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      電機參數測量——永磁同步電機控制

      更新時間:2024-01-03點擊次數:100

      永磁同步電機控制中,無論是有感FOC或無感FOC,獲取準確的電機參數可以提高控制器和觀測器的性能。在現代控制理論中,建立系統的數學模型是至關重要的一環,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確測量,建立模型的話,可以實現電機性能的極大優化,具體包括電參數轉子極對數(p)、定子電阻(R)、DQ軸電感(L)、反電動勢系數(Kv)、永磁體磁鏈和機械參數轉動慣量(J)、轉矩常數、摩擦系數等。其中機械參數往往難以測量,通常在調試過程中確定,本文主要介紹電氣參數常用、簡單的測量方法。

      永磁同步電機的電壓方程、磁鏈方程和力矩方程如圖1所示。



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

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      測量方法:


      1.將電機的A相接電源的正極,B相接電源的負極,C相可懸空,注意電源限流點設置在0.2A左右即可,不要設置太高,不然可能損壞電機;

      2.手動轉動電機轉子,在每個轉子穩定位置做好標記;

      3.轉子旋轉一周后,轉子極對數等于轉子穩定位置的個數;




      永磁同步電機三相線圈可視為電阻R和電感L的串聯模型,電阻R通常在毫歐級別,電感L通常在微亨級別,萬用表的精度是遠遠不夠的,通常需要借助于電橋或逆變器進行測量。



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



      1.測量內阻時,用電橋連接電機的任意兩相,定子電阻為測量值的一半。

      2.測量電感時,同樣用電橋連接電機的任意兩相,同時緩慢轉動電機轉子,待轉子穩定再后讀取電橋測量結果,D軸電感為數值較小者的一半,Q軸電感為數值較大者一半,大多數的表貼式永磁同步電機的DQ軸電感值近似相等。


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




      1.向逆變器施加(d,q)坐標系下于兩相坐標系下alfa軸相重疊的電壓矢量ud=常數,uq=0,穩態時電機靜止,電壓方程中電角速度為0,同時電流微分也為0,測出此時的電流id,根據電壓方程可得定子相電阻。實際上,為了消除死區的影響和功率器件的導通壓降,經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,uq1=0、ud2=常數,uq2=0,然后測得兩組電流id1、id2,最后可得相電阻的計算公式:


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      在差分辨識電阻的時候,給定電壓是要小心選擇的,最好是電流的線性關系和電壓的線性關系一致,比如給定電壓是呈2倍關系,那么電流也應該大致呈2倍關系,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)坐標系下電壓矢量ud=常數,uq=0時,電機轉子是不會轉動的,此時的電機d軸就是一個一階慣性環節,時間常數為L/R。記錄下此時d軸電流i的上升曲線,根據一階慣性環節的性質,當d軸電流從0上升到穩態值的63.2%時,所經歷的時間t剛好等于時間常數L/R,在得到定子電阻(R)值,可根據時間常數t得到電感(L)值:



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      反電動勢系數和永磁體磁鏈其實表征同一個概念,指電機旋轉時,磁鏈產生電動勢相對于轉速的比例關系,反電動勢系數kv的單位為V.s/rad,而永磁體磁鏈單位為Wb,兩個單位可以互相轉化。


      測量方法:測量反電動勢系數時,需要借助示波器。


      1.用示波器探頭連接電機的任意兩相,測量反電動勢的線電壓;

      2.因為反電動勢值一般較小,盡量以較快速度轉動電機,然后捕獲此時的反電動勢波形;

      3.根據公式計算電機的反電動勢系數;

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      正規電機廠家電機出廠時,都會配有詳細參數的規格書,但現在市面上大部分電機沒有相應規格書,為了得到更好的控制性能,有必要對電機參數進行測量。無論是電橋測得參數(受測量設備精度影響),還是逆變器測得參數(受逆變器非線性、采樣精度等影響),測量所得參數都可能具有一定誤差,在電機調試過程中,不要迷信測量所得參數,有必要時需要進行不斷的修正。



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