[發明專利]一種無速度傳感器的交流異步電機變頻器

無效

• 申請號: 201010158308.0
• 申請日: 2010-04-22
• 公開（公告）號: CN102111103A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 高軍禮;黎國才;陳世軍
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

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(MRAS)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。