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专利名称：异步电机自身参数的在线观测方法
技术领域：
本发明涉及一种电机参数观测技术，特别是一种异步电机自身参数的在线观测方法。
随着对异步电机的性能控制要求和对电机制造质量检验要求愈来愈高，人们对异步电机的自身参数如定子绕组相自感L1和定子绕组与转子绕组之间的漏磁系数σ(σ＝1-M2/L1L2，L2为转子绕组相自感，M为定子绕组与转子绕组之间相互感，见电机派克模型)的准确性如何也日益关注，而且对实现全部在线观测寄于很大的企求。传统所用方法是于离线下在电机空载情况下测算出定子绕组相自感L1，然后又重组电路在电机堵转情况下测算出漏磁系数，但如此测算出的自感和漏磁系数的误差大，根本达不到使用要求，更不要说实现全部在线观测了。在不少的高性能变频调速器的说明书中，要求用户在不采用专用的电机的情况下自行输入准确性较高的异步电机的自身参数，但大多数用户难于办到这点，致使“高性能”的潜力未得到应有的利用，形成一种资源的浪费。
本发明的目的是，提供一种异步电机自身参数的在线观测方法。
本发明的技术方案按层次分述如下在线采样电机运行中的两个不同的工作点A及B上的电气数据，并以此进行观测汁算。
对电机定子绕组相自感(L1)进行观测，其观测式为L1=(-R+K×R2-4PQ)/(2P),]]>P＝1/(QASINφA)-1/(QBSINφB)，R＝(QA/QB-QB/QA)/(SINφASINφB)，Q＝QB/SINφB-QA/SINφA，QA＝ψ1A/I1A，QB＝ψ1B/I1B，P、R、Q、QA及QB均为中间变量，ψ1A及I1A(ψ1B及I1B)分别为A工作点(B工作点)上的电机定子相磁链及电机定子相电流，SINφA(SINφB)为A工作点(B工作点)上的电机内电势W1ψ1A(W1ψ1B)与电机定子相电流I1A(I1B)间的夹角φA(φB)的正弦值，W1为电机定子角频率，当W2A＞W2B时，K＝1；当W2A＜W2B时，K＝-1，W2A(W2B)为A工作点(B工作点)上的电机转差角频率，两个工作点上的W1值允许不同。
对电机漏磁系数(σ)进行观测，在电机定子绕组相自感(L1)已知条件下，其观测式为σ＝(ZB/SINφB2-ZA/SINφA2)/(1/ZA-1/ZB)，ZA(ZB)乃是为A工作点(B工作点)上的电机的基变量，SINφA(SINφB)为A工作点(B工作点)上的电机内电势W1ψ1A(W1ψ1B)与电机定子相电流I1A(I1B)间的夹角φA(φB)的正弦值，W1为电机定子角频率，ψ1A(ψ1B)为A工作点(B工作点)上的电机定子相磁链，两个工作点上的W1值允许不同。
基变量引自专利号为01106851.5的“异步电机变频调速中含有基变量的参数的观测方法”，若仅限于在工频电源下观测，则将该专利原来所含有的脉宽调制单元或电压空间矢量调制单元予以撤除。
上列各观测式还可通过数学方法演变成多种表达方式，但没有实质性的技术进步，这里就不一一列举了。
下面结合附图对本发明进一步作详细说明。


图1为电机运行工作点图。
图2为矢量图。
图3为座标系图。
在图1中，示出了异步电机运行特性的转矩ME—转差角频率W2曲线上的两个不同的工作点A及B，W2A及W2B分别为与其相对应的转差角频率。
图2所示既适用于工作点A又适用于工作点B，这两点间距离覆盖负载区。
θ为电机定子相电压V1与电机定子相电流I1之间的夹角，φ为内电势W1ψ1与电机定子相电流I1之间的夹角，R1为电机定子侧相电阻，W1为电机定子角频率，ψ1为电机定子相磁链，WG为电机定子相无功功率，YG为电机定子相有功功率，ψ1z及ψ1H为中间变量，两个工作点上的W1值允许不同，则ψ1z＝ψ1cosφ＝(V1cosθ-I1R1)/W1＝(V1I1cosθ-I21R1)/(W1I1)，即ψ1z＝(YG-I12R1)/(W1I1)，ψ1H＝ψ1sinφ＝V1sinθ/W1＝V1I1sinθ/(W1I1)＝WG/(W1I1)，Ψ1=Ψ1Z2+Ψ1H2,]]>sinφ＝ψ1H/ψ1，基变量Z＝WG/(W1L1I12)＝ψ1sinφ/(L1I1)＝ψ1H/(L1I1)，在图3(A)静座标系中WG＝V1βI1α-V1αI1β，YG＝V1αI1α+V1βI1β，I1=I1α2+I1β2;]]>或者在图3(B)同步座标系中WG＝V1QI1D-V1DI1Q，YG＝V1DI1D+V1QI1Q，I1=I1D2+I1Q2;]]>以上式中，下标α及D为直轴分量，下标β及Q为横轴分量，矢量反时针方向旋转。当电机定子侧电阻上的电压降相对电机端电压而言可以忽略时，即R1＝0，ψ1＝V1/W1，φ＝θ。
本发明的优特点是一、观测准确性高，这只要所选工作点的负载功率远大于电机铁耗就可实现；也可以在电机定子相有功功率YG中扣除电机铁耗后得到实现。
二、实现全部在线观测，这在计算机知识日益普及的今天，专业人员很容易做到；又无需传统方法所用电机空转及堵转设备和工频电源电压的降压设施，既省钱又方便。
三、采用两个工作点的电气数据以进行观测，这意味着覆盖了一个负载区域。
四、为高性能变频调速技术的发展铺平了道路，因为高性能变频调速技术系以准确性高的电机自身参数作为基础。
五、与申请号为01106851.5和01131549.0的专利相结合后，能准确地在线观测出包括电机定子侧相电阻及电机定子相磁链在内的多项异步电机参数。
六、与申请号为02277160.3的专利相结合后，能准确地在线观测出电机转子时间常数乃至估计出鼠笼电机转子温度。
七、与申请号为02277161.1的专利相结合后，能开辟一个新的异步电机节能控制领域。
八、电机定子绕组相自感L1和电机漏磁系数σ对异步电机的特性起着不可替换作用，例如功率因数、最大转矩、起动转矩等。异步电机的一些不正常工况如匝间短路、转子断条开焊、转子气隙过大过小、磁性材料变劣乃至结线错误等也能从L1及6的一些不正常变化观测出来。因此无论从提高电机制造质量检验要求或是从提高电机使用维修素质来看，在线观测电机定子绕组相自感L1和电机漏磁系数6技术都具有十分广阔的用途。
权利要求
1.一种异步电机自身参数的在线观测方法，其特征在于在线采样电机运行中的两个不同的工作点A及B上的电气数据，并以此进行观测计算。
2.根据权利要求1所述的在线观测方法，其特征在于对电机定子绕组相自感(L1)进行观测，其观测式为L1=(-R+K×R2-4PQ)/(2P),]]>P＝1/(QASINφA)-1/(QBSINφB)，R＝(QA/QB-QB/QA)/(SINφASINφB)，Q＝QB/SINφB-QA/SINφA，QA＝ψ1A/I1A，QB＝ψ1B/I1B，P、R、Q、QA及QB均为中间变量，ψ1A及I1A(ψ1B及I1B)分别为A工作点(B工作点)上的电机定子相磁链及电机定子相电流，SINφA(SINφB)为A工作点(B工作点)上的电机内电势W1ψ1A(W1ψ1B)与电机定子相电流I1A(I1B)间的夹角φA(φB)的正弦值，W1为电机定子角频率，当W2A＞W2B时，K＝1；当W2A＜W2B时，K＝-1，W2A(W2B)为A工作点(B工作点)上的电机转差角频率，两个工作点上的W1值允许不同。
3.根据权利要求1所述的在线观测方法，其特征在于对电机漏磁系数(σ)进行观测，在电机定子绕组相自感(L1)已知条件下，其观测式为σ＝(ZB/SINφB2-ZA/SINφA2)/(1/ZA-1/ZB)，ZA(ZB)乃是为A工作点(B工作点)上的电机的基变量，SINφA(SINφB)为A工作点(B工作点)上的电机内电势W1ψ1A(W1ψ1B)与电机定子相电流I1A(I1B)间的夹角φA(φB)的正弦值，W1为电机定子角频率，ψ1A(ψ1B)为A工作点(B工作点)上的电机定子相磁链，两个工作点上的W1值允许不同。
4.根据权利要求3所述的在线观测方法，其特征在于基变量引自专利号为01106851.5的“异步电机变频调速中含有基变量的参数的观测方法”，若仅限于在工频电源下观测，则将该专利原来所含有的脉宽调制单元或电压空间矢量调制单元予以撤除。
全文摘要
本发明“异步电机自身参数的在线观测方法”采样两个不同的工作点上的电气数据，并以此利用电机数学模型进行在线观测出电机定子绕组相自感L
文档编号G01R31/34GK1508559SQ0213983
公开日2004年6月30日 申请日期2002年12月16日 优先权日2002年12月16日
发明者卢骥, 卢伟白, 卢 骥 申请人:卢骥, 卢 骥