摘要 介紹了根據傳統的電機學試驗原理，在變頻器中對電機參數進行離線測試，通過對其采取相應的措施以達到測試參數的高精確度。 關鍵字 矢量控制；電機參數；離線測試 0 引言 在異步電機的矢量控制系統中，電動機的參數是十分重要的物理量。在電機學中利用電動機的參數構成等值電路，以此為基礎可以對三相電動機的各種運行特性進行分析。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的技術數據進行理論計算，但計算復雜，并且與實際有較大誤差；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：一種是在線測試，一種是離線測試。在線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、程序計算量大等問題，故很少采用。 這里主要介紹根據傳統的電機學試驗原理，在變頻器中對電機參數進行離線測試，通過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鍵是如何得到低壓直流電源，當變頻器直接連接到電網時，其直流母線電壓較高，通常的辦法是對直流母線進行電壓斬波控制，得到一個平均值很低、周期固定且占空比固定的高頻電壓脈沖系列，這樣經過定子繞組中的電感濾波后，就得到一個脈動很小的直流電流。如果占空比為D，直流母線電壓為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電流，應該正確考慮占空比的設定，在實際測試中可以采用電流閉環加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，即實際運行電流。試驗時，變頻器中的開關器件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，由于IGBT在開通和關斷過程中都有一定的延時，為了準確計算輸出的直流電壓，這部分延時也不能忽略。 1.2 利用堵轉試驗測試轉子電阻及定轉子漏感 在實際的應用中，對電機進行堵轉比較困難，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，沒有電磁轉矩產生，其電磁現象與三相堵轉時基本相同，測試中，讓電機的某一相開路，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，為了防止過電流現象，可以采用測定子電阻的方法加入一個PI 閉環控制，但同時也需要考慮IGBT 的壓降和續流二極管的壓降產生的影響。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關之間的動作必須加入一段死區時間，一般為3～5μs，由于死區時間產生的誤脈沖對系統性能的影響較大，必須重點考慮，因此，對高精度的參數測試，死區時間是不可忽略的一個重要因素。 在考慮到死區時間的影響和IGBT 的開通關斷的時間后，實際的輸出電壓和給定的PWM 脈沖之間的關系表示如圖3 所示。從圖3 中可以看出，死區時間對實際輸出電壓的影響，在負載電流大于零時，實際的相電壓輸出比控制要求減少了td+tr-tf的時間；在負載電流小于零時，實際的相電壓輸出比控制要求增加了一段td+tr-tf的時間。在實際中如果根據采樣得到的電機電流對PWM 脈沖進行相應的調整，就可以對逆變器系統引入的控制偏差進行補償，從而使得變頻器系統實際的輸出電壓和控制要求一致。 1.3 利用空載試驗測試定轉子間的互感 在三相異步電動機的空載試驗中，由于電動機處于空載狀態，轉子電流很小，轉差可以近似為0，等效電路如圖4 所示。圖中，rm為勵磁電阻，jXm為互感電抗。 如果測試中測得的額定電壓為U1，空載電流為I1，空載輸入功率為P0，則可以計算出空載時阻抗Z0，短路電阻Rk 和短路電抗Xk，這樣就可以按照堵轉試驗的計算方法計算異步電機空載等值電路中的電抗和電感。 電機勵磁電抗為 在試驗中，功率器件的開關延時和死區時間的控制比較重要，死區時間的引入使輸出電壓下降，相位漂移，從而使電機電流偏小，測量的阻抗偏大，為了提高空載試驗的測量精度，實際測試中可以采用電流前饋和電流反饋相結合的方法，通過檢測電流的極性和幅值來確定輸出電壓的大小。 2 試驗驗證 用一臺11 kW/380V 的變頻器帶動4kW 的電機進行了參數測試，變頻器控制CPU 采用的芯片是TMS320F2812，并把測試的結果與常規電機學測試結果作以比較。在常規的電機學測試中，用FLUKE 公司的F41B 測試儀測試電壓、電流和功率，以便得出準確的參數。測試結果及參數分別如表1、表2、表3 所列。 通過試驗數據可以看出，變頻器測試的結果與常規電機學試驗的結果相差較小，誤差基本在5%以內，試驗表明，參數測試的精度完全可以滿足矢量控制的要求，這對于準確測定三相異步電動機的參數具有特別重要的意義和參考價值。 3 結語 對三相異步電機參數的試驗測試，是變頻器進行矢量控制的關鍵。只有準確地輸入電機的參數，矢量控制功能才能得到發揮，從而能對電機進行可靠的控制。本文介紹的方法比單純依據電機銘牌數據輸入要準確得多，是獲取電機參數的較理想的措施。