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電機(jī)參數(shù)測量——永磁同步電機(jī)控制

更新時(shí)間:2024-01-03點(diǎn)擊次數(shù):1147

永磁同步電機(jī)控制中,無論是有感FOC或無感FOC,獲取準(zhǔn)確的電機(jī)參數(shù)可以提高控制器和觀測器的性能。在現(xiàn)代控制理論中,建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是至關(guān)重要的一環(huán),特別是無感FOC中觀測器。理論上電壓方程、磁鏈方程和力矩方程中物理量能準(zhǔn)確測量,建立模型的話,可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)性能的極大優(yōu)化,具體包括電參數(shù)轉(zhuǎn)子極對數(shù)(p)、定子電阻(R)、DQ軸電感(L)、反電動勢系數(shù)(Kv)、永磁體磁鏈和機(jī)械參數(shù)轉(zhuǎn)動慣量(J)、轉(zhuǎn)矩常數(shù)、摩擦系數(shù)等。其中機(jī)械參數(shù)往往難以測量,通常在調(diào)試過程中確定,本文主要介紹電氣參數(shù)常用、簡單的測量方法。

永磁同步電機(jī)的電壓方程、磁鏈方程和力矩方程如圖1所示。



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永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子極對數(shù)指轉(zhuǎn)子磁極的對數(shù),是電角度和機(jī)械角度的比值。如圖2所示的永磁同步電機(jī)a為三對極,b為四對極。

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測量方法:


1.將電機(jī)的A相接電源的正極,B相接電源的負(fù)極,C相可懸空,注意電源限流點(diǎn)設(shè)置在0.2A左右即可,不要設(shè)置太高,不然可能損壞電機(jī);

2.手動轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)子,在每個(gè)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定位置做好標(biāo)記;

3.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周后,轉(zhuǎn)子極對數(shù)等于轉(zhuǎn)子穩(wěn)定位置的個(gè)數(shù);




永磁同步電機(jī)三相線圈可視為電阻R和電感L的串聯(lián)模型,電阻R通常在毫歐級別,電感L通常在微亨級別,萬用表的精度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,通常需要借助于電橋或逆變器進(jìn)行測量。



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測量方法1:使用電橋進(jìn)行測量,使用電橋測試定子電阻時(shí),設(shè)置測量頻率為100HZ為佳,測量DQ軸電感時(shí),設(shè)置測量頻率為1kHZ或10kHZ為佳。



1.測量內(nèi)阻時(shí),用電橋連接電機(jī)的任意兩相,定子電阻為測量值的一半。

2.測量電感時(shí),同樣用電橋連接電機(jī)的任意兩相,同時(shí)緩慢轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)子,待轉(zhuǎn)子穩(wěn)定再后讀取電橋測量結(jié)果,D軸電感為數(shù)值較小者的一半,Q軸電感為數(shù)值較大者一半,大多數(shù)的表貼式永磁同步電機(jī)的DQ軸電感值近似相等。


測量方法2:在沒有電橋的情況下,還可以借助電機(jī)驅(qū)動器測量定子電阻(R)和DQ軸電感(L)。




1.向逆變器施加(d,q)坐標(biāo)系下于兩相坐標(biāo)系下alfa軸相重疊的電壓矢量ud=常數(shù),uq=0,穩(wěn)態(tài)時(shí)電機(jī)靜止,電壓方程中電角速度為0,同時(shí)電流微分也為0,測出此時(shí)的電流id,根據(jù)電壓方程可得定子相電阻。實(shí)際上,為了消除死區(qū)的影響和功率器件的導(dǎo)通壓降,經(jīng)常采用差分算法來辨識電阻,具體做法就是就是向逆變器施加兩組不同幅值的電壓矢量ud1=常數(shù),uq1=0、ud2=常數(shù),uq2=0,然后測得兩組電流id1、id2,最后可得相電阻的計(jì)算公式:


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在差分辨識電阻的時(shí)候,給定電壓是要小心選擇的,最好是電流的線性關(guān)系和電壓的線性關(guān)系一致,比如給定電壓是呈2倍關(guān)系,那么電流也應(yīng)該大致呈2倍關(guān)系,如果偏差太大,說明選取的給定電壓不太合適。




2.在向逆變器施加(d,q)坐標(biāo)系下電壓矢量ud=常數(shù),uq=0時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)子是不會轉(zhuǎn)動的,此時(shí)的電機(jī)d軸就是一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié),時(shí)間常數(shù)為L/R。記錄下此時(shí)d軸電流i的上升曲線,根據(jù)一階慣性環(huán)節(jié)的性質(zhì),當(dāng)d軸電流從0上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2%時(shí),所經(jīng)歷的時(shí)間t剛好等于時(shí)間常數(shù)L/R,在得到定子電阻(R)值,可根據(jù)時(shí)間常數(shù)t得到電感(L)值:



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反電動勢系數(shù)和永磁體磁鏈其實(shí)表征同一個(gè)概念,指電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),磁鏈產(chǎn)生電動勢相對于轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系,反電動勢系數(shù)kv的單位為V.s/rad,而永磁體磁鏈單位為Wb,兩個(gè)單位可以互相轉(zhuǎn)化。


測量方法:測量反電動勢系數(shù)時(shí),需要借助示波器。


1.用示波器探頭連接電機(jī)的任意兩相,測量反電動勢的線電壓;

2.因?yàn)榉措妱觿葜狄话爿^小,盡量以較快速度轉(zhuǎn)動電機(jī),然后捕獲此時(shí)的反電動勢波形;

3.根據(jù)公式計(jì)算電機(jī)的反電動勢系數(shù);

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正規(guī)電機(jī)廠家電機(jī)出廠時(shí),都會配有詳細(xì)參數(shù)的規(guī)格書,但現(xiàn)在市面上大部分電機(jī)沒有相應(yīng)規(guī)格書,為了得到更好的控制性能,有必要對電機(jī)參數(shù)進(jìn)行測量。無論是電橋測得參數(shù)(受測量設(shè)備精度影響),還是逆變器測得參數(shù)(受逆變器非線性、采樣精度等影響),測量所得參數(shù)都可能具有一定誤差,在電機(jī)調(diào)試過程中,不要迷信測量所得參數(shù),有必要時(shí)需要進(jìn)行不斷的修正。



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