专利名称：感应电机定子电阻及温度参数辨识方法
技术领域：
本发明涉及一种测试方法，特别涉及一种感应电机定子电阻及温度参数辨识方法。
背景技术：
目前，变频调速技术由于具有良好的调速性能及优良的节能特点，正逐渐的大范 围应用。高性能变频调速技术可按转子磁场定向，定子磁场定向，气隙磁场定向来分类。而 这些调速系统都要受到电机参数的影响，如定子磁场定向技术中定子磁链的准确估算是极
为重要的，在采用如下磁链计算模型时A:J"(《-之尺)^，系统在低速运行性能会受电机
定子电阻参数的影响。定子电阻在电机运行过程中会随着温度的升高而变大。当电阻增大 到一定程度时，定子磁链的观测不准极有可能导致整个系统崩溃。同时，在电机中安置的温 度传感器会增加系统成本，降低了系统可靠性。
发明内容
本发明是针对现在低速下定子电阻的变化会对按定子磁场定向的变频调速系统 产生影响的问题，提出了一种感应电机定子电阻及温度参数辨识方法，提供一种模型参考 自适应算法来对定子电阻进行估计并补偿定子电阻压降。将辨识出的定子电阻通过温度辨 识单元估计出异步电机定子绕组平均温度，可有效提高按定子磁场定向的变频调速技术低 速下系统性能。 本发明的技术方案为一种感应电机定子电阻及温度参数辨识方法，包括如下步 骤 1)、在感应电机定子磁场定向的变频调速控制系统下运行时，电流、电压传感器检 测出的定子侧三相电流、电压通过3/2坐标变换器，变成两相坐标系下的电流和电压；
2)、然后电流与转速一起通过电机转子磁链参考模型计算出转子磁链，同时，变换 后的电压和电流通过电机转子调节模型计算出转子磁链；
3)、两个模型的差通过PI控制辨识出定子电阻； 4)、将该定子电阻分别加到直接转矩控制系统定子磁链计算单元和温度辨模型单 元，可在线辨识出定子电阻，估计出异步电机定子绕组平均温度。 所述电机转子磁链参考模型为电流模型，电机转子调节模型为电压模型。所述电 流模型如下 尸 电压模型如下
广 、
"T 旭_ 1
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「 ^乂乂
3<formula>formula see original document page 4</formula>
式中=1-7^为电机总漏感系数；^ = #为转子时间常数；1^。、 为转
子磁链在两相静止正交坐标下的a、P轴分量；i^、isa、i^、i^为定子电压、电流在两相 静止正交坐标下的a 、 |3轴分量；p、"分别为微分算子、转子角速度；RS为定子电阻；LS、 Lr、 Lm分别为电机定子自感、转子自感、定转子互感。 本发明的有益效果在于本发明感应电机定子电阻及温度参数辨识方法，可有效 辨识出异步电机定子电阻和定子绕组温度，节省了温度传感器的使用。通过对定子电阻进 行补偿，可有效提高按定子磁场定向的变频调速技术低速下系统性能。
图1为本发明感应电机定子电阻及温度参数辨识方法中MRAS辨识定子电阻构造 图； 图2为本发明感应电机定子电阻及温度参数辨识方法在直接转矩变频调速系统 中的应用示意图； 图3为本发明感应电机定子电阻及温度参数辨识方法运用后的电机转速波形图；
图4为本发明感应电机定子电阻及温度参数辨识方法运用后的电机转矩波形图。
具体实施例方式电机转子磁链的两种计算模型——电压模型和电流模型。将电流模型作为参考模
型，电压模型作为调节模型。
参考模型如下
, A、<formula>formula see original document page 4</formula>上式中CT =1-*为电机总漏感系数；
r,^t为转子时间常数；
、为转子磁链在两相静止正交坐标下的a 、 P轴分量； usa、isa、use、ise为定子电压、电流在两相静止正交坐标下的a、 |3轴分量； p、"分别为微分算子、转子角速度； &为定子电阻； Ls、 Lm分别为电机定子自感、转子自感、定转子互感。 当以上参考模型和调节模型的输出不一致时，将它们的差通过一定的自适应率来 调节电压模型中定子电阻参数，直到两个模型的输出相等为止。此时的定子电阻值即为电 机此刻运行时的定子电阻数值。取比例积分自适应律为Kp+Ki/s. Kp为比例系数，Ki为积 分系数，l/s表示积分。得到定子电阻自适应算法
状态差'
凡
,=f(234.5 + ,0)-234.5A。
式中5几=/^，「; = /,"(^^-^^) + "，^ —;J为定子电阻自适应
A
Vr和^分别表示参考模型和调节模型数值。
T^为辨识出的定子电阻值。
同时，定子电阻是受电机绕组温度的影响而发生变化的，它们之间关系如下
""34.5+ /0
式中RS为电机所处的室温t。时的电阻值。
Rsl为温度为t时的电阻值。
由此可根据估算出的电阻值来辨识出此时定子绕组内平均温度
,=#(234.5 + 0-234.5 式中,为电机运行时估算的平均温度；
Rs为室温t。下的电阻值，为常值； ^为辨识出的定子电阻。 具体方法包括如下步骤在感应电机定子磁场定向的变频调速控制系统下运行 时，传感器检测出的定子侧三相电流、电压通过3/2坐标变换器，变成两相坐标系下的电流 和电压。然后电流与转速一起通过转子磁链参考模型计算出转子磁链。同时，变换后的电 压和电流通过转子调节模型计算出转子磁链。两个模型的差通过PI控制辨识出定子电阻， 将该定子电阻分别加到直接转矩控制系统定子磁链计算单元和温度辨识模型单元，即可在 线辨识出定子电阻，估计出异步电机定子绕组平均温度，提高直接转矩控制系统低速性能。
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下面对本发明做进一步的说明。图1为MRAS辨识定子电阻构造图。图l中电流 模型的输入有isa， isb分别表示定子电流在两相正交坐标系下的分量，w表示转子旋转角 速度。输出为转子磁链值。电压模型输入有usa，usb分别表示定子电压在两相正交坐标系 下的分量，RsA表示辨识出的定子电阻。输出也为转子磁链。两者的输出通过前面所述的 自适应算法辨识出定子电阻。 图2为该发明在直接转矩变频调速系统中的应用，直接转矩变频调速系统为高性 能变频调速技术，它控制响应快，高速下转矩、转速非常稳定。图2中直接转矩控制系统由 坐标变换、定子磁链计算、定子磁链调节、转矩调节、转速PI调节、磁链区间判断、开关表选 择及P丽脉冲产生等几个部分组成。坐标变换将电机定子端三相电压、电流变成两相数值， 转速PI调节根据实时反馈的电机转速计算出给定转矩，然后在两相静止坐标系下计算出 定子磁链和电磁转矩，通过定子磁链调节和转矩调节模块，及磁链区间判断模块，输出开关 信号给开关表选择及P丽脉冲函数产生适当的P丽脉冲信号，从而得到正确的电机定子端 三相电压。实时地保证电机定子磁链和转矩能维持在给定值左右。 由于在低速下，定子磁链计算模块受到定子电阻的变化而导致磁链观测不准，从 而影响系统的稳定性。 将该发明用于直接转矩系统中，如图2中的定子电阻辨识及补偿模块。实验结果 有效地验证了 ，该方法能提高直接转矩控制系统低速时性能，同时可用来进行温度辨识。
图3为采用此发明后的电机转速波形图。由于在系统中2s的时候负载突然增加， 因此图3中在2s的时候转速有一个抖动，但很快又恢复到给定值上，且非常平稳。显示了 在低速，动态负载下同样能保持转速稳定。 图4为采用此发明后的电机转矩波形图。图4中2s的时候负载突然增加，电机电 磁转矩也能很快的跟随负载增加而增大，且保持稳定，显示了良好的动态特性。
权利要求
一种感应电机定子电阻及温度参数辨识方法，其特征在于，包括如下步骤1、在感应电机定子磁场定向的变频调速控制系统下运行时，电流、电压传感器检测出的定子侧三相电流、电压通过3/2坐标变换器，变成两相坐标系下的电流和电压；2、然后电流与转速一起通过电机转子磁链参考模型计算出转子磁链，同时，变换后的电压和电流通过电机转子调节模型计算出转子磁链；3、两个模型的差通过PI控制辨识出定子电阻；4、将该定子电阻分别加到直接转矩控制系统定子磁链计算单元和温度辨识模型单元，在线辨识出定子电阻，估计出异步电机定子绕组平均温度。
2. 根据权利要求1所述感应电机定子电阻及温度参数辨识方法，其特征在于，所述电 机转子磁链参考模型为电流模型，电机转子调节模型为电压模型。
3. 根据权利要求2所述感应电机定子电阻及温度参数辨识方法，其特征在于，所述电 流模型如下<formula>formula see original document page 2</formula>电压模型如下<formula>formula see original document page 2</formula>链在两相静止正交坐标下的a 、 |3轴分式中<formula>formula see original document page 2</formula>为电机总漏感系数<formula>formula see original document page 2</formula>为转子时间常数；Vfa、 il^e为转子磁 为定子电压、电流在两相静止正交坐标下的a 、 |3轴分量；p、"分别为微分算子、转子角速度；RS为定子电阻；LS、 Lt、 Lm分别为电机定子自感、转子自感、定转子互感。
全文摘要
本发明涉及一种感应电机定子电阻及温度参数辨识方法，采用基于模型参考自适应的控制方法来对感应电机定子电阻和定子绕组温度进行辨识。根据异步电机转子磁链的计算方法，将所述的电流磁链计算模型作为参考模型，电压磁链计算模型作为调节模型，将两个模型输出的差值通过自适应率来不断调节电压模型中定子电阻参数，直到两模型输出差值为零。本发明有效的辨识出异步电机在运行时的定子电阻参数和定子绕组温度，可提高异步电机直接转矩变频调速系统低速性能，同时省略了温度传感器的使用，节约了调速系统成本。
文档编号H02P21/04GK101783646SQ20091004557
公开日2010年7月21日 申请日期2009年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者梅柏杉, 梅菁, 汤凌峰, 陈晖 申请人:上海电力学院