PMSMLdLq參數(shù)測(cè)量

1、哇哈哈PMSM參數(shù)測(cè)量實(shí)驗(yàn)測(cè)量永磁同步電機(jī)定子電阻、交軸電感、直軸電感、轉(zhuǎn)子磁鏈以及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。1. 定子電阻的測(cè)量采用直流實(shí)驗(yàn)的方法檢測(cè)定子電阻。通過(guò)逆變器向電機(jī)通入一個(gè)任意的空間電壓矢量Ui（例如Ui）和零矢量U0,同時(shí)記錄電機(jī)的定子相電流，緩慢增加電壓矢量 Ui的幅值，直到定子電流 達(dá)到額定值。如圖1所示為實(shí)驗(yàn)的等效圖,A、B、C為三相定子繞組，Ud為經(jīng)過(guò)斬波后的等效I d圖1電路等效模型低壓直流電壓。Id為母線(xiàn)電流采樣結(jié)果。 當(dāng)通入直流時(shí)， 記錄此時(shí)的穩(wěn)態(tài)相電流。因此，定子電阻值的計(jì)算公式為：電機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定以后，電機(jī)轉(zhuǎn)子定位,1 a id J b 二1IcId2(1)RsdS 3Id(2)

2、2. 直軸電感的測(cè)量在做直流實(shí)驗(yàn)測(cè)量定子電阻時(shí)，定子相電流達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，永磁轉(zhuǎn)子將旋轉(zhuǎn)到和定子電壓矢量重 合的位置，也即此時(shí)的d軸位置。測(cè)定定子電阻后，關(guān)斷功率開(kāi)關(guān)管，永磁同步電機(jī)處于自由狀 態(tài)。向永磁同步電機(jī)施加一個(gè)恒定幅值，矢量角度與直流實(shí)驗(yàn)相同的脈沖電壓矢量（例如U1），此時(shí)電機(jī)軸不會(huì)旋轉(zhuǎn)（3 =0），d軸定子電流將建立起來(lái)，則d軸電壓方程可以簡(jiǎn)化為：RtdidUd - Rid - Lqiq Ld d dti(t)*(1_eLd ) R對(duì)于d軸電壓輸入時(shí)的電流響應(yīng)為：利用式（4）以及測(cè)量得到的定子電阻值和觀測(cè)的電流響應(yīng)曲線(xiàn)可以計(jì)算得到直軸電感值。其中U/R為穩(wěn)態(tài)時(shí)的電流反應(yīng)，R為測(cè)得的電機(jī)

3、定子電阻。由上式可知電流上升至穩(wěn)態(tài)值的R0.632倍時(shí)，t = -1，電感與電阻的關(guān)系式可以寫(xiě)成:Ld0.632其中to.632為電流上升至穩(wěn)態(tài)值0.632倍時(shí)所需的時(shí)間3. 交軸電感的測(cè)量測(cè)出Ld之后,在q軸方向(d軸加90° )施加一脈沖電壓矢量。電壓矢量的作用時(shí)間一般選取 的很短，小于電機(jī)的機(jī)械時(shí)間常數(shù)，保證電機(jī)軸在電壓矢量作用期間不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。則q軸電壓方程可以簡(jiǎn)化為：Uq 二 RiqgdLq 譽(yù)dtUq 二 RiqLqqqq dt2(10)q軸電流將按如下的指數(shù)形式建立U "ti(t-(VeLq)R利用測(cè)量直軸電感的方法同樣可以測(cè)量交軸電感。此外，由于沒(méi)有正好超前d軸

4、90°的電壓矢量，需要施加一個(gè)60°和120°合成矢量來(lái)完成等效q軸電壓矢量的施加過(guò)程。并且在進(jìn)行脈沖電壓實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，電壓幅值和作用時(shí)間應(yīng)選擇適當(dāng)。電壓幅值選擇太小，影響檢測(cè)精度，過(guò)大可能使電流超過(guò)系統(tǒng)限幅值影響系統(tǒng)安 全。作用時(shí)間過(guò)短，采樣點(diǎn)少，獲取的電流信息少，也會(huì)影響檢測(cè)精度，作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電流同樣 可能過(guò)大影響系統(tǒng)安全，并且電機(jī)容易發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。4. 反電勢(shì)系數(shù)的測(cè)量采用空載實(shí)驗(yàn)法，即用測(cè)功機(jī)帶動(dòng)被測(cè)永磁同步電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)保持被測(cè)電機(jī)負(fù)載開(kāi)路，測(cè)試此時(shí)的電機(jī)空載相電壓， 即為反電勢(shì)電壓。結(jié)合轉(zhuǎn)速、 反電勢(shì)可以計(jì)算得出 相應(yīng)的反電勢(shì)系數(shù)，計(jì)算公式如

5、下：Ke=E 1000(8)n式中：E為反電勢(shì)，n為轉(zhuǎn)速。電機(jī)的反電勢(shì)系數(shù)，其定義為每 1000PRM時(shí)電機(jī)每相繞組上的反電勢(shì) 電壓的有效值(請(qǐng)注意不是線(xiàn)線(xiàn)電壓，是線(xiàn)到中性線(xiàn)的電壓，單位為：V/KRPM/相)這種方法需要將被測(cè)電機(jī)運(yùn)行至發(fā)電狀態(tài)，并且需要負(fù)載開(kāi)路手動(dòng)測(cè)試反電勢(shì)。5. 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量 根據(jù)簡(jiǎn)化的電機(jī)運(yùn)動(dòng)方程：Te -Tl =J(9)在電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行過(guò)程中，測(cè)量時(shí)間-=t內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化.-： ，即可計(jì)算得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。保持永磁電機(jī)定子端開(kāi)路，首先用測(cè)功機(jī)以恒定轉(zhuǎn)矩拖動(dòng)電機(jī)加速運(yùn)行，分別記錄t1與t2時(shí)刻轉(zhuǎn)速31與32 ；然后讓電機(jī)自由停機(jī)，并分別記錄 t3與t4時(shí)刻的轉(zhuǎn)速 33與34

6、。列寫(xiě)方 程組：tt14 .'3Itt3= 0_T°Tm=P/式中 Tm 為測(cè)功機(jī)施加給永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩，可由測(cè)功機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速求得，即 （np®）. To為空載轉(zhuǎn)矩。解方程組即可得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。MAXRPM ：電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 （單位為： PRM ） 對(duì)未知參數(shù)的電機(jī)， 可以由最低母線(xiàn)電壓 （最低電網(wǎng)電壓時(shí)母線(xiàn)上的最低電壓）除以 得到電機(jī)的最 高轉(zhuǎn)速，這個(gè)是電機(jī)的理論上的最高轉(zhuǎn)速。實(shí)際上由于 341 芯片里 MAXRPM 對(duì)應(yīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的 16383（速度寄存器的最大值） ，為了操作方便可以就近 選取 16383RPM ， 8190RPM ， 4095RPM ，2047

7、RPM ， 1024RPM 等 16383 的整數(shù)倍分之一值做為最大轉(zhuǎn)速， 這樣設(shè)定目標(biāo)轉(zhuǎn)速時(shí)計(jì)算較為方便。RPM ： 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 （單位為： PRM ）對(duì)未知參數(shù)的電機(jī)，該值一般為計(jì)算出的電機(jī)理論最高轉(zhuǎn)速的 30%70%，若使用的MCE代碼不支持弱 磁控制，此值沒(méi)有太大的實(shí)際意義。若 MCE 代碼支持弱磁，則此值可與電機(jī)電壓常數(shù) Ke 一起決定進(jìn)入弱磁模式的切換速度點(diǎn) 速相等。（一般比額定轉(zhuǎn)速大一些）。若不希望電機(jī)弱磁運(yùn)行，也可以將該值設(shè)得和電機(jī)最大轉(zhuǎn)Inductance Lq：電機(jī)Q 軸相電感（單位為：H)Inductance Ld：電機(jī)D 軸相電感（單位為：H)對(duì)未知參數(shù)的電機(jī)，Lq和

8、Ld可以通過(guò)電感表來(lái)測(cè)得。方法如下： 將電機(jī)從電路中斷開(kāi)，用電感表接在電機(jī)的線(xiàn)線(xiàn)端，非常地緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子（要防止感應(yīng)電壓 對(duì)測(cè)量的影響），如果電感表示數(shù)的最大值最小值差別不大（小于10%），說(shuō)明該電機(jī)為表面磁鋼永磁電機(jī)（SPM）,此時(shí)可以將兩個(gè)值取平均即為電機(jī)相電感（ L=Lq = Ld）,否則為內(nèi)嵌磁鋼永磁電機(jī)（IPM ），且 電感表示數(shù)的最大值為 2倍的Lq，最小值為2倍的Ld （對(duì)于Y形接法的電機(jī)來(lái)說(shuō)，電感表測(cè)得的數(shù)據(jù)是 兩相繞組串連的電感） 。Stator Resistance：電機(jī)相電阻與引線(xiàn)電纜電阻之和（單位為： Q） 對(duì)未知參數(shù)的電機(jī)，可以實(shí)測(cè)電纜和電機(jī)線(xiàn)電阻之和后除 2得到。

9、Amps :電機(jī)額定電流（單位為：A）該參數(shù)比較重要，應(yīng)盡可能準(zhǔn)確，因?yàn)樯婕暗诫姍C(jī)的工作溫度問(wèn)題，特別是電機(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行于某種狀態(tài)且散熱條件沒(méi)有保障的應(yīng)用場(chǎng)合。在電機(jī)間歇工作或散熱良好 的應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)置電機(jī)額定電流的原則是：電機(jī)能在最?lèi)毫拥呢?fù)載條件下可靠啟動(dòng)。Inertia :電機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和（單位為： ），慣量會(huì)影響到速度環(huán) PI調(diào)節(jié)器的比例和積分增益， 還有開(kāi)環(huán)啟動(dòng)階段的加速度（Ktorque）。如果無(wú)法得到準(zhǔn)確的值，可以用手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和負(fù)載根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量來(lái)大致估計(jì)整體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。Kt :電機(jī)的力矩常數(shù)（單位為：），該參數(shù)非常重要，應(yīng)盡可能準(zhǔn)確。對(duì)未知參數(shù)的電機(jī)，Kt

10、可以通過(guò)Ke 求得：表面磁鋼的電機(jī)（ SPM）： 內(nèi)嵌磁鋼的電機(jī)（ IPM）：Ke：電機(jī)的反電勢(shì)常數(shù)，其定義為每1000PRM時(shí)電機(jī)每相繞組上的反電勢(shì)電壓的有效值（請(qǐng)注意不是線(xiàn)線(xiàn)電壓，是線(xiàn)到中性線(xiàn)的電壓，單位為： V/KRPM/ 相），該參數(shù)非常重要，應(yīng)盡可能準(zhǔn)確。 對(duì)未知參數(shù)的電機(jī)，可以通過(guò)使用外力將電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在某個(gè)速度，用示波器觀察電機(jī)線(xiàn)線(xiàn)電壓然后折算成 每 1000PRM 時(shí)電機(jī)每相繞組上的反電勢(shì)電壓的有效值。Poles:電機(jī)的極數(shù)對(duì)于未知參數(shù)的電機(jī)，可以通過(guò)快速的將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一周，觀察示波器上出現(xiàn)線(xiàn)電壓峰值出現(xiàn)的次數(shù)即為電 機(jī)的極數(shù)。也可以用另一個(gè)電機(jī)以已知的轉(zhuǎn)速拖動(dòng)待測(cè)電機(jī)來(lái)得到極數(shù)。以

11、下是求某參數(shù)未知的直驅(qū)洗衣機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的實(shí)例:1) 相電感:將電機(jī)從電路中斷開(kāi)，電感表接在洗衣機(jī)電機(jī)的引出線(xiàn)，緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)洗衣機(jī)桶，測(cè)得電感值變化范圍為34.836.2mH，平均值為35.36mH。由此判斷該洗衣機(jī)為表面磁鋼電機(jī)，又用于市電電網(wǎng)的 電機(jī)一般為 Y 型接法，故電機(jī)相電感為 35.36mH/2=17.7mH 。2) 相電阻：萬(wàn)用表接在洗衣機(jī)電機(jī)的引出線(xiàn)，測(cè)得三種組合(U-V,V-W,W-U )的電阻值分別為7.7禽7.73 Q和7.79莒 平均值為 7.74 Q故電機(jī)相電阻為3.87 Qo3) 極數(shù)：用洗衣機(jī)本身的驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行電機(jī)，測(cè)得 SPIN=800RPM (800/60=13.3

12、33 轉(zhuǎn)/秒)時(shí)線(xiàn)電流的頻率為320Hz，則電機(jī)極對(duì)數(shù)為：320/13.333=24 對(duì)，即：該電機(jī)的極數(shù)為 48 極或者用手撥動(dòng)電機(jī)，使其勻速運(yùn)行一周，數(shù)示波器上的電壓峰值的個(gè)數(shù)即為該電機(jī)的極數(shù)。4) Ke值：將示波器接在U和V端子上，用手勻速轉(zhuǎn)動(dòng)洗衣機(jī)桶使電機(jī)旋轉(zhuǎn)并觀測(cè)電機(jī)線(xiàn)電壓波形。測(cè)得線(xiàn)電壓峰值為 40.2V，周期為25.286ms (頻率為39.54Hz)。則此時(shí)對(duì)應(yīng)的相電壓有效值為：此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為： 所以：多次測(cè)試取平均得到最后的Ke = 165V/KRPM5) Kt 值：6) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：估計(jì)洗衣機(jī)內(nèi)桶的質(zhì)量為2KG，桶的半徑為30cm，則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估計(jì)值為：7) 電機(jī)最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速

13、：一般來(lái)說(shuō)電機(jī)的最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速與Ke 和最低母線(xiàn)電壓有關(guān)且可以用下式來(lái)估計(jì)：對(duì)于 220V 電網(wǎng)，可以取電網(wǎng)電壓有10的波動(dòng)，即：，則注意： 該值是不考慮死區(qū)、 PWM 調(diào)制、 電機(jī)線(xiàn)電阻、 電機(jī)漏抗以及弱磁等諸多因數(shù)的理論上在給定電網(wǎng)里 最高電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)際的電機(jī)不弱磁最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速應(yīng)低于該值至少20。如果進(jìn)行弱磁控制的話(huà)，電機(jī)實(shí)際最高轉(zhuǎn)速可能會(huì)大于該值。8) 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速：該值一般為電機(jī)理論最高轉(zhuǎn)速的30 %70%。取70 %，即卩692X0.7= 484RPM，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速可以取為 450500RPM。9) 電機(jī)額定電流：從洗衣機(jī)銘牌上可以看到洗滌功率110W，脫水功率300V”則電機(jī)的額定功率為 300W，取電機(jī)的效率為90%，由電機(jī)再額定轉(zhuǎn)速時(shí)能輸出額定功率有：有：300= 3X165X0.5 電機(jī)額定電流 X0.9可以求得：電機(jī)額定電流= 1.346A故實(shí)際可取電機(jī)額定電流為1.4A1.5A。請(qǐng)注意，這并不意味著電機(jī)能在該電流下滿(mǎn)負(fù)荷啟動(dòng)，實(shí)際電機(jī)還應(yīng)有150%200%的短時(shí)間過(guò)載能力。 在EXCEL表格里輸入額定1.4A、允許150%200%過(guò)載是合適 的?？傊詫?shí)際能在最大負(fù)載條件下可靠啟動(dòng)運(yùn)行為準(zhǔn)，否則在滿(mǎn)載時(shí)電機(jī)可能無(wú)法正常啟動(dòng)（滾筒洗衣 機(jī)啟動(dòng)時(shí)所需要的力矩是最大的，重心偏離鉛