一种测量三相永磁同步电动机初始静态参数的方案的制作方法
【专利摘要】一种测量三相永磁同步电动机初始静态参数的方案。此发明主要目的在驱动第三方稀土永磁同步电机前，对此电机的基本电气参数的测量。包括：a)对驱动变频器和被测电机有效电气连接后，使其达到正常工作状态；b)初始定位，将电机转子角度θ定位在电角度，发送电压矢量大小为被测电机的100％额定电流，计算电机内阻Rs。c)在电角度发送一定线性斜率的电压矢量，使电流连续并达到电机200％额定电流。计算直轴电感Ld。d)清零输出电压矢量，等待电机电流归零。e)第二次定位，发送电压矢量，将电机转子角度θ定位在电角度。f)在电角度发送一定线性斜率的电压矢量，使电流连续并达到电机200％额定电流。计算交轴电感Lq。h)清零输出电压矢量，等待电机电流归零。测试结束。
【专利说明】一种测量三相永磁同步电动机初始静态参数的方案
【技术领域】
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[0001]此发明是一种三相稀土永磁同步电动机的初始静态参数的测量的方案。
【背景技术】
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[0002]随着稀土永磁同步电机的开发与应用扩大了永磁同步电动机在各个行业的应用，稀土永磁电机最显著的性能特点是轻型化、高性能化、高效节能。在环境保护和能源节约的大环境下，稀土永磁电机的应用在工业方面的应用得到了飞快的发展。
[0003]目前市场上三相稀土永磁同步电机的驱动控制装置主要采用的是矢量控制或者直接转矩控制方法。此类控制方法是建立在三相永磁电机的数学模型上的，因此需要得到电机的内阻及交直轴电感的准确参数，才能进行精确控制。对于无位置三相永磁同步电机的控制算法，更是需要电机的准确参数为依据。
[0004]因此在对于第三方提供的三相永磁同步电机，目前主流的三相永磁同步电机主要有面装式转子和插入式转子结构，其中面装式定子气隙均匀，其电感参数Lq = Ld ;而对于插入式转子结构定子气隙不均匀，一般情况下其电感参数Lq > Ld，造成其相应的电机数据模型有差异。针对不同转子结构的三相永磁同步电机，对控制装置的要求是，能够自动辨识其电气基本参数。
【发明内容】
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[0005]此发明主要目的是在三相稀土永磁同步电机的驱动控制驱动器拖动第三方电机前，对此电机的基本电气参数的测量。进行此项工作，只需一台电机驱动变频器和被测电机，及相关的电缆连接配件等。其实现步骤包括:
[0006](a)对电机驱动器和被测电机进行有效电气连接后，给驱动变频器送电，使驱动变频器能达到正常工作状态。
[0007](b)初始定位，通过两次矢量电压的给定，将电机转子角度Θ定位在电角度方向上，发送电压矢量的大小，使采样电流的大小为被测电机的100%额定电流。第一次电压矢量方向为+ f电角度，连续给定时间为5s，第二次电压矢量方向为-1电角度，连续给定时间为10s，采样相电流，计算电机的内阻Rs。
[0008](c)通过连续在-1电角度方向发送一定线性斜率的电压矢量，使电流连续并达到电机额定电流200 %。计算出电机直轴电感Ld。
[0009](d)清零输出电压矢量,等待延时5s,等待电机电流归零。
[0010](f)第二次定位，发送电压矢量，将电机转子角度Θ定位在+f?
[0011](h)通过连续在+f电角度方向发送一定线性斜率的电压矢量，使电流连续并达到200%电机额定电流。计算出电机交轴电感Lq。
[0012](i)清零输出电压矢量，等待延时5s，等待电机电流归零。
【专利附图】
【附图说明】
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[0013]图1是三相稀土永磁同步电机的控制结构示意图。
[0014]图2是采用两相导通方式的电压向量示意图。
[0015]图3是三相插入式稀土永磁同步电机直轴电感Ld和交轴电感Lq与电机电角度关系不意图。
[0016]图4是三相表贴式稀土永磁同步电机直轴电感Ld和交轴电感Lq与电机电角度关系不意图。
[0017]图5是进行永磁同步电动机参数检测过程方案流程示意图。
【具体实施方式】
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[0018]永磁同步电动机的静态参数主要包括电机内阻和电机电感，本发明的测量实施过程见图5所示，首先测量的是电机的内阻，其后分别测量电机的直轴电感Ld和交轴电感Lq。在测试第三方电机时，先将电机外壳固定，防止在进行测试时，电机发生侧翻或滚动，然后按照如图1所示，将变频器和待测电机进行电气连接，将三相电源R、S、T输入给变频器直流供电。步骤Sll:为避免定位失败，定位分为两步。第一步:在图1所示中，先将VT6管导通，对VT3管进行PWM调制，其调制占空比D按照一定的上升斜率输出，此时发出的电压矢量为图2所示Tbc方向，同时判断电流的大小是否达到电机的额定电流值，如达到则保持输出5s，然后使VT3调制占空比D按照一定的下降斜率输出为O。第二步:在图1所示中，先将VT4管导通，对VTl管进行PWM调制，其调制占空比D按照一定的上升斜率输出，此时发出的电压矢量为图2所示Tab方向，这时电机会定位到如图2所示Tab方向一致，即将电机的转子定位在-f电角度的方向上，同时判断电流的大小是否达到电机的额定电流值，如达到则保持输出10s，并记录保持阶段的电流平均值Iavl。步骤S12:在取得电流平均值后，根据图1所示，在11步骤的第二定位电流稳定时，电机的C相不导通没有电流，在忽略电机漏感的
I.情况下，此时永磁同步电动机线电压方程为+ +，由于
at
电流稳定后，等式右边的第二项为零，因此上式简化为Uab = Iavl*2Rs,而Uab = Dl*Udc-2Vce,最后可以得出电机内阻Rs的计算公式:
[0019]Rs = (Dl*Udc_2Vce)/(2*Iavl)
[0020]其中Vm为补偿IGBT导通时的压降，Ud。为当前变频器采样的直流母线电压值，La、Lb为电机各相自感，Mab为其互感，Dl为当前稳定状态下的PWM占空比值。
[0021]步骤S13:在步骤S12完成1s的保持输出后，在当前转子定位在-f电角度的方向上继续增加VTl管PWM占空比D的大小，此时的D的增加策略为50US的时间增加的量AD为0.01%，在电机绕组改变占空比D的大小时，可以认为电流在50us的时间内变化是线性的，当通过Nl*50us时间后，检测电流达到200%左右时，通过采样获得此时的电流峰
I.值Ipkl。由式+ +/可知，设此时稳定状态下的占空比为
atD2，电压方程等式表示为:
[0022]
Dl^Udc-1Vce = Ipkl *(2*Rs) + (La + Lb-1Mab) *(a)
[0023]由三相永磁同步电机的电机数学模型中，可以推导出，如图1所示，在C相断开的情况下，A相和B相之间的电感Lab与电机的交轴电感Lq和直轴电感Ld的关系如下式(b)。对于插入式永磁同步电动机，其相间电感Lab如图3所示，其值大小在180°电角度范围内是电角度Θ的函数，而对于表贴式永磁同步电动机，其相间电感Lab如图4所示，其值大小在180°电角度范围内为恒定的常数，即Lab = 2Ld = 2Lq0
[0024]Lab =Ld+Lq+(Ld-Lq)*cos(2(9 + y) (b)
[0025]其中Θ为转子d轴与定子A相绕组轴线之间的夹角。
[0026]在此时，由于电机定位在<9 = ~，带公式入(b)，可得此时的Lab = 2Ld，将此式带入公式入(a)，可得直轴电感Ld的计算公式为:
Λ/? *SO
[0027]Ld = (D2* U * -1Vce -1Pk\* 2* RsY(c)
[0028]步骤S14:按照一定的下降斜率减小PWM的占空比为0%，然后等待延时5s，此式电机的电流均降为零，通过(c)式计算出电机直轴电感参数Ld。
[0029]步骤S15:第二次定位，在图1所示，导通的是A相和C相，B相为断开状态。先将VT6管导通，对VTl管进行PWM调制，其调制占空比D按照一定的上升斜率输出，此时发出的电压矢量为图2所示Tac方向，即将电机的转子定位在+f电角度的方向上，同时判断电流的大小是否达到电机的额定电流值，如达到则保持输出5s。
[0030]步骤S16:在步骤S15完成5s的保持输出后，在当前转子定位在+f电角度的方向上继续增加VTl管PWM占空比D的大小，此时的D的增加策略为50US的时间增加的量AD为0.01%，在电机绕组改变占空比D的大小时，可以认为电流在50us的时间内变化是线性的，当通过N2*50us时间后，检测电流达到200%左右时，通过采样获得此时的电流峰值Ipk2。由式^^=/#2*2仍+ (切+ /^-2从此).#可知，设此时稳定状态下的占空比为
at
D3，电压方程等式为:
[0031 ] DVfUdc-1Vce = Ipkl *(2*Rs) + (La + Lc-2Mac) * Iphl (d)
Λ^2*50
[0032]由三相永磁同步电机的电机数学模型中，可以推导出，如图1所示，在B相断开的情况下，A相和C相之间的电感La。与电机的交轴电感Lq和直轴电感Ld的关系如下式:
[0033]Lac=Ld+^+ (Ld -Lq)*cos(2^ + j) (e)
[0034]其中Θ转子d轴与定子A相绕组轴线之间的夹角。
[0035]在此时，由于电机定位在沒=，带公式入(e)，可得此时的
【权利要求】
1.一种测量三相永磁同步电动机初始静态参数的方案，其特征在于，包括: a)用变频器对第三方永磁同步电机进行上电测试，需固定电机外壳。 b)第一次初始定位，将电机转子定位在-^电角度方向上，控制输出电压的占空比D的大小使电机电流达到100%额定电流,并计算电机的内阻Rs值。 c)通过调整占空比D的大小使电机电流达到200%额定电流，记录当前的占空比值和采样电流最大值，并计算出电机直轴电感LcL d)清零输出电压矢量，等待延时5s，等待电机电流归零。 e)第二次定位，发送电压矢量，将电机转子角度Θ定位在+f电角度方向上，控制输出电压的占空比D的大小使电机电流达到100%额定电流。 f)通过调整占空比D的大小使电机电流达到200%额定电流，记录当前的占空比值和采样电流最大值，并计算出电机交轴电感Lq。 g)清零输出电压矢量，等待延时5s，等待电机电流归零。
2.根据权利要求1所述，其特征在于:所述步骤b)定位采用2次定位方式，先发送Tbc方向的电压矢量，然后发送Tab方向的电压矢量。
3.根据权利要求1所述，其特征在于:所述步骤c)采用的占空比D调制策略为50us的时间增加的量AD为0.01%。
4.根据权利要求1所述，其特征在于:根据权利要求1所述，其特征在于:所述步骤c)在电机转子角度Θ定位在-1电角度定位计算时，须补偿IGBT导通时的管压降2Vce。
5.根据权利要求1所述，其特征在于:所述步骤c)在电机转子角度Θ定位在-f电角度定位计算时，所测得的电机相间电感Lab = 2*Ld。
6.根据权利要求1所述，其特征在于:所述步骤d)在按照一定的下降斜率减小PWM的占空比为0%，然后等待延时5s，判断采样电机的相电流均降为零。
7.根据权利要求1所述，其特征在于:所述步骤e)定位时，发送Tac方向的电压矢量。
8.根据权利要求1所述，其特征在于:所述步骤f)采用的占空比D调制策略为50us的时间增加的量AD为0.01%。
9.根据权利要求1所述，其特征在于:根据权利要求1所述，其特征在于:所述步骤f)在电机转子角度Θ定位在+f电角度定位计算时，须补偿IGBT导通时的管压降2Vce。
10.根据权利要求1所述，其特征在于:所述步骤f)在电机转子角度Θ定位在+f电角度定位计算时，所测得的电机相间电感Lac = 1.5*Lq+0.5Ld。
【文档编号】H02P21/14GK104201961SQ201410390361
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】吴静, 蔡凯, 范艳 申请人:天津安一机电科技有限公司