專利名稱：一種基于電壓積分法測試永磁電機電抗參數(shù)的方法
技術領域：
本發(fā)明方法涉及永磁電機電抗參數(shù)的測試方法，它基于電壓積分法，是通過對采 集的離散電壓信號進行積分的永磁電機電抗參數(shù)測試方法。
背景技術：
目前用于測量各類永磁電機直、交軸電抗參數(shù)的測試方法有電壓積分法、直流衰 減法、直接負載法等多種辨識方法。其中原電壓積分法的操作步驟為(測量原理見圖1，該 圖為直軸電抗參數(shù)測量電路)第一步，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子直軸或交軸與電樞合成磁動勢軸線方向 重合；第二步，根據(jù)要測的直、交軸電抗參數(shù)的不同，對電機定子繞組選擇不同的接線方式， 然后將電機繞組網(wǎng)絡的一端通過電流表與滑動變阻器R3、Rffl的一端相連接，Rffl的另一端通 過開關與直流電源正極相連。直流電源負極與另外兩個滑動變阻器禮、民的一端相連，R2另 一端與繞組網(wǎng)絡的另一端相連，R4的另一端與R3相連，電壓表和磁通計相并聯(lián)后，一端接到 R3和R4的接線處，另一端接到R2和繞組網(wǎng)絡一端的接線處；第三步，接通電源，調(diào)節(jié)滑動變 阻器，使電壓表指示為零并觀察磁通計數(shù)值是否變化；第四步，若達到平衡，則按下磁通計 的復位鍵，斷開開關，記錄此時的磁通計讀數(shù)；第五步，根據(jù)讀數(shù)計算對應的直軸或交軸電 感參數(shù)，然后經(jīng)計算得到直軸或交軸電抗數(shù)值。原電壓積分法原理簡單，但也存在一定的不 足在第一步轉(zhuǎn)子直軸或交軸與電樞合成磁勢方向重合的調(diào)節(jié)中，通過轉(zhuǎn)動電機轉(zhuǎn)子，使已 連接有檢流計的定子繞組中產(chǎn)生感應電流，根據(jù)檢流計的指針擺動調(diào)節(jié)兩方向重合，由于 受到檢流計指針的機械慣性以及人的反應時間的影響，兩方向重合的調(diào)節(jié)必然產(chǎn)生一定的 誤差。第四步中用到磁通計這一特殊儀器，由于第三步中電壓表受到電阻器精度的影響而 導致調(diào)零不準確，所以當磁通計調(diào)為零時，實際電橋兩輸出端的電壓并不為零，以至于在線 圈放電完畢后磁通計的示數(shù)仍有變化，影響永磁電機電抗參數(shù)的測量精度，造成測量精度 低。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有電壓積分法的不足，本發(fā)明提供一種測量精度高，操作過程簡單的基于 電壓積分法測試永磁電機電抗參數(shù)的方法。本發(fā)明基于電壓積分法測試永磁電機電抗參數(shù)的方法，其特征在于采用數(shù)值積分 法對由電壓采集設備采集到的離散電壓信號進行積分，得到永磁電機的磁鏈參數(shù)，進而計 算出永磁電機的電抗參數(shù)，具體的測試步驟為第一步，將永磁電機的B、C兩相繞組相連接，并從A相繞組輸入，從B、C兩相繞組輸出電流I使永磁體帶動轉(zhuǎn)子RT定位，此時轉(zhuǎn)子直軸與定子繞組合成磁動勢的方向重合。第二步，將電機繞組的B、C兩相短接，與A相共同構成一個電阻網(wǎng)絡，其中A端通 過電流表與滑動變阻器R3、Rffl的一端相連接，Rffl的另一端通過空氣開關S與直流電源E正 極相連，直流電源負極與滑動變阻器R2、滑動變阻器R4的一端相連，R2另一端與繞組網(wǎng)絡的 B、C端相連，R4的另一端與R3相連，電壓表和電壓采集裝置相并聯(lián)后，一端接到R3和R4的接線處，另一端接到R2和繞組網(wǎng)絡B、C端的接線處。第三步，合上開關S，調(diào)節(jié)滑動變阻器Rm使電流表示數(shù)為實驗所需要的數(shù)值Itll，然 后調(diào)節(jié)滑動變阻器r2、R3、R4,使電壓表示數(shù)為零，即電橋平衡。第四步，接通電壓采集設備，如示波器或信號采集卡等裝置，斷開開關S,用電壓采 集設備采集電壓信號的實時數(shù)據(jù)。第五步，記開關S斷開的時刻為0時刻，從采集到的電壓信號中選取從0時刻到電 壓值減小至零時這段時間內(nèi)的信號為有效信號，并按公式(1)計算磁鏈ψ' ！
η ^ι(1)
k=l
其中Ul(k)為回路中電阻R2和R4上的瞬時電壓在各個采樣點的值，At為采樣間 隔，η為采樣點數(shù)；第六步，根據(jù)公式(2)計算定子繞組直軸電感LdLdJWRM\(2)
(凡+i 4)/0]其中公式(2)中Rd為電樞繞組連接而成的電阻網(wǎng)絡的等效電阻；用公式⑶求出直軸電抗參數(shù)XdXd = 2^-(3)公式(3)中為永磁同步電機實際運行的電角頻率；第七步，將永磁電機的B、C兩相繞組相連接，并從A相繞組輸入，從B、C兩相繞組 輸出電流I使永磁體帶動轉(zhuǎn)子RT定位，然后固定轉(zhuǎn)子位置不動，改變定子繞組的接線方式， 從B相輸入，從C相輸出電流I，此時轉(zhuǎn)子交軸與定子繞組合成磁動勢方向重合。第八步，將電機繞組的A相斷開，B、C兩相構成一個電阻網(wǎng)絡，其中B端通過電流 表，與R3、Rffl的一端相連接，Rffl的另一端通過開關S與直流電源E正極相連，直流電源負極 與R2、R4 一端相連，R2另一端與繞組網(wǎng)絡的C端相連，R4的另一端與R3相連，電壓表和電壓 采集裝置相并聯(lián)后，一端接到R3和R4的接線處，另一端接到R2和繞組網(wǎng)絡C端的接線處。第九步，合上開關S，調(diào)節(jié)滑動變阻器Rm使電流表示數(shù)為實驗所需要的數(shù)值Itl2，然 后調(diào)節(jié)滑動變阻器r2、R3、R4,使電壓表示數(shù)為零，即電橋平衡。第十步，接通電壓采集設備，如示波器或者信號采集卡，斷開開關S,用電壓采集設 備采集電壓信號的實時數(shù)據(jù)。第十一步，記開關S斷開的時刻為0時刻，從采集到的電壓信號中選取從0時刻到 電壓為零的區(qū)間內(nèi)的信號為有效信號，并按公式(4)計算磁鏈Ψ' 2
ηψ2M(4)
k=\其中U2 (k)為測交軸電抗參數(shù)時回路中電阻R2和R4上的瞬時電壓在各個采樣點 的值，At為采樣間隔，η為采樣點數(shù)；第十二步，根據(jù)公式(5)計算此時定子繞組交軸電感Lq
(Rq + R2+R3+R^\(,Lq = ----Ko)
(β·2 + 尺4 V02
其中公式(5)中Rq為此時電樞繞組連接而成的電阻網(wǎng)絡的等效電阻；用公式(6)求出交軸電抗參數(shù)Xq
<formula>formula see original document page 6</formula>公式(6)中為永磁同步電機實際運行的電角頻率。本發(fā)明方法通過永磁體磁場和電樞繞組產(chǎn)生的磁場的相互作用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子直軸 或交軸與電樞繞組合成磁動勢方向重合，從而避免了現(xiàn)有技術中根據(jù)檢流計的指針擺動判 斷兩方向是否重合所造成的誤差，提高了測量精度。通過電壓采集設備直接采集電壓信號 的實時數(shù)據(jù)，避免了現(xiàn)有技術中由于使用磁通計而導致的在線圈放電完畢后磁通計的示數(shù) 仍有變化所造成的誤差，更進一步提高了測量的精度。


圖1是原電壓積分法測量直軸電抗參數(shù)時的線路連接圖；圖2是測量直軸電抗參數(shù)時的電樞連接圖；圖3是測量交軸電抗參數(shù)時的電樞連接圖；圖4是測量直軸電抗參數(shù)時的線路連接圖；圖5是測量交軸電抗參數(shù)時的線路連接圖；圖中，1、電流表2、電壓表3、磁通計4、示波器
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明的基于電壓積分法測試永磁電機電抗參數(shù)的方法，其測試的步驟為第一步，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子直軸與電樞繞組合成磁動勢方向重合。如圖2所示，將永磁電機的B、C兩相繞組相連接，并從A相繞組輸入，從B、C兩相 繞組輸出電流I使永磁體帶動轉(zhuǎn)子RT立即定位，此時轉(zhuǎn)子直軸與定子繞組合成磁動勢的方 向重合。由于本方法通過永磁體磁場和電樞繞組產(chǎn)生的磁場的相互作用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子直軸 與電樞繞組合成磁動勢方向重合，從而避免了現(xiàn)有技術中根據(jù)檢流計的指針擺動判斷兩方 向是否重合所造成的誤差，提高了測量精度。第二步，如圖4所示，將電機繞組的B、C兩相短接，與A相共同構成一個電阻網(wǎng)絡， 其中A端通過電流表1與滑動變阻器R3、Rffl的一端相連接，Rffl的另一端通過空氣開關S與 直流電源E正極相連，直流電源負極與滑動變阻器R2、滑動變阻器R4的一端相連，R2另一端 與繞組網(wǎng)絡的B、C端相連，R4的另一端與R3相連，電壓表2和示波器4相并聯(lián)后，一端接到 R3和R4的接線處，另一端接到R2和繞組網(wǎng)絡B、C端的接線處。第三步，合上開關S，調(diào)節(jié)Rm使電流表1示數(shù)為實驗所需要的數(shù)值Itll，然后調(diào)節(jié)滑 動變阻器R2、R3、R4,使電壓表2示數(shù)為零，即電橋平衡。第四步，接通示波器4，斷開開關S，用示波器4采集電壓信號的實時數(shù)據(jù)。第五步，永磁電機電抗參數(shù)的測量，實際上是對電感的測量。當電感中流過的電流 為I時，產(chǎn)生的磁鏈為Ψ，則電感為
<formula>formula see original document page 7</formula>(7)為了測出電感中的磁鏈，可將電感通過外接電阻R短路，并對電阻兩端電壓積分， 具體方法是利用數(shù)值積分方法對離散數(shù)據(jù)進行積分，則電感中的磁鏈為<formula>formula see original document page 7</formula>(8)所以<formula>formula see original document page 7</formula>(9)這里Itl為初始電流值，u(k)為回路中電阻上的瞬時電壓在各個采樣點的值，At 為采樣間隔，η為采樣點數(shù)，這樣電感的測量就轉(zhuǎn)化成對電壓的積分。記開關S斷開的時刻為0時刻，從采集到的電壓信號中選取從0時刻到電壓值減 小至零時這段時間內(nèi)的信號為有效信號，并按公式(1)計算Ψ' ！<formula>formula see original document page 7</formula>(1)其中Ul(k)為回路中電阻R2和R4上的瞬時電壓在各個采樣點的值，At為采樣間 隔，η為采樣點數(shù)；第六步，根據(jù)公式(2)計算定子繞組直軸電感Ld
<formula>formula see original document page 7</formula>⑵<formula>formula see original document page 7</formula>⑵其中公式(2)中Rd為電樞繞組連接而成的電阻網(wǎng)絡的等效電阻；用公式(3)求出直軸電抗參數(shù)Xd<formula>formula see original document page 7</formula>(3)公式(3)中為永磁同步電機實際運行的電角頻率；第七步，將永磁電機的B、C兩相繞組相連接，并從A相繞組輸入，從B、C兩相繞組 輸出電流I使永磁體帶動轉(zhuǎn)子RT立即定位，然后固定轉(zhuǎn)子位置不動，改變定子繞組的接線 方式，從B相輸入，從C相輸出電流I，此時轉(zhuǎn)子交軸與定子繞組合成磁動勢方向重合。如圖 3所示。第八步，如圖5所示，將電機繞組的A相斷開，B、C兩相構成一個電阻網(wǎng)絡。其中B 端通過電流表1，與R3、Rffl的一端相連接，Rffl的另一端通過空氣開關S與直流電源E正極相 連。直流電源負極與R2、R4 一端相連。R2另一端與繞組網(wǎng)絡的C端相連，R4的另一端與R3 相連。電壓表2和示波器4相并聯(lián)后，一端接到R3和R4的接線處，另一端接到R2和繞組網(wǎng) 絡C端的接線處。第九步，合上開關S，調(diào)節(jié)Rm使電流表1示數(shù)為實驗所需要的數(shù)值Itl2，然后調(diào)節(jié)滑 動變阻器R2、R3、R4,使電壓表2示數(shù)為零，即電橋平衡。第十步，接通示波器4，斷開開關S，用示波器4采集電壓信號的實時數(shù)據(jù)。第十一步，記開關S斷開的時刻為0時刻，從采集到的電壓信號中選取從0時刻到 電壓值減小至零時這段時間內(nèi)的信號為有效信號，并按公式(4)計算Ψ' 2<formula>formula see original document page 8</formula>其中U2 (k)為測交軸電抗參數(shù)時回路中電阻R2和R4上的瞬時電壓在各個采樣點 的值，At為采樣間隔，η為采樣點數(shù)；第十二步，根據(jù)公式(5)計算定子繞組交軸電感Lq<formula>formula see original document page 8</formula>其中公式(5)中Rq為電樞繞組連接而成的電阻網(wǎng)絡的等效電阻；用公式(6)求出
交軸電抗參數(shù)Xq
<formula>formula see original document page 8</formula>公式(6)中為永磁同步電機實際運行的電角頻率；本實施例中是先通過第一、二、三、四、五、六步測出永磁電機直軸電抗參數(shù)，然后 通過第七、八、九、十、十一、十二步測出永磁電機交軸電抗參數(shù)，當然也可以先測交軸電抗 參數(shù)再測直軸電抗參數(shù)，或者根據(jù)需要只測取直、交軸的其中一個參數(shù)，這都屬于本發(fā)明的 保護范圍。另外，本實施例用示波器采集電壓信號的實時數(shù)據(jù)，當然也可以用信號采集卡等 其它電壓采集設備。
權利要求
一種基于電壓積分法測試永磁電機電抗參數(shù)的方法，其特征在于采用數(shù)值積分法對由電壓采集設備采集到的離散電壓信號進行積分，得到永磁電機的磁鏈參數(shù)，進而計算出永磁電機的電抗參數(shù)，具體的測試步驟為第一步，將永磁電機的B、C兩相繞組相連接，并從A相繞組輸入，從B、C兩相繞組輸出電流I使永磁體帶動轉(zhuǎn)子RT定位，此時轉(zhuǎn)子直軸與定子繞組合成磁動勢的方向重合；第二步，將電機繞組的B、C兩相短接，與A相共同構成一個電阻網(wǎng)絡，其中A端通過電流表與滑動變阻器R3、Rm的一端相連接，Rm的另一端通過開關S與直流電源E正極相連，直流電源負極與滑動變阻器R2、滑動變阻器R4的一端相連，R2另一端與繞組網(wǎng)絡的B、C端相連，R4的另一端與R3相連，電壓表和電壓采集裝置相并聯(lián)后，一端接到R3和R4的接線處，另一端接到R2和繞組網(wǎng)絡B、C端的接線處；第三步，合上開關S，調(diào)節(jié)Rm使電流表示數(shù)為實驗所需要的數(shù)值I01，然后調(diào)節(jié)滑動變阻器R2、R3、R4，使電壓表示數(shù)為零，即電橋平衡；第四步，接通電壓采集設備，斷開開關S，用電壓采集設備采集電壓信號的實時數(shù)據(jù)；第五步，記開關S斷開的時刻為0時刻，從采集到的電壓信號中選取從0時刻到電壓值減小至零時這段時間內(nèi)的信號為有效信號，并按公式(1)計算磁鏈ψ′1 <mrow><msup> <msub><mi>&psi;</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>&prime;</mo></msup><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>u</mi> <mn>1</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>*</mo><mi>&Delta;t</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中u1(k)為回路中電阻R2和R4上的瞬時電壓在各個采樣點的值，Δt為采樣間隔，n為采樣點數(shù)；第六步，根據(jù)公式(2)計算定子繞組直軸電感Ld <mrow><msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>R</mi><mi>d</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>R</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>R</mi><mn>3</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>R</mi><mn>4</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><msub> <msup><mi>&psi;</mi><mo>&prime;</mo> </msup> <mn>1</mn></msub> </mrow> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>R</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>R</mi><mn>4</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>I</mi> <mn>01</mn></msub> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中公式(2)中Rd為電樞繞組連接而成的電阻網(wǎng)絡的等效電阻；用公式(3)求出直軸電抗參數(shù)Xd <mrow><msub> <mi>X</mi> <mi>d</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mrow><mn>2</mn><mi>&omega;</mi> </mrow> <mi>s</mi></msub><msub> <mi>L</mi> <mi>d</mi></msub> </mrow> <mn>3</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>公式(3)中ωs為永磁同步電機實際運行的電角頻率；第七步，將永磁電機的B、C兩相繞組相連接，并從A相繞組輸入，從B、C兩相繞組輸出電流I使永磁體帶動轉(zhuǎn)子RT定位，然后固定轉(zhuǎn)子位置不動，改變定子繞組的接線方式，從B相輸入，從C相輸出電流I，此時轉(zhuǎn)子交軸與定子繞組合成磁動勢方向重合；第八步，將電機繞組的A相斷開，B、C兩相構成一個電阻網(wǎng)絡，其中B端通過電流表，與R3、Rm的一端相連接，Rm的另一端通過開關S與直流電源E正極相連，直流電源負極與R2、R4一端相連，R2另一端與繞組網(wǎng)絡的C端相連，R4的另一端與R3相連，電壓表和電壓采集裝置相并聯(lián)后，一端接到R3和R4的接線處，另一端接到R2和繞組網(wǎng)絡C端的接線處；第九步，合上開關S，調(diào)節(jié)Rm使電流表示數(shù)為實驗所需要的數(shù)值I02，然后調(diào)節(jié)滑動變阻器R2、R3、R4，使電壓表示數(shù)為零，即電橋平衡；第十步，接通電壓采集設備，斷開開關S，用電壓采集設備采集電壓信號的實時數(shù)據(jù)；第十一步，記開關S斷開的時刻為0時刻，從采集到的電壓信號中選取從0時刻到電壓為零的區(qū)間內(nèi)的信號為有效信號，并按公式(4)計算磁鏈ψ′2 <mrow><msup> <msub><mi>&psi;</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>&prime;</mo></msup><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi></munderover><msub> <mi>u</mi> <mn>2</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>*</mo><mi>&Delta;t</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中u2(k)為測交軸電抗參數(shù)時回路中電阻R2和R4上的瞬時電壓在各個采樣點的值，Δt為采樣間隔，n為采樣點數(shù)；第十二步，根據(jù)公式(5)計算此時定子繞組交軸電感Lq <mrow><msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>R</mi><mi>q</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>R</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>R</mi><mn>3</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>R</mi><mn>4</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><msub> <msup><mi>&psi;</mi><mo>&prime;</mo> </msup> <mn>2</mn></msub> </mrow> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>R</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>R</mi><mn>4</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>I</mi> <mn>02</mn></msub> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中公式(5)中Rq為此時電樞繞組連接而成的電阻網(wǎng)絡的等效電阻；用公式(6)求出交軸電抗參數(shù)Xq <mrow><msub> <mi>X</mi> <mi>q</mi></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>&omega;</mi> <mi>s</mi></msub><msub> <mi>L</mi> <mi>q</mi></msub> </mrow> <mn>2</mn></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>公式(6)中ωs為永磁同步電機實際運行的電角頻率。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于電壓積分法測試永磁電機電抗參數(shù)的方法，其特征 在于所述的電壓采集設備為示波器或信號采集卡。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電壓積分法測試永磁電機電抗參數(shù)的方法，首先通過永磁體磁場和電樞繞組產(chǎn)生的磁場的相互作用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子直、交軸與電樞繞組合成磁動勢方向重合，然后根據(jù)要測的直、交軸不同的電抗參數(shù)，對電機定子繞組選擇不同的接線方式，在線路達到電橋平衡的狀態(tài)下接通電壓采集設備，采集電壓信號的實時數(shù)據(jù)，接下來采用數(shù)值積分法對由電壓采集設備采集到的離散電壓信號進行積分，得到永磁電機的磁鏈參數(shù)，進而計算出永磁電機的電抗參數(shù)。本發(fā)明方法通過磁場的相互作用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子直軸或交軸與電樞繞組合成磁動勢方向重合以及通過電壓采集設備直接采集電壓信號的實時數(shù)據(jù)，解決了現(xiàn)有技術測量精度低的問題，測量精度高。
文檔編號G01R27/26GK101825685SQ20101013782
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月28日 優(yōu)先權日2010年3月28日
發(fā)明者崔曉光, 王松, 郭榮生 申請人:山東大學威海分校