異步電機(jī)參數(shù)在線辨識技術(shù)的研究硬件部分時(shí)設(shè)計(jì)

1、中 國 礦 業(yè) 大 學(xué)本科生畢業(yè)設(shè) 計(jì)學(xué) 院： 中國礦業(yè)大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程與自動化 設(shè)計(jì)題目：異步電機(jī)參數(shù)在線辨識技術(shù)的研究（硬件部分）學(xué)院 應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 專業(yè)年級 電氣自動化 07-4 學(xué)生姓名 羅新功 任任務(wù)務(wù)下下達(dá)達(dá)日日期期：2010 年年 3 月月 10 日日畢業(yè)論文日期：畢業(yè)論文日期：2010 年年 3 月月 10 日至日至 2010 年年 6 月月 10 日日畢業(yè)論文題目：異步電機(jī)參數(shù)在線辨識技術(shù)的研究（硬件部分）畢業(yè)論文題目：異步電機(jī)參數(shù)在線辨識技術(shù)的研究（硬件部分）畢業(yè)論文專題題目：畢業(yè)論文專題題目：畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求：畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求：1 三相異步

2、電動機(jī)原理三相異步電動機(jī)原理2 異步電動機(jī)的參數(shù)辨識發(fā)展概述異步電動機(jī)的參數(shù)辨識發(fā)展概述3 異步電動機(jī)參數(shù)在線辨識原理異步電動機(jī)參數(shù)在線辨識原理4 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)5 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)院長簽字： 指導(dǎo)教師簽字：中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；工作態(tài)度及工作量；總體評價(jià)及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力；工作量

3、的大?。蝗〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點(diǎn)；寫作的規(guī)范程度；總體評價(jià)及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文答辯及綜合成績答 辯 情 況回 答 問 題提 出 問 題正 確基本正確有一般性錯(cuò)誤有原則性錯(cuò)誤沒有回答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要 異步電動機(jī)的用途十分廣泛，它遍及各個(gè)生產(chǎn)部門，容量從幾十瓦到高于幾千千瓦。在軋鋼廠中被用來拖動小型軋機(jī)，在相關(guān)工廠用來拖動卷揚(yáng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)。在工廠和家庭中到處可以看到異步電動機(jī)。異步機(jī)之所以用的如此廣泛，主要原因是它的結(jié)構(gòu)簡

4、單、造價(jià)低廉和維修方便，并有較好的工作特性。但是異步電動機(jī)也存在著功率因數(shù)低、調(diào)速性能不夠好等缺點(diǎn)。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，異步電動機(jī)的調(diào)速性能已大大地得到了改善。異步電動機(jī)的參數(shù)辨識既是基礎(chǔ)理論課題，又是應(yīng)用課題。目前有兩類辨識方法。一為頻域響應(yīng)法，該法在計(jì)算方法上較為成熟，算法穩(wěn)定性較好且具有一定的濾波功能；但其缺點(diǎn)是對輸入的信號要求嚴(yán)格。頻響分析是建立在線性系統(tǒng)基礎(chǔ)上，它不能反映動態(tài)過程中的非線性特征。二為時(shí)域辨識法，其最大優(yōu)點(diǎn)是能夠自動計(jì)及工況影響，一旦辨識成功，很多因素都自然包含在參數(shù)的估計(jì)值中，簡單易行、計(jì)算簡便、不需附加任何其他條件。但時(shí)域辨識法用于在線辨識時(shí)也存在一些問題：如周圍環(huán)

5、境的影響；辨識信號不能太大否則會影響電動機(jī)的正常工作；在線辨識還有可能遇到不同實(shí)驗(yàn)或同一實(shí)驗(yàn)所識別的參數(shù)不穩(wěn)定的問題。目前時(shí)域辨識方法主要有卡爾曼濾波法和最小二乘法，這兩種方法一是存在局部最小或收斂性問題，二是往往采取線性化而帶來誤差。本文分析了上述辨識方法，結(jié)合實(shí)例對比分析了其應(yīng)用特點(diǎn);并提出了在電動機(jī) t參數(shù)模型下將轉(zhuǎn)子漏抗集中折算到定子側(cè)的電動機(jī)參數(shù)識別方案。通過理論分析，闡述了方案的可行性，并通過仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了其可靠性和準(zhǔn)確性。在可接受測量精度的條件下，該方案使辨識方法更簡單，運(yùn)算速度更快，易實(shí)現(xiàn)，對驅(qū)動系統(tǒng)本身不須做大的改動。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: : 異步電動機(jī)，在線， 參數(shù)辨識，辨識研究

6、abstractthe use of a wide range of asynchronous motor, which throughout the various production sectors, higher capacity from tens of thousands of watts to kilowatts. in the rolling mill was used to drag a small mill, used to drag the winch in the relevant plant and blowers. everywhere in the factory

7、 and the family can see the induction motor. the reason why asynchronous machines so widely used, mainly because of its simple structure, low cost and easy maintenance and better operating characteristics. however, there are asynchronous motor power factor is low, speed performance is not good enoug

8、h shortcomings. with the development of inverter technology, induction motor speed performance has greatly improved. induction motor parameter identification is based on theoretical topics, it is the application task. there are two types of identification methods. 1 for the frequency response method

9、, the method is more mature in the calculation method, the algorithm stability is good and has some filtering; but its drawback is that the input signal demanding. frequency analysis is based on the establishment of linear systems, it does not reflect the nonlinear characteristics of dynamic process

10、. second time domain identification method, the biggest advantage is the ability to automatically account for effect, once the identification of success, many factors are naturally included in the parameter estimates, the simple calculation is simple, without any additional requirement. but the time

11、-domain identification method for online identification when there are some problems: if the surrounding environment; identification signal can not be too large otherwise it will affect the normal operation of electric motors; line identification may also encounter different or the same laboratory e

12、xperiments to identify the main instability. current time domain identification methods are kalman filtering and least square method, the first two methods exist local minima or convergence problems, the second is often brought to linearization errors.this paper analyzes the identification method, c

13、ompared with examples of its application characteristics; and made t parameter model in the motor rotor to the stator leakage reactance of the side focus on conversion of motor parameter identification program. through theoretical analysis, described the feasibility and the simulation results show i

14、ts reliability and accuracy. acceptable accuracy under the conditions of the program to identify ways simpler, faster, easy to implement, on the drive itself does not need big changes.key words: induction motor, on-line, parameter identification, identification of目目 錄錄1 1 三相異步電動機(jī)原理三相異步電動機(jī)原理 .11.1 三相

15、異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu).11.1.1 定子的結(jié)構(gòu) .11.1.2 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu) .11.1.3 氣隙.21.2 三相異步電動機(jī)的工作原理.21.2.1 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 .21.2.2 三相異步電動機(jī)的工作原理.41.3 異步電動機(jī)的工作特性 .41.3.1 轉(zhuǎn)速特性 n = f (2p).51.3.2 定子電流特性 1i = f (2p) .51.3.3 定子功率因數(shù)特性1cos = f (2p) .51.3.4 電磁轉(zhuǎn)矩特性 t = f (2p) .51.3.5 效率特性= (2p).5f2 2 異步電動機(jī)的參數(shù)辨識發(fā)展概述異步電動機(jī)的參數(shù)辨識發(fā)展概述 .72.1 發(fā)展情況 .72.2 異步電動機(jī)參

16、數(shù)辨識的種類.92.3 在線參數(shù)辨識的目的和意義.113 3 異步電動機(jī)參數(shù)在線辨識原理異步電動機(jī)參數(shù)在線辨識原理 .123.1 參數(shù)在線辨識原理 .123.2 影響異步電動機(jī)在線參數(shù)的因素 .123.3 三相異步電動機(jī)的 t 型等效電路.133.4 電機(jī)參數(shù)辨識常用試驗(yàn)方法 .164 4 硬件硬件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) .184.1 電源電路設(shè)計(jì) .184.2 溫度檢測電路設(shè)計(jì) .194.2.1.溫度傳感器的選擇.194.2.2.鉑電阻傳感器的測量電路.204.2.3.恒流源的設(shè)計(jì).214.2.4 檢測電路設(shè)計(jì) .224.3 atmega16 芯片.234.3.1 引腳設(shè)置 .234.3.2 復(fù)位電路設(shè)計(jì)

17、 .244.3.3 振蕩電路設(shè)計(jì) .254.3.4 單片機(jī)及外圍連接電路 .254.4 顯示電路設(shè)計(jì) .254.4.1 引腳設(shè)置 .264.4.2 顯示電路.264.5 串口通信 .275 5 結(jié)論結(jié)論 .28參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .29翻譯部分翻譯部分 .30英文部分 .30中文譯文 .34致致 謝謝 .40中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 1 頁1 三相異步電動機(jī)原理1.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)異步電動機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，定子和轉(zhuǎn)子之間有氣隙，為了減小勵(lì)磁電流，提高功率因數(shù)，氣隙應(yīng)做的盡可能小。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，異步電動機(jī)分為籠型異步電動機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)兩種。這兩種電動機(jī)的

18、定子結(jié)構(gòu)完全一樣，僅轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。1.1.11.1.1 定子的結(jié)構(gòu)定子的結(jié)構(gòu)異步電動機(jī)定子由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座等組成。定子鐵芯是電動機(jī)磁路的一部分，一般有絕緣漆的 0.5mm 硅鋼片疊壓而成，采用硅鋼片的原因是為了減少鐵損，絕緣漆可以減少鐵芯的渦流損耗。定子鐵芯的內(nèi)圓上開有很多個(gè)定子槽，用來安放三相對稱繞組。有引出 3 根線的，也有引出 6 根線的，可以根據(jù)需要連接成星形或三角形。機(jī)座的作用主要是固定定子鐵芯的，因此除有足夠的強(qiáng)度外，還要考慮通風(fēng)和散熱的需要，圖 11 是籠型異步電動機(jī)定子的結(jié)構(gòu)圖，圖 12 是籠型異步電動機(jī)的縱向結(jié)構(gòu)圖。 圖 1-1 圖 1-21.1.21.1.2 轉(zhuǎn)子

19、的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵芯也是磁路的一部分，一般由 0.5mm 硅鋼片疊成，鐵芯與轉(zhuǎn)軸必須可靠地固定，以便傳遞機(jī)械功率。轉(zhuǎn)子鐵芯的外圓周上也沖滿著槽，槽內(nèi)安放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子繞組分繞線型和籠型兩種，繞線型轉(zhuǎn)子為三相對稱繞組，常連接成星形，3 條出線通過軸上的 3 個(gè)滑環(huán)及壓在其上的 3 個(gè)電刷把電路引出。這種電動機(jī)在啟動和調(diào)速時(shí)，可以在轉(zhuǎn)子電路中串入外接電阻，或進(jìn)行串級調(diào)速。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組連接。如圖 13 所示。圖 1-3中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 2 頁籠型轉(zhuǎn)子繞組由槽內(nèi)的導(dǎo)條和端環(huán)構(gòu)成多相對稱閉合繞組，有鑄鋁和插銅條兩種

20、結(jié)構(gòu)。鑄鋁式轉(zhuǎn)子把導(dǎo)條、端環(huán)和風(fēng)扇一起鑄出，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，常用于中、小型電動機(jī)。插銅條式轉(zhuǎn)子把所有的銅條與端環(huán)焊接在一起，形成短路繞組。籠型轉(zhuǎn)子如果把鐵芯去掉單看繞組部分，其形似鼠籠，因此稱為籠型轉(zhuǎn)子，如圖 14 所示。圖 1-41.1.31.1.3 氣隙氣隙在定子和轉(zhuǎn)子之間存在著空氣隙，它的大小對電動機(jī)的性能影響很大。為了改善性能，異步電動機(jī)空氣隙一般較小，中、小型異步電動機(jī)的空氣隙為 0.21.5mm,而且是均勻的。1.2 三相異步電動機(jī)的工作原理1.2.11.2.1旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生已知異步電動機(jī)的工作三個(gè)條件首先是要有個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。對磁場的要求是：磁場的極性不變、大小不變

21、、轉(zhuǎn)速不變（穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速）。旋轉(zhuǎn)磁場是定子繞組按一定規(guī)律排列而產(chǎn)生的。理論與實(shí)踐證明：三相對稱繞組中通入三相對稱電流后，空間能產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，且極性、大小、轉(zhuǎn)速均不變。三相對稱電流：指a,b,c 三相電流大小相等，時(shí)間上互差120三相對稱繞組：指a,b,c 三相繞組匝數(shù)相等，空間上互差120為構(gòu)成三相對稱繞組，繞組在定子中安放有一定的規(guī)律，規(guī)定：1）三相定子繞組頭尾標(biāo)志為：a-x,b-y,c-z；2）三相定子繞組按a-z-b-x-c-y 的順序放入定子槽內(nèi)，使之空間互差120最簡單的是每相一個(gè)線圈，三相繞組共3 個(gè)線圈6 個(gè)線圈邊，定子上開有6 個(gè)槽。三相電流的表達(dá)式為 ： ， ， tiima

22、cos)120cos(tiimb)240cos(tiimc三相電流變化的頻率是f=50hz.a,b,c 三相是隨t 變化的，a、b、c 交替出現(xiàn)最大值稱之為正序。規(guī)定：電流為正值時(shí)，從每相線圈的首端（a、b、c）流出，由線圈末端（x、y、z）流入；電流為負(fù)值時(shí)，從每相線圈的末端流出，由線圈首端流入。符號表示電流流出，表示電流流入。取 4 4 個(gè)特定時(shí)間：(如圖1-5)中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 3 頁圖1-5可見，旋轉(zhuǎn)磁場有如下特點(diǎn)：1）相當(dāng)空間有一個(gè)大小、極性、轉(zhuǎn)速不變的磁極在旋轉(zhuǎn)；2）產(chǎn)生一對極，共開6 個(gè)槽，3 個(gè)線圈，跨矩為1/2 圓周；3）按a,b,c 相序，磁場逆時(shí)

23、針旋轉(zhuǎn)稱正轉(zhuǎn)；4）當(dāng)電流變化一個(gè)周期3600 時(shí)，磁場在空間轉(zhuǎn)一圈（）。若電流每秒變化f1 360周，磁場轉(zhuǎn)n0 轉(zhuǎn)即n0=f1 轉(zhuǎn)/秒；習(xí)慣上用每分鐘表示。n0=60f1 轉(zhuǎn)/分同步轉(zhuǎn)速。如2 極電動機(jī)，p=1，n0=60*f1=3000 轉(zhuǎn)/分若要求磁場產(chǎn)生4 4 個(gè)極呢？只需在繞組排列上作些變動即可，原則仍為：1）三相對稱繞組，空間互差120；2）放置次序?yàn)閍-z-b-x-c-y,不同的是每相不是一個(gè)線圈，而是4 個(gè)！下面以4 4 極電動機(jī)為例進(jìn)行分析：（如圖1-6）中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 4 頁圖1-6可見：1）電流變化一周360，磁場在空間只旋轉(zhuǎn)半圈180；2）轉(zhuǎn)

24、向仍為逆時(shí)針，正轉(zhuǎn)逆時(shí)針；3）轉(zhuǎn)速1500 轉(zhuǎn)/分；4）電動機(jī)極數(shù)多，磁場轉(zhuǎn)速慢的原因是：每個(gè)線圈只占1/4 圓周，較2極電動機(jī)少一半，一個(gè)極矩是180，電流變化一周是360，導(dǎo)體應(yīng)當(dāng)經(jīng)過一對極?，F(xiàn)在一對極只占半個(gè)圓周，固磁場轉(zhuǎn)動速度較2 極電動機(jī)慢一半。1.2.21.2.2 三相異步電動機(jī)的工作原理三相異步電動機(jī)的工作原理如已知定子能產(chǎn)生一個(gè)極性、大小、轉(zhuǎn)速均不變的旋轉(zhuǎn)磁場，以n0旋轉(zhuǎn)相當(dāng)于模型中的大磁鐵。當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受磁場切割，右手定則（相對運(yùn)動）可知，導(dǎo)條中感應(yīng)電勢的方向，又轉(zhuǎn)子是閉合的，所以在轉(zhuǎn)子繞組中有電流產(chǎn)生，轉(zhuǎn)子電流的方向在大多數(shù)導(dǎo)體中與電動勢方向是一致的，根據(jù)左手定則可知，這些載

25、流導(dǎo)體在磁場中受力所形成的總電磁力鉅方向是順時(shí)針的。這個(gè)電磁力矩就是拖動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩，它使轉(zhuǎn)子順磁場方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩在某一轉(zhuǎn)速下相等時(shí)，電動機(jī)就在這一轉(zhuǎn)速下正常運(yùn)行。1.3 異步電動機(jī)的工作特性異步電動機(jī)的工作特性是指在定子電壓、頻率均為額定值時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速、定子電流、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩、效率與輸出功率的關(guān)系，即在,時(shí)，,nuu 1nff 1n1i,同的關(guān)系。對于中、小型電動機(jī)，其工作特性可以用直接加負(fù)載的辦法測cos2t2p得。大容量電動機(jī)因受設(shè)備的限制，通常由空載和短路試驗(yàn)測出電動機(jī)的參數(shù)，然后再利用等值電路來計(jì)算出工作特性。中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本

26、科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 5 頁異步電動機(jī)的工作特性曲線，分別介紹如圖1-7： 圖 1-71.3.11.3.1 轉(zhuǎn)速特性轉(zhuǎn)速特性 = = ( () )nf2p 當(dāng)電動機(jī)空載時(shí)，輸出功率為為 0。電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩只用于克服空載轉(zhuǎn)矩，2p0t此時(shí)轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子銅損耗很小，可忽略；轉(zhuǎn)差率 s 很小，接近于 0,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速接近同步。隨著負(fù)載的增加，增大，這時(shí)轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流均增大，以產(chǎn)生大的電1n2p磁轉(zhuǎn)矩來平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。相應(yīng)的轉(zhuǎn)速有所下降，但降得不多；轉(zhuǎn)差率增加并不很大。當(dāng)=時(shí)，也增大到 0.0150.05 。轉(zhuǎn)速特性 = ()是稍微向下傾斜的一條近2pnpnsnf2p似直線的曲線。如圖 17 所示的第

27、 1 條曲線。這里的曲線從上是 1，2，到最下 5。1.3.21.3.2 定子電流特性定子電流特性 = = ( () )1if2p電動機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子電流差不多為 0，定子電流近似等于勵(lì)磁電流。隨著負(fù)載增2imi加，轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增大，勵(lì)磁電流基本不變，定子電流也增大。當(dāng)較大時(shí)，定2p子電流幾乎隨按正比例增加。如圖 17 所示的第 4 條曲線。2p1.3.31.3.3 定子功率因數(shù)特性定子功率因數(shù)特性 = = ( () )1cosf2p空載時(shí)=，空載電流基本上是無功電流，因此功率因數(shù)很低，不超過 0.2。1imi1cos當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，定子電流中的有功電流增加，使提高得較快。接近額定負(fù)載時(shí)，1

28、cos但最高。負(fù)載再增加時(shí)，由于轉(zhuǎn)差率增大，加大，轉(zhuǎn)子電流的無功分量有所增加，1cos2sr相應(yīng)定子電流無功分量隨之增加，反而略有下降。如圖 17 所示的第 3 條曲線。1.3.41.3.4 電磁轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩特性 = = ( () )tf2p將輸出轉(zhuǎn)矩 = / 代入式 = + ，可得異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩方程式 = / + 2t2pt2t0t2t2p。可以得出，電動機(jī)空載時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩 =，隨著負(fù)載增大，增加，由于機(jī)械角0tt0t2p速度變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩隨著的變化近似的為一條直線。如圖 17 所示的第 5 條曲線。2p1.3.51.3.5 效率特性效率特性= = ( () )f2p由效率公式：sm

29、cufecuppppppppp212212 可知，電動機(jī)空載時(shí)， = 0， = 0。隨著輸出功率增加，效率也在增加，但效2p2p率的高、低決定于損耗在輸入功率中所占的比重。損耗中的鐵損耗和機(jī)械損耗基本上不中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 6 頁隨負(fù)載的變化而變化，稱為不變損耗；而銅損耗和附加損耗隨負(fù)載的變化而變化，稱為可變損耗。當(dāng)輸出功率增加時(shí)，由于可變損耗增加較慢，所以效率上升較快。當(dāng)可變損耗等于不變損耗時(shí)，效率最高，約為 0.750.94，此時(shí)負(fù)載出現(xiàn)在（0.71.0）范圍內(nèi)，np當(dāng)超過額定負(fù)載時(shí)，可變損耗增加很快，效率反而降低。一般來說，電動機(jī)容量越大，效率越高。如圖 17 所

30、示的第 2 條曲線。中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 7 頁2 異步電動機(jī)的參數(shù)辨識發(fā)展概述2.1 發(fā)展情況直流電動機(jī)拖動和交流電動機(jī)拖動在 19 世紀(jì)中先后誕生。在 20 世紀(jì)的大部分年代里，約占整個(gè)電力拖動容量 80%的不變速拖動系統(tǒng)都采用交流電動機(jī)，而只占 20%的高控制性能可調(diào)速拖動系統(tǒng)則采用直流電動機(jī)，這似乎己經(jīng)成為一種舉世公認(rèn)的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的方案雖然早已有多種發(fā)明并得到實(shí)際應(yīng)用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。直到本世紀(jì) 70 年代初葉，席卷世界先進(jìn)工業(yè)國家的石油危機(jī)，迫使他們投入大量人力物力去研究高效高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，期望用它來節(jié)約能源。經(jīng)過十年左右的

31、努力，到了 80 年代大見效，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動的分工局限逐漸被打破了，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的比重逐年上升。在工業(yè)各部門用可調(diào)速交流調(diào)速拖動取代直流拖動的形勢已經(jīng)指日可待。讓交流電動機(jī)(特別是感應(yīng)電動機(jī))能實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速一直是學(xué)術(shù)界、工業(yè)界的夢想，因?yàn)樗菍?shí)現(xiàn)高效率調(diào)速的最佳手段。錢學(xué)森先生在工程控制論第一版(1954)專門列出交流系統(tǒng)一章。1971 年 f. blashke 在前人工作的基礎(chǔ)上，提出了磁場定向矢量控制原理，后來他以此論文以西德技術(shù)大學(xué)通過了博士了答辯。由于受當(dāng)時(shí)電力電子器件和微處理器的水平所限制，磁場定向矢量控制技術(shù)在 70 年代不可能得到大的發(fā)展。晶閘管問世不

32、久，mcmurray 換流電路(輔助可控硅換流電路)與 mcmurry-bedford 換流電路(串聯(lián)電感式換流電路)、串聯(lián)二極管電路，以及交交變頻周波變流器的相繼出現(xiàn)，可關(guān)斷器件 gtr 的實(shí)用化，16 位微處理器及 dsp 的日益完善，磁場定向矢量技術(shù)在 83-85 年左右才真正取得巨大進(jìn)步，并迅速轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品。其中 w.leohard 教授和他的學(xué)生們作了大量的工作。磁場定向矢量控制在磁場方向計(jì)算精確，可實(shí)現(xiàn)磁通和力矩的近似完全解禍，可對交流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)對象直流電動機(jī)般的準(zhǔn)確控制。但由于電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)參數(shù)必然會發(fā)生一些變化。例如，由于溫升、飽和等現(xiàn)象導(dǎo)致的原理性的參數(shù)變化；由于暫態(tài)、電源幅值

33、及頻率變動，或負(fù)載等變化導(dǎo)致的運(yùn)行參數(shù)變化。還有使用后隨時(shí)間推移產(chǎn)生的老化性的參數(shù)變化。例如，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸等受力部件的彈性疲勞，軸承磨損等對氣隙的影響，絕緣結(jié)構(gòu)及硅鋼片老化對電磁性能的影響，各種應(yīng)力作用及其所產(chǎn)生的振動，不僅直接損壞絕緣，且危及各零部件的強(qiáng)度。其他一些環(huán)境因素，如污物、粉塵、霉菌、鹽霧、腐蝕、輻射等也會影響電動機(jī)的功能及參數(shù)變化。尤其一些高度的非線性現(xiàn)象，當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行在大范圍內(nèi)變化時(shí)，參數(shù)改變的影響更為重要。例如，采用磁場定向矢量控制計(jì)算零頻下磁通的非線性模型，零頻下磁通的非線性模型一切均以轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)幾為準(zhǔn)，但受溫度升高影響而緩慢變化，受飽和影響快速變化。所以，將電動機(jī)模型當(dāng)作

34、恒定參數(shù)的現(xiàn)行方程式，不僅不符合實(shí)際，也滿足不了當(dāng)前發(fā)展的需要。這一切似乎表明除建立更精確的電動機(jī)數(shù)學(xué)模型來反映電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)外，電動機(jī)的控制手段也表現(xiàn)得更為智能化。鑒于此，參數(shù)的自估計(jì)就理所當(dāng)然成為 90 年代磁場定向矢量控制的研究重點(diǎn)。參數(shù)自估計(jì)包括:a 靜態(tài)方法(適用于電動機(jī)啟動時(shí)，或工作間隙運(yùn)行次程序)中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 8 頁b fo 一 im 的自適應(yīng)參數(shù)估計(jì)方法模型參考自適應(yīng)方法最小拍適應(yīng)控制前者嚴(yán)格意義上屬于參數(shù)離線識別，而后者則涉及到參數(shù)的實(shí)時(shí)測量。參數(shù)自測試是現(xiàn)代傳動系統(tǒng)的主要特征之一，這種參數(shù)自測試是建立在參數(shù)辨識方法之上，并在電動機(jī)運(yùn)行的過程中

35、自動完成，以保證對電動機(jī)實(shí)現(xiàn)更有效，更準(zhǔn)確的控制。交流傳動系統(tǒng)的自適應(yīng)問題包括兩個(gè)方面：(1)解決矢量控制系統(tǒng)對電動機(jī)參數(shù)的敏感性的問題。(2)在矢量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，解決交流傳動系統(tǒng)中對轉(zhuǎn)動慣量、負(fù)載、和各種非理想因素的適應(yīng)控制問題。感應(yīng)電動機(jī)磁場定向控制策略(矢量控制)在實(shí)現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩高性能控制的同時(shí)，存在對電動機(jī)參數(shù)的很強(qiáng)依賴性。一般的矢量控制系統(tǒng)無法適應(yīng)電動機(jī)參數(shù)隨電動機(jī)溫升和勵(lì)磁等工況不同所發(fā)生的變化，因而導(dǎo)致電動機(jī)在錯(cuò)誤的勵(lì)磁條件持續(xù)運(yùn)行和動態(tài)轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)震蕩。幾乎自矢量調(diào)整控制技術(shù)一出現(xiàn)，人，就希望尋找一種能解決電動機(jī)參數(shù)變化并確保系統(tǒng)性能的方法。近 10 年來，于電力電子技術(shù)和微電

36、子技術(shù)的迅猛發(fā)展，這一問題越來越受到人們的關(guān)注。解決感應(yīng)電動機(jī)矢量控制系統(tǒng)對電動機(jī)參數(shù)敏感性問題的方法不外乎有兩種:1.研究出不涉及任何電動機(jī)參數(shù)，不附加任何測試條件，以及對電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)不作任何要求的控制方法。2.準(zhǔn)確的獲得電動機(jī)的主要的實(shí)時(shí)參數(shù)用于電動機(jī)控制，以實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的控制。然后一種方案更易于實(shí)現(xiàn)。由此可見，電動機(jī)的參數(shù)辨識對于今天的工業(yè)應(yīng)用有非常重要的意義。電動機(jī)的參數(shù)辨識，尤其是對異步電動機(jī)的參數(shù)的識別的工作中大量科研工作者作了大量的工作。最初通過電動機(jī)空載、堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)獲取異步電動機(jī)的參數(shù)。而 70 年代初，提出利用電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速、電流與轉(zhuǎn)速特征關(guān)系進(jìn)行離線識別。隨著控制技術(shù)

37、的發(fā)展，人們可以通過對輸入輸出的結(jié)果的測量，用傳遞函數(shù)和狀態(tài)方程可識別動態(tài)系統(tǒng)參數(shù)，于是紛紛轉(zhuǎn)向可測量的電壓、電流、轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)軸的空間位置，來進(jìn)行參數(shù)識別。電動機(jī)運(yùn)行于暫態(tài)模式下，由于無功功率的計(jì)算與測量均依賴于轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)幾，為使二者間的偏差最小，基于此，garces 提出了在磁場定向的傳動系統(tǒng)中解決轉(zhuǎn)子時(shí)間常數(shù)幾適應(yīng)性的方案。zai 和 lipo onhard 僅局限于變化緩慢，轉(zhuǎn)速波動量在額定值的 5%條件下。gabriel 和 leonhard 則通過在磁場定向控制系統(tǒng)的 d 電流軸上疊加地電平的偽隨機(jī)二進(jìn)制碼序列以校正方法識別電動機(jī)參數(shù)，但 prbs 信號可能會對傳動系統(tǒng)的性能造成影響

38、。sheriling 提出了輸入四種不同的電壓信號通過測量電動機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下的電流頻響來確定電動機(jī)的漏感，轉(zhuǎn)子時(shí)常數(shù)，轉(zhuǎn)子電阻，定子電阻。holtz 以一只 80196 芯片完成了電動機(jī)參數(shù)的測量，并使之商品化，成為諸多商用變頻器上使用的一項(xiàng)專利。由此可以看出，異步電動機(jī)的參數(shù)識別經(jīng)歷了由離線識別到在線識別這一過程，而中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 9 頁且由靠單純的頻率響應(yīng)頻域識別的辦法發(fā)展到時(shí)域辨識法。隨著近幾年來現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，最小二乘法、卡爾曼濾波法，模糊算法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論也紛紛被引入，用以異步電動機(jī)的參數(shù)識別?？傮w而言，在電動機(jī)的參數(shù)識別的研究過程中，國外的科研工作者做

39、了大量的工作尤其是歐洲的科研工作者，其中以俄國的科研人員的工作最為深入。相形之下，美國近些年來似乎有意淡出在電動機(jī)這一領(lǐng)域的研究。而國內(nèi)科研工作者相對更加專注于同步電動機(jī)問題的研究工作，在異步電動機(jī)參數(shù)識別方面的投入不大，成果也不太多。2.2 異步電動機(jī)參數(shù)辨識的種類異步電動機(jī)參數(shù)辨識的種類在控制理論中，對一些物理現(xiàn)象或過程按需要進(jìn)行模型化，用觀測后得出的輸入，輸出數(shù)據(jù)來確定模型的參數(shù)及結(jié)構(gòu)稱為系統(tǒng)辨識。辨識的方法可以分為兩類:一種是利用辨識對象正常運(yùn)行條件下的輸入，輸出信息，在初始估計(jì)下開始，靠遞推算法，逐步修正估計(jì)值的在線辨識，其特點(diǎn)是在一定的條件下(計(jì)算機(jī)內(nèi)存，運(yùn)算速度及算法)能進(jìn)行實(shí)時(shí)

40、處理；另一類是將辨識對象由系統(tǒng)中分離出來受時(shí)間限制的離線辨識，其特點(diǎn):信息存儲大。電動機(jī)的參數(shù)辨識既是基礎(chǔ)理論課題又是實(shí)際應(yīng)用課題。由于電動機(jī)的復(fù)雜電磁狀態(tài)，其中的部分參數(shù)又表現(xiàn)出非線性，因此又是難度較大的課題。對此人們做了不少工作，形成了一些理論體系與方法。異步電動機(jī)的參數(shù)識別按辨識手段的特點(diǎn)又可分為兩類:一為頻域響應(yīng)法。該方法起源于 50 年代，在 70-80 年代形成了高潮:民前該方法在分析理論、測試及處理技術(shù)等方面都已有了根本的改進(jìn)?？偨Y(jié)近年來對頻域響應(yīng)法本身理論的研究與實(shí)踐可發(fā)現(xiàn)該法在計(jì)算方法上己較為成熟，算法穩(wěn)定性較好且具有一定的濾波功能。其缺點(diǎn)就是對輸入的信號要求嚴(yán)格:頻域分析建

41、立在線性系統(tǒng)基礎(chǔ)上，不能反映動態(tài)過程中的非線性。由于方法本身限制，目前國外電動機(jī)頻響研究趨于減少。二為時(shí)域辨識法。該方法于 70 年代末，開拓電動機(jī)參數(shù)測試的廣闊前景。其最大優(yōu)點(diǎn)是能夠自動計(jì)及工況影響，一旦辨識成功，很多自然的因素都包含在參數(shù)的估計(jì)值中，簡單易行、計(jì)算簡便、不附加任何其他條件。但在線辨識也存在一些問題:如周圍環(huán)境的影響;辨識信號不能太大否則會影響電動機(jī)的正常工作;在線辨識還有可能遇到不同實(shí)驗(yàn)或同一實(shí)驗(yàn)所識別的參數(shù)相差較大，即參數(shù)不穩(wěn)定的問題。目前時(shí)域辨識方法主要有卡爾曼濾波法和最小二乘法，這兩種方法一是存在局部最小或收斂性問題，二是往往采取線性化而帶來誤差。下面對異步電動機(jī)參數(shù)

42、辨識方法進(jìn)行一些綜述，異步電動機(jī)參數(shù)辨識的方法有離線辨識和在線辨識兩種。第一種主要解決的是異步電動機(jī)質(zhì)量檢測問題和異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)啟動時(shí)電動機(jī)參數(shù)的自檢測問題，第二種主要解決的是異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行過程中電動機(jī)參數(shù)變化的問題。具體可分為：1. 最小二乘法辨識電動機(jī)參數(shù)。在電動機(jī)參數(shù)辨識研究中，最小二乘法是一種運(yùn)用相當(dāng)多的一種回歸估計(jì)的參數(shù)辨識方法，它通常要求系統(tǒng)的輸出對于被辨識參數(shù)來說是線性的。在滿足了這個(gè)條件的時(shí)候，就能運(yùn)用最小二乘法的方法對參數(shù)進(jìn)行辨識了。在方差是白噪聲的時(shí)候，最小二乘法會有一致性，無偏性和有效性等統(tǒng)計(jì)性質(zhì)。通常在使用過程中，需要考慮每次觀測的數(shù)據(jù)對估計(jì)參數(shù)的不同影響，

43、就可以采用加權(quán)的方法，通過觀測精度和實(shí)際需要來確定中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 10 頁權(quán)矩陣的主對角元素。但為了能提高參數(shù)辨識的精度，就要求有盡量多的數(shù)據(jù)，也就是需要相當(dāng)大的樣本容量，但這樣一來就需要有更大的內(nèi)存容量，又加大了處理器計(jì)算的工作量，如果運(yùn)用遞推算法就可以不需要進(jìn)行重復(fù)的計(jì)算，而且可以不斷的更新估計(jì)值，所以就可以減少計(jì)算的工作量，使參數(shù)辨識方法簡便。當(dāng)今在電動機(jī)參數(shù)辨識過程中，提出最小二乘法的辨識方法，如果設(shè)定系統(tǒng)的干擾為白噪聲情況時(shí)。由于觀測的誤差，模型的誤差以及外干擾的存在，就使這種參數(shù)辨識的理想情況不在存在，也就導(dǎo)致了這種辨識方法不再具有無偏性。除此之外，相對

44、于電動機(jī)的狀態(tài)空間模型，現(xiàn)在常用的方法是檢驗(yàn)狀態(tài)空間模型的可觀測性，在將其轉(zhuǎn)換成可觀測的標(biāo)準(zhǔn)值，而后求出輸入輸出之間差分方程的關(guān)系，最后依據(jù)現(xiàn)有的方法進(jìn)行參數(shù)辨識。所以它的計(jì)算量相對與別的參數(shù)辨識方法還是比較大的。2. 狀態(tài)觀測法辨識電動機(jī)參數(shù)運(yùn)用狀態(tài)觀測器的方法進(jìn)行電動機(jī)參數(shù)的辨識，它的基本思想是把要進(jìn)行估計(jì)的電動機(jī)參數(shù)看作系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)，然后把估計(jì)的參數(shù)和電動機(jī)模型方程進(jìn)行組合，最后用觀測器的理論為依據(jù)來設(shè)計(jì)參數(shù)辨識方法，把我們需要的參數(shù)觀測出來。龍貝格觀測器和卡爾曼濾波器是電動機(jī)控制中最常用的兩種觀測器。第一種是根據(jù)極點(diǎn)配置理論來確定系統(tǒng)的狀態(tài)觀測器，第二種是最小方差意義上的最優(yōu)預(yù)測估計(jì)

45、方法。異步電動機(jī)通常是非線性系統(tǒng)，如果用龍貝格觀測器進(jìn)行電動機(jī)參數(shù)的辨識，那么就要運(yùn)用廣義的龍貝格觀測器。廣義龍貝格觀測器是龍貝格觀測器在非線性系統(tǒng)中的推廣。它基本的思想是：首先把非線性的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為線性化系統(tǒng)，然后運(yùn)用龍貝格觀測器的算法對其狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。通常電動機(jī)的模型受轉(zhuǎn)速的影響，都不是線性的，因此需要根據(jù)速度的變化來重新計(jì)算系統(tǒng)的模型和反饋矩陣，所以計(jì)算量比較大，計(jì)算時(shí)間也較長。因?yàn)閺V義龍貝格觀測器反饋矩陣的系數(shù)是通過極點(diǎn)配置來選擇的，所以極點(diǎn)選擇的好壞就決定了觀測器的性能。假如極點(diǎn)離虛軸很近，觀測器的收斂速度就會比較慢；假如極點(diǎn)離虛軸很遠(yuǎn)，測量的誤差就會被放大，影響到辨識的結(jié)果。遺憾的是

46、，現(xiàn)在我們比較多的選擇極點(diǎn)是在不同的轉(zhuǎn)速下依靠經(jīng)驗(yàn)來預(yù)先進(jìn)行判斷，利用我們要用到的極點(diǎn)重新來計(jì)算反饋系數(shù)。3. 模型參考自適應(yīng)辨識電動機(jī)參數(shù)模型參考自適應(yīng)法是自適應(yīng)控制方法的一種，它是根據(jù)控制系統(tǒng)中存在的不確定因素提出的，是一種依據(jù)數(shù)學(xué)模型的控制方法，它所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動的常態(tài)參數(shù)是很少的，所以要求在系統(tǒng)工作中實(shí)時(shí)獲取有關(guān)模型的信息，達(dá)到模型趨于完善的目的。應(yīng)用模型參考自適應(yīng)法對參數(shù)進(jìn)行辨識的主要思路是：把包括待估計(jì)參數(shù)的方程當(dāng)作可調(diào)模型，把不包括待估計(jì)參數(shù)的方程當(dāng)作參考模型，兩個(gè)模型包括同樣物理意義的輸出量。根據(jù)兩個(gè)模型輸出量之間的差值，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)淖赃m應(yīng)規(guī)律，動態(tài)的更新可調(diào)模型的參數(shù)，直

47、到兩個(gè)模型的輸出差值接近零值。在系統(tǒng)保持穩(wěn)態(tài)時(shí)，理論上就能認(rèn)定可調(diào)模型中的參數(shù)值就是我們需要的參數(shù)值，得到的此參數(shù)就能用來更新系統(tǒng)中對應(yīng)的參數(shù)。4. 信號注入法辨識電動機(jī)參數(shù)這種方法的思路是：通過給系統(tǒng)加入特定的檢測信號后，反饋系統(tǒng)的某個(gè)或某些物理量就會響應(yīng)，通過對這些物理量響應(yīng)的處理就能得到所要辨識的電動機(jī)參數(shù)。此參數(shù)辨識方法對輸入的檢測信號有特定的要求：首先，要求這個(gè)檢測信號對系統(tǒng)的影響與被中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 11 頁辨識電動機(jī)的參數(shù)有密切的關(guān)系；其次，這種檢測信號應(yīng)能滿足一些條件的限制，比如：要有足夠?qū)挼念l率范圍，測試信號要盡量大等條件；最后，外加的測試信號不能對

48、系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生明顯的影響。輸入的信號可以是系統(tǒng)正常工作時(shí)的信號，也可以是正常運(yùn)行條件下系統(tǒng)內(nèi)部的擾動信號，還可以是外加的測試信號。運(yùn)用正常的工作信號或內(nèi)部的擾動信號作為輸入檢測信號是比較方便的檢測方法，但是只有在它們符合參數(shù)辨識的要求時(shí)，省略掉外部附加的信號才是可以的。5. 智能控制法辨識電動機(jī)參數(shù)上述所敘述的是在控制中運(yùn)用較多而又比較經(jīng)典的參數(shù)辨識的方法，都具有自己的特色，也存在了一些自身的缺點(diǎn)，比如，參數(shù)辨識的精度受到噪聲的影響，并且收斂速度和魯棒性也需要進(jìn)一步的提高。在 dsp 等快速處理器發(fā)展的今天，許多智能控制理論的電動機(jī)參數(shù)辨識方法相繼也一一研究出來，這些參數(shù)辨識方法更加提高了

49、控制系統(tǒng)的性能。2.3 在線參數(shù)辨識的目的和意義電動機(jī)是隨著生活和工業(yè)的發(fā)展而誕生的，隨著社會的進(jìn)步而發(fā)展的，電動機(jī)技術(shù)的運(yùn)用反過來又帶動了社會生產(chǎn)力的不斷發(fā)展。生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，又要求更先進(jìn)的電動機(jī)及控制系統(tǒng)的應(yīng)用。20 世紀(jì) 30 年代初，出現(xiàn)了發(fā)電動機(jī)-電動機(jī)組，使調(diào)速性能優(yōu)異的直流電動機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。在 20 世紀(jì) 40 年代末到 50 年代，對串級及離子變頻的交流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了一些研究，并提出了無換向器電動機(jī)的原理。其后，晶閘管及電力電子自關(guān)斷器件的出現(xiàn)，為交流調(diào)速系統(tǒng)開辟了廣闊的空間。在實(shí)際的應(yīng)用中，直流調(diào)速系統(tǒng)的性能是優(yōu)于交流調(diào)速系統(tǒng)的，但隨著電動機(jī)使用技術(shù)的發(fā)展，交流電動機(jī)

50、在應(yīng)用領(lǐng)域越來越多的替代直流電動機(jī)，這就導(dǎo)致研究交流調(diào)速控制系統(tǒng)成為必然。然而要實(shí)現(xiàn)對交流電動機(jī)像直流電動機(jī)的控制那樣準(zhǔn)確，就需要知道電動機(jī)的準(zhǔn)確參數(shù)?？墒牵妱訖C(jī)在工作時(shí)參數(shù)是實(shí)時(shí)變化的，比如，由于溫度變化、集膚效應(yīng)、飽和等現(xiàn)象導(dǎo)致參數(shù)的變化。當(dāng)電動機(jī)在大范圍內(nèi)變化工作時(shí)，參數(shù)變化的影響就會更加的嚴(yán)重。當(dāng)前，我們所用的異步電動機(jī)和變頻器基本上是不同的廠家所生產(chǎn)的，相對于變頻器來說，電動機(jī)的參數(shù)是不知道的?？墒?，在啟動調(diào)速系統(tǒng)之前，我們必須要知道電動機(jī)的參數(shù)，雖然電動機(jī)的銘牌已經(jīng)給提供了少許的參數(shù)，但是高性能的拖動系統(tǒng)，這樣的數(shù)據(jù)并不能滿足我們的要求。所以，在啟動電動機(jī)之前需要對一些參數(shù)進(jìn)行精

51、確的測試，在調(diào)整調(diào)節(jié)器的參數(shù)，比如三相異步電動機(jī)，可以在電動機(jī)常態(tài)下測量電動機(jī)定子電壓和電流來獲得電動機(jī)的參數(shù)，這時(shí)，變頻器用來產(chǎn)生參數(shù)辨識所需要的各種測試信號。我們知道電動機(jī)參數(shù)以后，電動機(jī)在正常工作情況下，只需要在線辨識少量參數(shù)就可以了。磁場定向控制在對交流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩高性能控制的時(shí)候，對電動機(jī)參數(shù)的依賴性是很強(qiáng)的。平常的矢量控制系統(tǒng)是沒有辦法適應(yīng)電動機(jī)的參數(shù)隨溫度變化和勵(lì)磁等不同情況所發(fā)生的變化，這就導(dǎo)致電動機(jī)在不正確的勵(lì)磁條件下持續(xù)運(yùn)行和動態(tài)轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象。直接轉(zhuǎn)矩控制的時(shí)候，對整個(gè)控制系統(tǒng)的產(chǎn)生很大影響的因素是定子磁鏈的準(zhǔn)確與中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 12 頁否

52、。高速條件時(shí)，比大許多，的變化對定子磁鏈的影響就比較小，不考慮變sussirsrsr化的情況下，控制系統(tǒng)也能滿足正常要求。但是低速條件時(shí)，和在同一個(gè)數(shù)量級別，sussir此時(shí)就應(yīng)該考慮定子電阻的變化對定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩的影響。我們知道，定子電阻的變sr化范圍是很大的，一般可以達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)值的 0.751.7。如果此時(shí)不考慮定子電阻的變化情況，計(jì)算出來的定子磁鏈、轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確性將會受很大影響，這就使有定子磁鏈和轉(zhuǎn)矩輸出誤差決定的電動機(jī)運(yùn)行性能變差。定子電阻的誤差不僅影響到控制系統(tǒng)的控制精度，有的時(shí)侯還導(dǎo)致電動機(jī)不能穩(wěn)定的運(yùn)行。由上可知，電動機(jī)參數(shù)的變化對電動機(jī)的運(yùn)行有很大的影響，因此，電動機(jī)參數(shù)在線辨識

53、具有十分重要的意義。3 異步電動機(jī)參數(shù)在線辨識原理3.1 參數(shù)在線辨識原理矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制與電動機(jī)基本參數(shù)辨識是分不開的。異步電動機(jī)基本參數(shù)的變化對磁場定向的準(zhǔn)確性影響很大。當(dāng)基本參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，由于不能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的磁場定向，將導(dǎo)致矢量控制系統(tǒng)或直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)性能的下降，所以參數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響對電動機(jī)控制程度的好壞。因此，如何準(zhǔn)確地獲得這些參數(shù)是矢量控制系統(tǒng)或直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)需要解決的首要問題。下面講述一下異步電動機(jī)在線辨識中的原理。異步電動機(jī)定子繞組一般用銅材料制成，繞組的電阻值與繞組的溫度呈線性關(guān)系。通過測量繞組的溫度值，就可以根據(jù)電阻與溫度的線性關(guān)系計(jì)算出繞組的電阻值。繞組電阻

54、值與溫度的關(guān)系為： (3-1)0(1)rrt式中 r 是 t的電阻值，是 0的電阻，為電阻溫度系數(shù)，其中銅電阻溫度系數(shù)0r為/。34.27 10先測出異步電動機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下繞組的電阻值和溫度值，在前面已經(jīng)用直讀法測出了定子繞組的電阻值，再利用公式（3-1）就可以計(jì)算出 0的電阻，當(dāng)電動機(jī)工作時(shí)，0r通過定子槽內(nèi)溫度傳感器在線監(jiān)測出定子繞組的溫度，然后利用公式就可以計(jì)算出電動機(jī)工作時(shí)的動態(tài)定子電阻值。3.2 影響異步電動機(jī)在線參數(shù)的因素由于異步電動機(jī)在運(yùn)行過程中受到現(xiàn)場工況的影響，電動機(jī)參數(shù)會發(fā)生改變。主要影響因素如下:(l)溫度變化。在電動機(jī)正常工作的情況下，由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦，電動機(jī)溫度會發(fā)生

55、變化，而電動機(jī)的定子繞組一般是銅導(dǎo)線制成的，所以溫度變化會導(dǎo)致定子電阻阻值的變化。(2)頻率變化。異步電動機(jī)通過改變電源頻率而達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。當(dāng)電源頻率增大時(shí)，由于集膚效應(yīng)的影響，根據(jù)槽深的不同，轉(zhuǎn)子電感會有不同程度的減少，而轉(zhuǎn)子中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 13 頁電阻也會有不同程度的增大。(3)磁路飽和。勵(lì)磁電感是由氣隙長度與鐵心磁飽和程度來決定的，在一定的輸出范圍內(nèi)，當(dāng)電動機(jī)進(jìn)入到弱磁調(diào)速范圍，主磁通減少，磁飽和程度降低，勵(lì)磁電感將會增加。轉(zhuǎn)子電阻與轉(zhuǎn)子漏抗也受到磁飽和程度的影響。當(dāng)負(fù)載電流流過轉(zhuǎn)子導(dǎo)體時(shí)，轉(zhuǎn)子鐵心發(fā)生磁飽和，由于漏磁通的作用，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體同樣會產(chǎn)生集膚效應(yīng)

56、，使轉(zhuǎn)子電阻增大，轉(zhuǎn)子漏抗下降。(4)雜散損耗。要達(dá)到高精度轉(zhuǎn)矩控制，雜散損耗也不能忽視。一般雜散損耗約為額定輸出的 0.5%，但是當(dāng) 150%過載運(yùn)行時(shí)，雜散損耗將上升為額定輸出的 10%。3.3 三相異步電動機(jī)的 t 型等效電路三相異步電動機(jī)的定子接于電網(wǎng)電壓之后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，由電磁感應(yīng)定律可知轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，它們相互作用而建立電磁轉(zhuǎn)矩。由于對變壓器電磁理論比較熟悉，在分析異步電動機(jī)時(shí)，可以采用類比的方法將其旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子的參數(shù)折算到靜止的定子側(cè)，這樣可以簡化異步電動機(jī)模型的分析。（1）轉(zhuǎn)子不動時(shí)，定子繞組接入電網(wǎng)后有三相對稱電流通過，產(chǎn)生定子基波旋轉(zhuǎn)磁場它以同步轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組，并在

57、轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生三相對稱電流進(jìn)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子基波1n旋轉(zhuǎn)磁動勢。轉(zhuǎn)子磁動勢又影響了氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場，其結(jié)果是定子旋轉(zhuǎn)磁動勢和轉(zhuǎn)1f子旋轉(zhuǎn)磁動勢聯(lián)合起來產(chǎn)生氣隙主磁通，在定、轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電動勢和。2fm1e2e設(shè)當(dāng)定子繞組匝數(shù)為，繞組因數(shù)為時(shí)，由主磁通在定子繞組中感應(yīng)出的電1w1wkm動勢為：1e (3-2)mwkwfje11112設(shè)轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)為，繞組因數(shù)為，可得轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢為：2w2wk2e (3-3)mwkwfje22222有式(3-2)、(3-3)得電動勢變比為： (3-4)2211211wwkwkweek由電路定律可知，定、轉(zhuǎn)子的電動勢方程式： （3-5）一般定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組有

58、相同極數(shù)，但可以有不同的相數(shù)，設(shè)定子繞組相數(shù),轉(zhuǎn)1m子相數(shù)，則定子繞組磁動勢：2m1f (3-6)111112ipkwmfw 轉(zhuǎn)子磁動勢為：2f中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 14 頁 (3-7)222222ipkwmfw定子磁動勢和轉(zhuǎn)子磁動勢合并得出互感磁動勢，最后產(chǎn)生氣隙磁場。磁動勢1f2fmf平衡方程式： += (3-8)1f2fmf從式（3-6） （3-7） （3-8）導(dǎo)出電流平衡方程式為：+ = (3-9)11112ipkwmw22222ipkwmwmwipkwm1112寫成： (3-10)mikii221 式中 稱為電流變比。222111122wwkwmkwmiik有上

59、可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，異步電動機(jī)的基本方程組為： （3-11）（2）當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，可作類似的分析，其中： （3-12）111112)(.6060)(60sfnnnpnnnpnpf折算后的基本方程組為： （3-13）中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 15 頁 （3-14）22sees經(jīng)上述轉(zhuǎn)子到定子的折算，可以證明，能夠保持轉(zhuǎn)子總的視在功率不變，保持轉(zhuǎn)子電阻有功損耗不變，保持轉(zhuǎn)子漏磁場儲能不變及轉(zhuǎn)子磁勢的大小、轉(zhuǎn)速不變。根據(jù)式(3-14)，可以畫出異步電動機(jī)的 t 型等效電路為(其中一相)：圖 3-1 異步電動機(jī) t 型等效電路圖其中， 定子電阻；1r 經(jīng)過折算的轉(zhuǎn)子電阻；2r 互感電阻

60、；mr 電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的附加電阻；21rss 定子漏抗；1x 經(jīng)過折算的轉(zhuǎn)子漏抗；2x 互感電抗。mx將圖 3-1 的異步電動機(jī) t 型等效電路等效成如圖 3-2 的一個(gè)電路來進(jìn)行分析。不管它多么復(fù)雜，總有一個(gè)等值的電阻 r 和電抗 x，這個(gè)等值電阻和電抗可以用試驗(yàn)的方法得到。圖 3-2 是一個(gè)典型的由電阻和電抗組成的電路。中國礦業(yè)大學(xué) 2010 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第 16 頁圖 3-2 等效電路圖這是穩(wěn)態(tài)時(shí)的電動機(jī)等效電路。電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)參數(shù)必然會發(fā)生一些變化。因此，電動機(jī)參數(shù)采集時(shí)要在不同的工況下測得的參數(shù)進(jìn)行比較來確定準(zhǔn)確值。3.4 電機(jī)參數(shù)辨識常用試驗(yàn)方法本試驗(yàn)有三種電機(jī)狀態(tài)，即：空載試驗(yàn)