PMSMLdLq參數(shù)測量

1、哇哈哈PMSM參數(shù)測量實驗測量永磁同步電機(jī)定子電阻、交軸電感、直軸電感、轉(zhuǎn)子磁鏈以及轉(zhuǎn)動慣量。1. 定子電阻的測量采用直流實驗的方法檢測定子電阻。通過逆變器向電機(jī)通入一個任意的空間電壓矢量Ui（例如Ui）和零矢量U0,同時記錄電機(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所示為實驗的等效圖,A、B、C為三相定子繞組，Ud為經(jīng)過斬波后的等效I d圖1電路等效模型低壓直流電壓。Id為母線電流采樣結(jié)果。 當(dāng)通入直流時， 記錄此時的穩(wěn)態(tài)相電流。因此，定子電阻值的計算公式為：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. 直軸電感的測量在做直流實驗測量定子電阻時，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，也即此時的d軸位置。測定定子電阻后，關(guān)斷功率開關(guān)管，永磁同步電機(jī)處于自由狀 態(tài)。向永磁同步電機(jī)施加一個恒定幅值，矢量角度與直流實驗相同的脈沖電壓矢量（例如U1），此時電機(jī)軸不會旋轉(zhuǎn)（3 =0），d軸定子電流將建立起來，則d軸電壓方程可以簡化為：RtdidUd - Rid - Lqiq Ld d dti(t)*(1_eLd ) R對于d軸電壓輸入時的電流響應(yīng)為：利用式（4）以及測量得到的定子電阻值和觀測的電流響應(yīng)曲線可以計算得到直軸電感值。其中U/R為穩(wěn)態(tài)時的電流反應(yīng)，R為測得的電機(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，t = -1，電感與電阻的關(guān)系式可以寫成:Ld0.632其中to.632為電流上升至穩(wěn)態(tài)值0.632倍時所需的時間3. 交軸電感的測量測出Ld之后,在q軸方向(d軸加90° )施加一脈沖電壓矢量。電壓矢量的作用時間一般選取 的很短，小于電機(jī)的機(jī)械時間常數(shù)，保證電機(jī)軸在電壓矢量作用期間不會轉(zhuǎn)動。則q軸電壓方程可以簡化為：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利用測量直軸電感的方法同樣可以測量交軸電感。此外，由于沒有正好超前d軸

4、90°的電壓矢量，需要施加一個60°和120°合成矢量來完成等效q軸電壓矢量的施加過程。并且在進(jìn)行脈沖電壓實驗的過程中，電壓幅值和作用時間應(yīng)選擇適當(dāng)。電壓幅值選擇太小，影響檢測精度，過大可能使電流超過系統(tǒng)限幅值影響系統(tǒng)安 全。作用時間過短，采樣點少，獲取的電流信息少，也會影響檢測精度，作用時間過長，電流同樣 可能過大影響系統(tǒng)安全，并且電機(jī)容易發(fā)生轉(zhuǎn)動。4. 反電勢系數(shù)的測量采用空載實驗法，即用測功機(jī)帶動被測永磁同步電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，同時保持被測電機(jī)負(fù)載開路，測試此時的電機(jī)空載相電壓， 即為反電勢電壓。結(jié)合轉(zhuǎn)速、 反電勢可以計算得出 相應(yīng)的反電勢系數(shù)，計算公式如

5、下：Ke=E 1000(8)n式中：E為反電勢，n為轉(zhuǎn)速。電機(jī)的反電勢系數(shù)，其定義為每 1000PRM時電機(jī)每相繞組上的反電勢 電壓的有效值(請注意不是線線電壓，是線到中性線的電壓，單位為：V/KRPM/相)這種方法需要將被測電機(jī)運行至發(fā)電狀態(tài)，并且需要負(fù)載開路手動測試反電勢。5. 轉(zhuǎn)動慣量的測量 根據(jù)簡化的電機(jī)運動方程：Te -Tl =J(9)在電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩運行過程中，測量時間-=t內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化.-： ，即可計算得轉(zhuǎn)動慣量。保持永磁電機(jī)定子端開路，首先用測功機(jī)以恒定轉(zhuǎn)矩拖動電機(jī)加速運行，分別記錄t1與t2時刻轉(zhuǎn)速31與32 ；然后讓電機(jī)自由停機(jī)，并分別記錄 t3與t4時刻的轉(zhuǎn)速 33與34

6、。列寫方 程組：tt14 .'3Itt3= 0_T°Tm=P/式中 Tm 為測功機(jī)施加給永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩，可由測功機(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)動慣量J。MAXRPM ：電機(jī)最大轉(zhuǎn)速 （單位為： PRM ） 對未知參數(shù)的電機(jī)， 可以由最低母線電壓 （最低電網(wǎng)電壓時母線上的最低電壓）除以 得到電機(jī)的最 高轉(zhuǎn)速，這個是電機(jī)的理論上的最高轉(zhuǎn)速。實際上由于 341 芯片里 MAXRPM 對應(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)速時計算較為方便。RPM ： 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 （單位為： PRM ）對未知參數(shù)的電機(jī)，該值一般為計算出的電機(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，此值沒有太大的實際意義。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 速相等。（一般比額定轉(zhuǎn)速大一些）。若不希望電機(jī)弱磁運行，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)對未知參數(shù)的電機(jī)，Lq和

8、Ld可以通過電感表來測得。方法如下： 將電機(jī)從電路中斷開，用電感表接在電機(jī)的線線端，非常地緩慢轉(zhuǎn)動電機(jī)轉(zhuǎn)子（要防止感應(yīng)電壓 對測量的影響），如果電感表示數(shù)的最大值最小值差別不大（小于10%），說明該電機(jī)為表面磁鋼永磁電機(jī)（SPM）,此時可以將兩個值取平均即為電機(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 （對于Y形接法的電機(jī)來說，電感表測得的數(shù)據(jù)是 兩相繞組串連的電感） 。Stator Resistance：電機(jī)相電阻與引線電纜電阻之和（單位為： Q） 對未知參數(shù)的電機(jī)，可以實測電纜和電機(jī)線電阻之和后除 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，因為涉及到電機(jī)的工作溫度問題，特別是電機(jī)需要長時間穩(wěn)定運行于某種狀態(tài)且散熱條件沒有保障的應(yīng)用場合。在電機(jī)間歇工作或散熱良好 的應(yīng)用場合設(shè)置電機(jī)額定電流的原則是：電機(jī)能在最惡劣的負(fù)載條件下可靠啟動。Inertia :電機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量之和（單位為： ），慣量會影響到速度環(huán) PI調(diào)節(jié)器的比例和積分增益， 還有開環(huán)啟動階段的加速度（Ktorque）。如果無法得到準(zhǔn)確的值，可以用手轉(zhuǎn)動電機(jī)和負(fù)載根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)動慣量來大致估計整體的轉(zhuǎn)動慣量。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。對未知參數(shù)的電機(jī)，Kt

10、可以通過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)的反電勢常數(shù)，其定義為每1000PRM時電機(jī)每相繞組上的反電勢電壓的有效值（請注意不是線線電壓，是線到中性線的電壓，單位為： V/KRPM/ 相），該參數(shù)非常重要，應(yīng)盡可能準(zhǔn)確。 對未知參數(shù)的電機(jī)，可以通過使用外力將電機(jī)運轉(zhuǎn)在某個速度，用示波器觀察電機(jī)線線電壓然后折算成 每 1000PRM 時電機(jī)每相繞組上的反電勢電壓的有效值。Poles:電機(jī)的極數(shù)對于未知參數(shù)的電機(jī)，可以通過快速的將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周，觀察示波器上出現(xiàn)線電壓峰值出現(xiàn)的次數(shù)即為電 機(jī)的極數(shù)。也可以用另一個電機(jī)以已知的轉(zhuǎn)速拖動待測電機(jī)來得到極數(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)動參數(shù)的實例:1) 相電感:將電機(jī)從電路中斷開，電感表接在洗衣機(jī)電機(jī)的引出線，緩慢轉(zhuǎn)動洗衣機(jī)桶，測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：萬用表接在洗衣機(jī)電機(jī)的引出線，測得三種組合(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)動器運行電機(jī)，測得 SPIN=800RPM (800/60=13.3

12、33 轉(zhuǎn)/秒)時線電流的頻率為320Hz，則電機(jī)極對數(shù)為：320/13.333=24 對，即：該電機(jī)的極數(shù)為 48 極或者用手撥動電機(jī)，使其勻速運行一周，數(shù)示波器上的電壓峰值的個數(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)動洗衣機(jī)桶使電機(jī)旋轉(zhuǎn)并觀測電機(jī)線電壓波形。測得線電壓峰值為 40.2V，周期為25.286ms (頻率為39.54Hz)。則此時對應(yīng)的相電壓有效值為：此時電機(jī)的轉(zhuǎn)速為： 所以：多次測試取平均得到最后的Ke = 165V/KRPM5) Kt 值：6) 轉(zhuǎn)動慣量：估計洗衣機(jī)內(nèi)桶的質(zhì)量為2KG，桶的半徑為30cm，則轉(zhuǎn)動慣量估計值為：7) 電機(jī)最大設(shè)計轉(zhuǎn)速

13、：一般來說電機(jī)的最大設(shè)計轉(zhuǎn)速與Ke 和最低母線電壓有關(guān)且可以用下式來估計：對于 220V 電網(wǎng)，可以取電網(wǎng)電壓有10的波動，即：，則注意： 該值是不考慮死區(qū)、 PWM 調(diào)制、 電機(jī)線電阻、 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，實際的電機(jī)不弱磁最高運行轉(zhuǎn)速應(yīng)低于該值至少20。如果進(jìn)行弱磁控制的話，電機(jī)實際最高轉(zhuǎn)速可能會大于該值。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故實際可取電機(jī)額定電流為1.4A1.5A。請注意，這并不意味著電機(jī)能在該電流下滿負(fù)荷啟動，實際電機(jī)還應(yīng)有150%200%的短時間過載能力。 在EXCEL表格里輸入額定1.4A、允許150%200%過載是合適 的。總之以實際能在最大負(fù)載條件下可靠啟動運行為準(zhǔn)，否則在滿載時電機(jī)可能無法正常啟動（滾筒洗衣 機(jī)啟動時所需要的力矩是最大的，重心偏離鉛