為了防止變頻器出現過(guò)電流，應該正確考慮占空比的設定，在實(shí)際測試中可以采用電流閉環(huán)加PI 調節器得出占空比的方法控制電流大小，如圖1 所示。

圖1 中，I * 為控制目標，即給定電流，I 為反饋電流，即實(shí)際運行電流。

試驗時(shí)，變頻器中的開(kāi)關(guān)器件IGBT 的導通壓降，對測試值的影響是不能忽略的，對導通壓降補償的正確與否直接影響到測試電阻精度的高低，導通壓降除了IGBT的導通壓降，還有續流二極管的導通壓降。同時(shí)，由于IGBT在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中都有一定的延時(shí)，為了準確計算輸出的直流電壓，這部分延時(shí)也不能忽略。

1.2 利用堵轉試驗測試轉子電阻及定轉子漏感

在實(shí)際的應用中，對電機進(jìn)行堵轉比較困難，在此采用單相短路試驗代替三相試驗，當電機加上單相正弦電壓時(shí)，沒(méi)有電磁轉矩產(chǎn)生，其電磁現象與三相堵轉時(shí)基本相同，測試中，讓電機的某一相開(kāi)路，在另外兩相之間通入單相的正弦交流電，然后通入一定的電流，此時(shí)測試定子上的電壓，電流和輸入功率，這樣即可計算出電機的短路電阻和短路電抗。

在堵轉試驗中，為了防止過(guò)電流現象，可以采用測定子電阻的方法加入一個(gè)PI 閉環(huán)控制，但同時(shí)也需要考慮IGBT 的壓降和續流二極管的壓降產(chǎn)生的影響。在變頻器運行測試中，為了防止變頻器中的上下橋臂直通現象，逆變器同一橋臂的上下開(kāi)關(guān)之間的動(dòng)作必須加入一段死區時(shí)間，一般為3~5μs，由于死區時(shí)間產(chǎn)生的誤脈沖對系統性能的影響較大，必須重點(diǎn)考慮，因此，對高精度的參數測試，死區時(shí)間是不可忽略的一個(gè)重要因素。

在考慮到死區時(shí)間的影響和IGBT 的開(kāi)通關(guān)斷的時(shí)間后，實(shí)際的輸出電壓和給定的PWM 脈沖之間的關(guān)系表示如圖3 所示。