專利名稱：一種無速度傳感器的交流異步電機(jī)變頻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無速度傳感器的交流異步電機(jī)變頻器，更具體地說，涉及基于PC 機(jī)的變頻器調(diào)試與監(jiān)控軟件，基于以太網(wǎng)、USB、RS485、RS232任一串行總線的通訊機(jī)制實(shí)現(xiàn) 該軟件與變頻器間的雙向數(shù)據(jù)通訊，交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)，交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速辨識(shí)， 無速度傳感器矢量控制方式的變頻器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行國產(chǎn)變頻器的設(shè)置或調(diào)試多是通過變頻器操作面板實(shí)現(xiàn)，一則操作煩鎖，再 者無法準(zhǔn)確判斷交流異步電機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)的定子電壓、定子電池、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩變化趨勢。 而采用基于PC機(jī)的變頻器調(diào)試與監(jiān)控軟件，則可以通過該視窗化人機(jī)界面設(shè)置變頻器的 相關(guān)參數(shù)，發(fā)布控制命令，以文體形式動(dòng)態(tài)顯示變頻器、交流異步電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，以圖形 化方式動(dòng)態(tài)顯示交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、定子電壓、定子電流的波形，直觀而又方便。對(duì)于高性能的變頻器，速度閉環(huán)是必不可少的，轉(zhuǎn)速閉環(huán)需要交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn) 速，而目前交流異步電機(jī)速度檢測裝置多采用光電脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器或測速發(fā)電機(jī)。 但是，由于速度傳感器的安裝給系統(tǒng)帶來如下缺陷(1)系統(tǒng)的成本增加。(2)碼盤在電機(jī)軸上的安裝，存在同心度問題，安裝不當(dāng)將影響測速精度。(3)使電機(jī)軸向上體積增大，而且給電機(jī)的維護(hù)帶來困難，同時(shí)破壞了異步電機(jī)簡 單堅(jiān)固的特點(diǎn)，降低了系統(tǒng)的機(jī)械魯棒性。(4)在高溫、高濕的惡劣環(huán)境下無法工作，而且速度檢測裝置工作精度易受環(huán)境條 件的影響。因此，無速度傳感器的交流異步電機(jī)變頻器受到當(dāng)前學(xué)術(shù)界的關(guān)注。其中交流異 步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鏈和轉(zhuǎn)速的估算都和電機(jī)參數(shù)相關(guān)，對(duì)電機(jī)參數(shù)的檢測準(zhǔn)確度直接影響到無 速度傳感器變頻器的性能。如果電機(jī)參數(shù)不準(zhǔn)確，將直接導(dǎo)致變頻器性能的下降。由于在 工作現(xiàn)場難以預(yù)知所用的電機(jī)參數(shù)，也不可能采用常規(guī)的電機(jī)試驗(yàn)去測量電機(jī)參數(shù)。因此， 在電機(jī)投入使用之前，自動(dòng)辨識(shí)出電機(jī)的參數(shù)是十分必要的。自動(dòng)辨識(shí)電機(jī)參數(shù)，較傳統(tǒng)的 現(xiàn)場電機(jī)試驗(yàn)法測量電機(jī)參數(shù)，不但提高了電機(jī)參數(shù)測量的準(zhǔn)確性，而且便于操作。無速度傳感器的交流異步電機(jī)變頻器，在線辨識(shí)電機(jī)速度是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)矢量控制的 關(guān)鍵。電機(jī)轉(zhuǎn)速辨識(shí)方法主要包括轉(zhuǎn)差頻率計(jì)算法、串聯(lián)雙模型法，基于狀態(tài)方程的直接綜 合法，模型參考自適應(yīng)(MRAQ法，擴(kuò)展卡爾曼濾波法等。其中MRAS法因其算法實(shí)現(xiàn)簡單， 辨識(shí)精度高而被廣泛應(yīng)用于無速度傳感器的交流異步電機(jī)矢量變頻控制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)行變頻器調(diào)試與監(jiān)控不便的實(shí)際情況，開 發(fā)基于PC機(jī)的變頻器調(diào)試與監(jiān)控軟件，通過以太網(wǎng)、USB、RS485、RS232任一串行總線實(shí)現(xiàn) 該軟件與變頻器間的雙向數(shù)據(jù)通訊。
針對(duì)現(xiàn)行交流異步電機(jī)參數(shù)檢測困難、檢測精度不高的現(xiàn)實(shí)，提出電機(jī)參數(shù)的自 動(dòng)辨識(shí)。具體做法在電機(jī)運(yùn)行之前，通過基于PC機(jī)的調(diào)試與監(jiān)控軟件，利用變頻器自身 的資源向電機(jī)輸入特定的激勵(lì)信號(hào)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行直流伏安法實(shí)驗(yàn)，單相交流實(shí)驗(yàn)，空載實(shí)驗(yàn) 以及階躍電壓實(shí)驗(yàn)，依據(jù)電機(jī)的響應(yīng)，采樣電壓、電流值并通過程序辨識(shí)出電機(jī)的相應(yīng)參數(shù)值。針對(duì)無速度傳感器的交流異步電機(jī)變頻器的速度在線辨識(shí)問題，依據(jù)離線辨識(shí)出 的電機(jī)參數(shù)，提出基于無功功率的MRAS法，在線辨識(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的閉 環(huán)矢量控制。本發(fā)明所述的交流異步電機(jī)參數(shù)與轉(zhuǎn)速的辨識(shí)方法包括以下步驟直流伏安法辨識(shí)定子電阻的步驟令其中的兩相繞組短接，與另外一相繞組串接， 向電機(jī)兩相施加高頻斬波電壓，調(diào)節(jié)頻率占空比，直到穩(wěn)定電流達(dá)到電機(jī)的額定電流，檢測 電機(jī)輸入的電壓值與輸出的電流值，利用歐姆定律計(jì)算得出定子電阻。單相實(shí)驗(yàn)法辨識(shí)交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻、定子漏感、轉(zhuǎn)子漏感的步驟令電機(jī)其中 一相繞組斷開，給另兩相施加電機(jī)額定電壓的0.4倍左右的正弦電壓。此時(shí)，檢測該兩相的 電壓、電流值，再利用相關(guān)函數(shù)的計(jì)算方法得出電壓、電流的基波幅值以及相位差，進(jìn)而計(jì) 算出電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻、定子漏感，轉(zhuǎn)子漏感?？蛰d實(shí)驗(yàn)法辨識(shí)互感的步驟給電機(jī)施加三相正弦電壓，使電機(jī)空載運(yùn)行，檢測 其中一相的相電壓、電流，再利用相關(guān)函數(shù)的計(jì)算方法得出電壓、電流的基波幅值以及相位 差，進(jìn)而辨識(shí)出定子轉(zhuǎn)子間的互感值。階躍電壓實(shí)驗(yàn)法辨識(shí)總漏感的步驟令電機(jī)的兩相短接與另一相串接，在足一定 的時(shí)間里，給電機(jī)施加一定幅值的電壓信號(hào)，檢測電機(jī)輸出電流，經(jīng)過近似等效，計(jì)算得出 總漏感值。采用MRAS法在線辨識(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速的步驟根據(jù)電機(jī)兩相靜止坐標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型推 導(dǎo)出無功功率計(jì)算公式，定子電流叉乘以電壓模型推算出的反電動(dòng)勢作為參考模型，定子 電流叉乘以電流模型推算出的反電動(dòng)勢作為可調(diào)模型，采用PI自適應(yīng)律，構(gòu)造交流異步電 機(jī)轉(zhuǎn)速在線辨識(shí)系統(tǒng)。在本發(fā)明所述的辨識(shí)方法中，考慮功率管與續(xù)流二極管的導(dǎo)通管壓降，開關(guān)延時(shí) 以及死區(qū)所帶來的影響，給予補(bǔ)償。
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明中無速度傳感器交流異步電機(jī)變頻器主電路示意圖；圖2是離線辨識(shí)交流異步電機(jī)參數(shù)的等效電路圖；圖3是采用MRAS法在線辨識(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速的結(jié)構(gòu)框圖；圖4是逆變器A相示意5是功率管的開關(guān)延時(shí)與死區(qū)對(duì)A相輸出電壓的影響示意圖
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，是一種無速度傳感器的交流異步電機(jī)閉環(huán)矢量控制的主回路，對(duì)電 機(jī)參數(shù)的離線辨識(shí)及轉(zhuǎn)速在線辨識(shí)的主要內(nèi)容包括1.定子電阻的離線辨識(shí)如圖1所示，將T3，T5—直關(guān)閉，將T2，T4，T6—直導(dǎo)通，給Tl施加一個(gè)高頻脈沖， 先給定較小的占空比D，再逐漸增大占空比到輸出電流達(dá)到額定值，此時(shí)檢測電機(jī)輸出電流 值以及占空比D，即可計(jì)算得出定子電阻值。等效電路如圖2(a)所示。在圖2(a)所示電路中Udc是母線電壓，D是高頻脈沖的占空比，Ia是檢測出的A 相電流，故由歐姆定律得定子電阻
權(quán)利要求
1.一種交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)方法，所述交流異步電機(jī)由變頻器驅(qū)動(dòng)，其特征在于， 向變頻器發(fā)送辨識(shí)信號(hào)；變頻器根據(jù)該辨識(shí)信號(hào)向所述交流異步電機(jī)輸入相應(yīng)的激勵(lì)信號(hào)，控制所述交流異步 電機(jī)作出相應(yīng)的響應(yīng)；變頻器接收所采樣的相應(yīng)的電壓和電流；變頻器根據(jù)所采樣的電壓和電流辨識(shí)所述交流異步電機(jī)的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于，所述交流異步電 機(jī)的參數(shù)包括定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、定子漏感、轉(zhuǎn)子漏感、定子轉(zhuǎn)子間的互感和總漏感。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于， 向變頻器發(fā)送第一辨識(shí)信號(hào)；變頻器根據(jù)該第一辨識(shí)信號(hào)，控制所述交流異步電機(jī)的其中兩相繞組短接，且短接的 所述其中兩相繞組與另外一相繞組串接，并向所述其中兩相繞組施加一高頻脈沖，逐漸調(diào) 節(jié)該高頻脈沖的占空比以使所述交流異步電機(jī)的輸出電流達(dá)到額定電流值； 接收所采樣的所述交流異步電機(jī)的輸入的電壓值和輸出的電流值； 根據(jù)所接收的所述輸入電壓值和輸出電流值辨識(shí)電機(jī)定子電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于， 向變頻器發(fā)送第二辨識(shí)信號(hào)；變頻器根據(jù)該第二辨識(shí)信號(hào)，控制所述交流異步電機(jī)的其中一相繞組斷開，且給所述 異步交流電機(jī)的另外兩相施加一正弦電壓；接收所采樣的所述另外兩相的電壓值、電流值；根據(jù)所述定子電阻及所接收的所述另外兩相的電壓值、電流值，辨識(shí)所述交流異步電 機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻、定子漏感和轉(zhuǎn)子漏感。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于， 向變頻器發(fā)送第三辨識(shí)信號(hào)；變頻器根據(jù)該第三辨識(shí)信號(hào)，給所述交流異步電機(jī)施加三相正弦電壓，使所述交流異 步電機(jī)空載運(yùn)行；接收所采樣的其中一相的電壓值和電流值；根據(jù)所述定子漏感及所接收的所述其中一相的電壓值和電流值，計(jì)算所述交流異步電 機(jī)的定轉(zhuǎn)子間的互感。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于， 向變頻器發(fā)送第四辨識(shí)信號(hào)；變頻器根據(jù)該第四辨識(shí)信號(hào)，控制所述交流異步電機(jī)的其中兩相繞組短接，且短接的 所述其中兩相繞組與另外一相繞組串接，并在一給定時(shí)間段內(nèi)向所述其中兩相繞組施加一 定幅值的電壓信號(hào)；接收所采樣的所述交流異步電機(jī)的輸入的電壓值和輸出的電流值； 根據(jù)所給定的時(shí)間、所述定子電阻及所接收的所述輸入的電壓值和輸出的電流值辨識(shí) 所述交流異步電機(jī)的總漏感。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于，還包括建立所述交流異步電機(jī)在兩相靜止坐標(biāo)系下的電壓模型和電流模型，并根據(jù)所述電壓模型和電流模型確定無功功率模型；將定子電流叉乘以所述電壓模型所得的反電動(dòng)勢作為參考模型； 將定子電流叉乘以所述電流模型所得的反電動(dòng)勢作為可調(diào)模型； 以所述參考模型可根據(jù)所辨識(shí)的所述異步交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻進(jìn)行修正并作為給定， 所述可調(diào)模型作為反饋進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，以辨識(shí)所述交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于，還包括對(duì)所辨識(shí) 的所述交流異步電機(jī)的參數(shù)進(jìn)行下列中的至少一種補(bǔ)償管壓降補(bǔ)償、開關(guān)延時(shí)補(bǔ)償、死區(qū) 補(bǔ)償。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)方法，其特征在于，還包括通過下列 中的任一種通訊機(jī)制由基于PC機(jī)的變頻器調(diào)試與監(jiān)控軟件向變頻器發(fā)送辨識(shí)信號(hào)以太 網(wǎng)、USB、RS485、RS232。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述交流異步電機(jī)的基于PC機(jī)的變頻器調(diào)試與監(jiān)控軟件，其特征 在于，還包括通過該軟件能夠設(shè)置變頻器的相關(guān)參數(shù)，發(fā)送控制命令，以文體形式動(dòng)態(tài)顯 示變頻器、交流異步電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，以圖形化方式動(dòng)態(tài)顯示交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、定 子電壓、定子電流的波形?；谝蕴W(wǎng)、USB、R485、RS232任一串行總線實(shí)現(xiàn)該軟件與變頻 器間的雙向數(shù)據(jù)通訊。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無速度傳感器的交流異步電機(jī)變頻器，包括基于PC機(jī)的變頻器在線調(diào)試與監(jiān)控軟件，通過該軟件能夠設(shè)置變頻器的相關(guān)參數(shù)，發(fā)布控制命令，以文體形式動(dòng)態(tài)顯示變頻器、交流異步電機(jī)的相關(guān)參數(shù)，以圖形化方式動(dòng)態(tài)顯示交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、定子電壓、定子電流的波形；基于以太網(wǎng)/USB/R485/RS232任一串行總線的通訊機(jī)制，實(shí)現(xiàn)調(diào)試軟件與變頻器間的雙向數(shù)據(jù)通訊；交流異步電機(jī)的參數(shù)辨識(shí)包括定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、定子漏感、轉(zhuǎn)子漏感、定轉(zhuǎn)子互感、總漏感；基于模型參考自適應(yīng)理論的交流異步電機(jī)轉(zhuǎn)速辨識(shí)。
文檔編號(hào)H02P21/14GK102111103SQ201010158308
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者陳世軍, 高軍禮, 黎國才 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)