專利名稱：一種無速度傳感器的交流異步電機變頻器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種無速度傳感器的交流異步電機變頻器，更具體地說，涉及基于PC 機的變頻器調試與監控軟件，基于以太網、USB、RS485、RS232任一串行總線的通訊機制實現 該軟件與變頻器間的雙向數據通訊，交流異步電機的參數辨識，交流異步電機的轉速辨識， 無速度傳感器矢量控制方式的變頻器。
背景技術：
現行國產變頻器的設置或調試多是通過變頻器操作面板實現，一則操作煩鎖，再 者無法準確判斷交流異步電機在一段時間內的定子電壓、定子電池、轉速、轉矩變化趨勢。 而采用基于PC機的變頻器調試與監控軟件，則可以通過該視窗化人機界面設置變頻器的 相關參數，發布控制命令，以文體形式動態顯示變頻器、交流異步電機的相關參數，以圖形 化方式動態顯示交流異步電機轉速、轉矩、定子電壓、定子電流的波形，直觀而又方便。對于高性能的變頻器，速度閉環是必不可少的，轉速閉環需要交流異步電機的轉 速，而目前交流異步電機速度檢測裝置多采用光電脈沖編碼器、旋轉變壓器或測速發電機。 但是，由于速度傳感器的安裝給系統帶來如下缺陷(1)系統的成本增加。(2)碼盤在電機軸上的安裝，存在同心度問題，安裝不當將影響測速精度。(3)使電機軸向上體積增大，而且給電機的維護帶來困難，同時破壞了異步電機簡 單堅固的特點，降低了系統的機械魯棒性。(4)在高溫、高濕的惡劣環境下無法工作，而且速度檢測裝置工作精度易受環境條 件的影響。因此，無速度傳感器的交流異步電機變頻器受到當前學術界的關注。其中交流異 步電機轉子磁鏈和轉速的估算都和電機參數相關，對電機參數的檢測準確度直接影響到無 速度傳感器變頻器的性能。如果電機參數不準確，將直接導致變頻器性能的下降。由于在 工作現場難以預知所用的電機參數，也不可能采用常規的電機試驗去測量電機參數。因此， 在電機投入使用之前，自動辨識出電機的參數是十分必要的。自動辨識電機參數，較傳統的 現場電機試驗法測量電機參數，不但提高了電機參數測量的準確性，而且便于操作。無速度傳感器的交流異步電機變頻器，在線辨識電機速度是實現閉環矢量控制的 關鍵。電機轉速辨識方法主要包括轉差頻率計算法、串聯雙模型法，基于狀態方程的直接綜 合法，模型參考自適應(MRAQ法，擴展卡爾曼濾波法等。其中MRAS法因其算法實現簡單， 辨識精度高而被廣泛應用于無速度傳感器的交流異步電機矢量變頻控制。
發明內容
本發明要解決的技術問題在于，針對現行變頻器調試與監控不便的實際情況，開 發基于PC機的變頻器調試與監控軟件，通過以太網、USB、RS485、RS232任一串行總線實現 該軟件與變頻器間的雙向數據通訊。
針對現行交流異步電機參數檢測困難、檢測精度不高的現實，提出電機參數的自 動辨識。具體做法在電機運行之前，通過基于PC機的調試與監控軟件，利用變頻器自身 的資源向電機輸入特定的激勵信號，對電機進行直流伏安法實驗，單相交流實驗，空載實驗 以及階躍電壓實驗，依據電機的響應，采樣電壓、電流值并通過程序辨識出電機的相應參數值。針對無速度傳感器的交流異步電機變頻器的速度在線辨識問題，依據離線辨識出 的電機參數，提出基于無功功率的MRAS法，在線辨識電機的轉速，進而實現異步電機的閉 環矢量控制。本發明所述的交流異步電機參數與轉速的辨識方法包括以下步驟直流伏安法辨識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， 向電機兩相施加高頻斬波電壓，調節頻率占空比，直到穩定電流達到電機的額定電流，檢測 電機輸入的電壓值與輸出的電流值，利用歐姆定律計算得出定子電阻。單相實驗法辨識交流異步電機轉子電阻、定子漏感、轉子漏感的步驟令電機其中 一相繞組斷開，給另兩相施加電機額定電壓的0.4倍左右的正弦電壓。此時，檢測該兩相的 電壓、電流值，再利用相關函數的計算方法得出電壓、電流的基波幅值以及相位差，進而計 算出電機的轉子電阻、定子漏感，轉子漏感。空載實驗法辨識互感的步驟給電機施加三相正弦電壓，使電機空載運行，檢測 其中一相的相電壓、電流，再利用相關函數的計算方法得出電壓、電流的基波幅值以及相位 差，進而辨識出定子轉子間的互感值。階躍電壓實驗法辨識總漏感的步驟令電機的兩相短接與另一相串接，在足一定 的時間里，給電機施加一定幅值的電壓信號，檢測電機輸出電流，經過近似等效，計算得出 總漏感值。采用MRAS法在線辨識電機轉速的步驟根據電機兩相靜止坐標下的數學模型推 導出無功功率計算公式，定子電流叉乘以電壓模型推算出的反電動勢作為參考模型，定子 電流叉乘以電流模型推算出的反電動勢作為可調模型，采用PI自適應律，構造交流異步電 機轉速在線辨識系統。在本發明所述的辨識方法中，考慮功率管與續流二極管的導通管壓降，開關延時 以及死區所帶來的影響，給予補償。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是本發明中無速度傳感器交流異步電機變頻器主電路示意圖；圖2是離線辨識交流異步電機參數的等效電路圖；圖3是采用MRAS法在線辨識電機轉速的結構框圖；圖4是逆變器A相示意5是功率管的開關延時與死區對A相輸出電壓的影響示意圖
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發明進一步詳細說明。如圖1所示，是一種無速度傳感器的交流異步電機閉環矢量控制的主回路，對電 機參數的離線辨識及轉速在線辨識的主要內容包括1.定子電阻的離線辨識如圖1所示，將T3，T5—直關閉，將T2，T4，T6—直導通，給Tl施加一個高頻脈沖， 先給定較小的占空比D，再逐漸增大占空比到輸出電流達到額定值，此時檢測電機輸出電流 值以及占空比D，即可計算得出定子電阻值。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
權利要求
1.一種交流異步電機的參數辨識方法，所述交流異步電機由變頻器驅動，其特征在于， 向變頻器發送辨識信號；變頻器根據該辨識信號向所述交流異步電機輸入相應的激勵信號，控制所述交流異步 電機作出相應的響應；變頻器接收所采樣的相應的電壓和電流；變頻器根據所采樣的電壓和電流辨識所述交流異步電機的參數。
2.根據權利要求1所述交流異步電機的參數辨識方法，其特征在于，所述交流異步電 機的參數包括定子電阻、轉子電阻、定子漏感、轉子漏感、定子轉子間的互感和總漏感。
3.根據權利要求2所述交流異步電機的參數辨識方法，其特征在于， 向變頻器發送第一辨識信號；變頻器根據該第一辨識信號，控制所述交流異步電機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 節該高頻脈沖的占空比以使所述交流異步電機的輸出電流達到額定電流值； 接收所采樣的所述交流異步電機的輸入的電壓值和輸出的電流值； 根據所接收的所述輸入電壓值和輸出電流值辨識電機定子電阻。
4.根據權利要求3所述交流異步電機的參數辨識方法，其特征在于， 向變頻器發送第二辨識信號；變頻器根據該第二辨識信號，控制所述交流異步電機的其中一相繞組斷開，且給所述 異步交流電機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，辨識所述交流異步電 機的轉子電阻、定子漏感和轉子漏感。
5.根據權利要求4所述交流異步電機的參數辨識方法，其特征在于， 向變頻器發送第三辨識信號；變頻器根據該第三辨識信號，給所述交流異步電機施加三相正弦電壓，使所述交流異 步電機空載運行；接收所采樣的其中一相的電壓值和電流值；根據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，計算所述交流異步電 機的定轉子間的互感。
6.根據權利要求2所述交流異步電機的參數辨識方法，其特征在于， 向變頻器發送第四辨識信號；變頻器根據該第四辨識信號，控制所述交流異步電機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，并在一給定時間段內向所述其中兩相繞組施加一 定幅值的電壓信號；接收所采樣的所述交流異步電機的輸入的電壓值和輸出的電流值； 根據所給定的時間、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 所述交流異步電機的總漏感。
7.根據權利要求2所述交流異步電機的參數辨識方法，其特征在于，還包括建立所述交流異步電機在兩相靜止坐標系下的電壓模型和電流模型，并根據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勢作為可調模型； 以所述參考模型可根據所辨識的所述異步交流電機的轉子電阻進行修正并作為給定， 所述可調模型作為反饋進行PI調節，以辨識所述交流異步電機的轉速。
8.根據權利要求1所述交流異步電機的參數辨識方法，其特征在于，還包括對所辨識 的所述交流異步電機的參數進行下列中的至少一種補償管壓降補償、開關延時補償、死區 補償。
9.根據權利要求1所述交流異步電機的參數辨識方法，其特征在于，還包括通過下列 中的任一種通訊機制由基于PC機的變頻器調試與監控軟件向變頻器發送辨識信號以太 網、USB、RS485、RS232。
10.根據權利要求9所述交流異步電機的基于PC機的變頻器調試與監控軟件，其特征 在于，還包括通過該軟件能夠設置變頻器的相關參數，發送控制命令，以文體形式動態顯 示變頻器、交流異步電機的相關參數，以圖形化方式動態顯示交流異步電機轉速、轉矩、定 子電壓、定子電流的波形。基于以太網、USB、R485、RS232任一串行總線實現該軟件與變頻 器間的雙向數據通訊。
全文摘要
本發明涉及一種無速度傳感器的交流異步電機變頻器，包括基于PC機的變頻器在線調試與監控軟件，通過該軟件能夠設置變頻器的相關參數，發布控制命令，以文體形式動態顯示變頻器、交流異步電機的相關參數，以圖形化方式動態顯示交流異步電機轉速、轉矩、定子電壓、定子電流的波形；基于以太網/USB/R485/RS232任一串行總線的通訊機制，實現調試軟件與變頻器間的雙向數據通訊；交流異步電機的參數辨識包括定子電阻、轉子電阻、定子漏感、轉子漏感、定轉子互感、總漏感；基于模型參考自適應理論的交流異步電機轉速辨識。
文檔編號H02P21/14GK102111103SQ201010158308
公開日2011年6月29日 申請日期2010年4月22日 優先權日2010年4月22日
發明者陳世軍, 高軍禮, 黎國才 申請人:廣東工業大學