能源技术与管理 Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－９９４３．２０１５．０５．（）７７ ２０１５年第４０卷第５期 Ｖｏｌ＿４０ Ｎｏ．５ 异步电机的参数自测定 朱大根 （大同煤矿集团挖金湾虎龙沟煤业公司，山西大同０３７０４２） ［摘要］提出异步电机参数自测定方法是利用通用变频器本身实现定子电阻、转子电阻、定 子漏感、转子漏感、定转子互感的自动测试，方法简单，易于实现，实验结论参数测 定精度较高，应用价值高。 ［关键词］异步电机；数学模型；矢量控制；参数自测定 ［中图分类号］ＴＤ６１４￣．３［文献标识码］Ｂ［文章编号］ 的，这样才能适用于不同类型的异步电机＿３］。通常 ０ 引 言 众所周知，异步电机采用交流传动时其电机 模型的精确性对电机控制性能起着至关重要的作 用。如果完全知晓一台异步电机的数学模型，就可 以对电机采用非常准确的控制方式，以便于更好 测定电机参数的方法很多，文章提出的异步电机 参数自测定方法，利用通用的变频器对电机进行 直流、单相交流、互相空载等多角度去实验，获取 电机定子电阻、转子电阻、定子漏感、转子漏感、定 转子互感的参数，应用现场的环境就能实现，且易 地利用异步电机进行高效率运行，并且能够满足 不同性能及场合的传动需求。对被控制对象进行 分析、辨别和模型了解是电机控制系统设计的首 要任务，可从中得到可用且有效的电机控制的数 学模型。异步电机的数学模型是一种概念的模型， 于操作，同时具有较高的测试精度，可以满足无速 度传感器矢量控制系统的需要Ｉ４］。 １ 电机参数自测定步骤 电机参数自测定步骤如图１所示。由图１可知， 电机定子电阻Ｒ。可完全通过直流试验得到，通常 定转子电阻之和Ｒ ＋ 和定转子漏感之和 ＋ 电机参数的精度决定着电机的数学模型的精度， 而测定电机参数精度与测定的技术息息相关 ］。 目前人们广泛采用仪表法来测定电机参数，这就 需要专门的测试仪器和专业技术人员，并须在中 通过单相交流试验得到，而定转子问互感 可通 过电机在额定频率下的三相交流空载试验得到。 测量￡ 止生产情况下进行；测试过程相对非常复杂且不 易进行，一般在使用前做～次测定，并将结果固定 下来，在系统投入运行后往往不再重复类似的工 作，而通常情况下，电机运行一段时问后，其实际 的参数与测定参数之间存在较大差别，原有的测 ／／ ／ —— 空载 ｆ 测Ｒ１＋冗２／ ； 测量Ｒ 量Ｌｕ札：．／ 直流 单和交流 ｌ｜ 、 定参数不能满足现阶段需求，而其势必恶化系统 的控制性能；同时存在电缆因素，如当变频器和电 机之间的电缆超过一定长度时，电缆的电阻、分布 电感等影响也不容忽视。由此可见，常规的测试方 法存在种种缺陷，已经不能完全满足高性能交流 传动系统要求 ］。 ３ ｓ ３ ｓ初始值一５ ｓ一初始馑 图１ 电机参数ｇｔ测定步骤 ２电机在直流试验中测试 在直流测试中，给 相上桥加入斩波信号， 下桥常断， 、 相上桥常断，下桥常通。直流试验 在现实传动控制中由于无速度传感器矢量控 制方案中要用到电机参数，现场使用的电机参数 往往不可能预先知道，而且采用常规的方法去测 量电机参数也非常不现实。寻找一种在运行状态 时电路结构如图２中所示。在这种方法下，通过变 频器给电机施加直流电压去检测回路中的直流电 流，完全可以通过软件进行分析计算，即可实现定 子电阻 的自动测试。在直流试验中，定子电流 下的电机参数测定是非常必要的，而其采用一款 通用变频器具备电机参数自测定功能也是可行 的稳态值可以按照电机额定电流的１／２～１／４来进 行试验。 ２０１５年１Ｏ月 ０ｃｔ．．２０１５ 朱大根异步电机的参数自测定 ２０５ 图２直流实验电路结构 直流试验的两种工作模式如图３所示。由图 ３分析可知，当Ｕ相上桥接通时，试验中电流通过 ｕ相上桥ＩＧＢＴ流向 、 相下桥ＩＧＢＴ经过电机 定子绕阻，其中 一２ 为 与 （Ｗ）问电压（ 为直流母线电压， 为ＩＧＢＴ通态压降）；当 相 图４直流实验电压波形 与 （ ）相间平均电压为： ＝（ －２ ）Ａ一（１－Ａ）（ ＋ ） ＝ Ａ—ｕ，ｒ（ａ＋１）＋ （Ａ一１） （１） 式中人为斩波占空比。 定子电阻： Ｒ１－ １．）１“ 上桥断开时，电流通过ｕ相下桥二极管和 、 相下桥ＩＧＢＴ形成续流回路，其中一（ ＋ ）为 与Ｖ（ ）间电压（ 为续流二极管通态压降）。直 流试验的电压波形如图４所示。 （２） 式中： 为直流电流，其系数１．５是根据电机 三相绕组先并后串得到的总电阻为尺 帜。／２＝ １．５Ｒ 而得出的。 ３电机在单相交流的试验测试 通常可以利用短路试验来检测电机的部分参 数，然而在现场要使电机堵转，需要外加机械装 置，十分不便。可以转化思路，采用单相交流试验， 既可防止电机转动，又起到相当于短路试验的效 果＿５］。堵转电流可控制在电机额定电流的１／２ １／４ 范围内。当电机不转时，Ｓ＝Ｉ，且当外加单相交流电 （ａ）Ｕ相上桥接通 压频率 。大大高于额定频率时，由于 引起的阻 抗远远大于 和 引起的阻抗，所以可视 支 （ｂ）Ｕ相上桥断开 路为开路，则异步电机等效电路如图５所示，整个 回路由电阻尺 ＋Ｒ 和电感Ｌ ｝＋ 串联而成。 Ｓ＝Ｉ） 图３直流实验的两种工作模式 冗ｌ ～÷ Ｓ 图５单相交流实验等效电路 单相交流实验模式如图６所示，单相交流电 １．５１ （ 帜：） （３） 压的有效值 ·一般取额定电压的５％一１０％加到Ｕ 和 、Ｗ￣Ｚｆｎ－Ｊ。 式中： 为有功功率； 为 相电流有效值。 由式（３）可知： Ｒ１嘏 丧 图６单相交流实验模式 （４） 相电压指令是根据角频率 、电压有效值 经计算得到；Ｖ、 相电 。，以及直流母线电压 压指令均为０。单相交流试验的电压ＰＷＭ生成方 法如图７所示。 根据有功功率： 能源技术与管理 ２０６ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ２０１５年第４０卷第５期 Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．５ ２Ｘ／２ Ｕｌ 。。。。。。。。。。。。。。’。。。。。‘。。。‘。。。。。。。‘——ｕ ｓｉｎ０ ＋ Ｕｄｃ ＝ ＝０ 死区补偿 ＋ ＋ ｎ△广一 图７单相交流实现ＰＷＭ生成原理 有功功率 可由下式计算得到： １ ｒ ２丌 寺Ｊ。 ｉｎＯｉ．ｄＯ 因此，可以求得Ｒ ＋ 。 由于Ｒ 已由直流试验得到，所以 Ｒ２＝（ １＋Ｒ２） ｌ 再由 ／Ｌ／Ｌ／Ｌ５ ６ ７ 丽 面瓣、 ＼ ＼ 可得计算 ＋ 在实际工程应用中，可近似认为： Ｌ１Ｆ （Ｌ１ ＋ ）／２ ４ 电机在三相交流空载时的试验测试 在电机空载运行时，电机转速约等于同步转 速，Ｓ＝０，电机转子回路相当于开路，图８为异步电 机等效电路。 ｓ＝０） Ｊｓ 图８异步电机等效电路 则有 ２ ２ ２： （９） 』ｕ 式中：ｕ。为相电压有效值，一般取额定值； Ｌ为相电流有效值，为电机空载电流。 因此可求得 。 ５最终的实验结果 根据上述方法，选用某国产Ｙ系列３ ｋＷ４极 异步电机进行试验。在上述３种实验中，直流采用 ５００ Ｖ和１００ ｍＶ ２种电压进行测试，交流采取 ５００ Ｖ和５００ ｍＶ的电压进行测试。从５ ｍｓ的波 形看直流交流变化规律，图形均匀稳定，直流延直 线上延跳动，而交流是正弦波变动。实际电机参数 和用上述方法测试的电机参数如表ｌ所示。从表 １显示结果可知，本文提出的电机参数自测定方 法具有较高的可信度。 表１ 电机参数自测定结果 定子电转子电定子漏转子漏定转子互 阻／ｓｑ 阻／Ｉｔ感／ｍＨ感／ｍＨ感／ｍＨ ／Ｌ 实际值 ８ ＼ １．８９８ １．４５ ９．０ ９．０ １８７ 第１次测试值 １．９１１ １．４３ ８．８ ８．８ １８３ 第２次测试值１．８９８ １．４７ ８．９ ８．９ １８９ 第３次测试值 １．９１２ １．４８ ９．１ ９．１ １９２ 平均值 １．９０７ １．４６ ８．９３ ８．９３ １８８ 误差／％０．４７ ０．６９ ０．７ ０．７ ０．５３ ６结语 本文提出的电机参数自测定的方法，使用常 见变频器的硬件资源，可以自动实现定子电阻、转 子电阻、定子漏感、转子漏感、定转子互感的自动 测试，方法简单，易于实现，具有较高的测试精度， 并已成功用于无速度传感器矢量控制系统之中。 ［参考文献］ ［１］马昭钰，胡继胜，尹良镇．三相异步电机基本参数的测 定［Ｊ］．仪器仪表用户，２００７（４）． ［２］方攸同．异步电机测试技术与可靠性研究［Ｄ］．唐山： 河北工业大学，２００１． ［３］李胜利．新型异步电机参数辨识方法［Ｊ］．煤矿机械， ２０１２（８）． ［４］王晓晨，孙风香．矿井提升异步电动机矢量控制系统 的设计与仿真［Ｊ］．煤矿机械，２００７（１０）． ［５］吴晓新，阮毅．异步电机参数辨识方法的研究［Ｊ］．南通 纺织职业技术学院学报，２００５（４）． ［作者简介］ 朱大根（１９７２一），男，工程师，毕业于太原理工大学采 煤工程专业，现主要从事煤矿机电方面的技术工作。 ［收稿日期：２０１５—０７—０１］