TCI 287-2024 軌道交通直線感應(yīng)電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)辨識及測定方法

中國國際科技促進(jìn)會發(fā)布ICS29.160.30CCSK26Identificationandmeasurementmethodforkeyparametersoflinearinductionmachineinrai2024-01-25發(fā)布IT/CI287-2024本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由華中科技大學(xué)提出。本文件由中國國際科技促進(jìn)會歸口。本文件起草單位：華中科技大學(xué)、中國科學(xué)院電工研究所、襄陽中車電機(jī)技術(shù)有限公司、株洲中車時(shí)代電氣股份有限公司、同濟(jì)大學(xué)、中車株洲電機(jī)有限公司、湖南中車尚驅(qū)電氣有限公司、廣州地鐵集團(tuán)有限公司、湖南磁浮交通發(fā)展股份有限公司、中車株洲電力機(jī)車有限公司、中鐵磁浮交通投資建設(shè)有限公司、青島四方機(jī)車車輛股份有限公司。本文件主要起草人：徐偉、葛健、劉毅、李耀華、唐一融、王珂、林國斌、李偉業(yè)、袁文燁、葛瓊璇、丁叁叁、蘇詩湖、郭穎聰、成思偉、彭俊、馮守智、何云風(fēng)、陳曉亮、陳希雋、黃海濤、鄧江明、佟來生、謝海林、廖凱舉、董定昊、鄒劍橋、上官用道、包振、肖晗。T/CI287-2024軌道交通直線感應(yīng)電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)辨識及測定方法本文件規(guī)定了軌道交通直線感應(yīng)電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)辨識及測定方法的總體技術(shù)要求，包括技術(shù)的術(shù)語和定義、辨識方法、測定方法、校驗(yàn)規(guī)則等技術(shù)要求。本文件適用于軌道交通直線電機(jī)車輛的單邊短初級三相直線感應(yīng)牽引電機(jī)（以下簡稱直線感應(yīng)電機(jī)）的參數(shù)測定。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件的必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T16318旋轉(zhuǎn)牽引電機(jī)基本試驗(yàn)方法GB/T2900.25電工術(shù)語旋轉(zhuǎn)電機(jī)GB/T2900.36電工術(shù)語電力牽引GB/T32349軌道交通電力牽引變流器供電的短初級直線感應(yīng)電動機(jī)GB/T32383城市軌道交通直線電機(jī)車輛通用技術(shù)條件CJ/T311城市軌道交通直線感應(yīng)牽引電機(jī)技術(shù)條件3術(shù)語、定義、符號和下標(biāo)3.1術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1.1參考模型referencemodel不含待辨識參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。3.1.2可調(diào)模型adjustablemodel含有待辨識參數(shù)的數(shù)學(xué)模型。3.1.3模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)modelreferenceadaptivesystem2T/CI287-2024利用參考模型和可調(diào)模型輸出量的偏差，根據(jù)一定的自適應(yīng)律來動態(tài)更新可調(diào)模型的參數(shù)，使模型之間的誤差為零，從而使可調(diào)系統(tǒng)的參數(shù)與參考模型相同，達(dá)到參數(shù)辨識的目的，模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)全局漸進(jìn)收斂的充分條件是滿足波波夫超穩(wěn)定性理論。3.1.4波波夫超穩(wěn)定性理論P(yáng)opovhyperstabilitytheory用于判定模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)是否漸進(jìn)收斂。3.2符號和下標(biāo)3.2.1符號下列符號適用于本文件。U，I——電壓、電流u，i——電壓矢量、電流矢量R，L——電阻、電感Ψ——磁鏈σ——總漏感系數(shù)，σ=1-Lm2/(L1L2)ω——角頻率E，J——E=[10;01]，J=[0-1;10]3.2.2下標(biāo)1，2——初級量、次級量t——靜態(tài)值^——觀測量N——額定值m——勵磁支路l——漏感34參數(shù)辨識方法4.1參數(shù)辨識流程基于模型參考自適應(yīng)法的參數(shù)辨識流程見圖1。勵磁電感計(jì)算勵磁電感計(jì)算公式次級時(shí)間常數(shù)自適應(yīng)率1基于反電動勢的電壓模型基于勵磁電流的電流模型dt_aβdt圖1基于模型參考自適應(yīng)法的參數(shù)辨識流程4.2基于模型參考自適應(yīng)法的雙參數(shù)辨識定義反電動勢為：定義勵磁電流為：選取勵磁電流為觀測變量，推導(dǎo)出如下以勵磁電流為狀態(tài)變量的電壓、電流模型：在對次級時(shí)間常數(shù)進(jìn)行辨識時(shí)，指定式(4)所代表的電壓模型為參考模型，指定式(5)所代表的電流模型為可調(diào)模型。此處假定勵磁電感已知，次級時(shí)間常數(shù)可以通過構(gòu)建相應(yīng)的MRAS系統(tǒng)來進(jìn)行辨識。由式(5)可以得到電流模型對應(yīng)的估計(jì)方程如下：進(jìn)一步，結(jié)合式(5)和(6)可得基于勵磁電流的狀態(tài)誤差方程：4T/CI287-2024其中，εmim為勵磁電流誤差值，AE2J，W(2)(mi1)。根據(jù)波波夫超穩(wěn)定性理論，上述模型參考自適應(yīng)系統(tǒng)前向傳遞矩陣(sE-A)-1滿足嚴(yán)格正實(shí)的條件。在獲取準(zhǔn)確次級時(shí)間常數(shù)的基礎(chǔ)上，通過下式獲得勵磁電感辨識值：式中，由式(5)計(jì)算得到，em由下式計(jì)算得到：基于勵磁電感和次級時(shí)間常數(shù)的辨識結(jié)果，忽略次級漏感，次級電阻的辨識值為：5適用條件上述方法適用于軌道交通直線感應(yīng)電機(jī)勵磁電感、次級電阻/次級時(shí)間常數(shù)辨識，使用前需完成靜態(tài)試驗(yàn)并獲取T型等效電路各參數(shù)靜態(tài)值。6參數(shù)辨識及測定流程6.1概述組成軌道交通直線感應(yīng)電機(jī)關(guān)鍵參數(shù)辨識及測定方法的試驗(yàn)程序應(yīng)嚴(yán)格按照先靜態(tài)試驗(yàn)后參數(shù)辨識的步驟進(jìn)行。6.2初級直流電阻測量初級直流電阻測量按照GB/T16318旋轉(zhuǎn)牽引電機(jī)基本試驗(yàn)方法進(jìn)行。6.3次級靜態(tài)電阻測定將單邊短初級直線感應(yīng)電機(jī)動子（初級）在測試臺架上固定，分別施加高頻（1.5倍額定頻率）和低頻（0.5倍額定頻率）的電壓Uk，從Uk（Uk=0.4U1N）開始逐漸降低，記錄初級繞組端電壓Uki、初級電流Iki、定子端輸入功率Pki，i=1，2，得到電機(jī)短路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)。根據(jù)短路特性曲線，選取額定相電流對應(yīng)的相電壓Uki、短路損耗Pki，可求得：ki,ki2,kiZUkiRki,ki2,kiIki3IkiZZ2R2kikiLki5根據(jù)短路時(shí)的等效電路(圖2),忽略鐵耗，得：圖2直線感應(yīng)電機(jī)短路工況T型等效電路考慮高頻下滿足如下條件：則此時(shí)電機(jī)輸入電阻滿足：定義勵磁電感與次級自感之比：對于軌道交通直線感應(yīng)電機(jī)，考慮其氣隙較大，勵磁電感相對較小，一般取km=0.8。結(jié)合式(14)和(15),可計(jì)算得出次級電阻靜態(tài)值為：6.4靜態(tài)勵磁電感、初次級漏感測定當(dāng)通入低頻電壓時(shí)，此時(shí)電機(jī)的輸入電阻和電感表達(dá)式如下將初級電阻和次級電阻的靜態(tài)值代入式(17),可計(jì)算得到勵磁電感以及初次級漏感靜態(tài)6T/CI287-2024LmtLl2tkmR2'tRk2R1tLLkmmtLmt2Ll2tLmtLl2tR2'Lk2R2'2LmtLl2t26.5動態(tài)勵磁電感、次級時(shí)間常數(shù)辨識按照4中基于模型參考自適應(yīng)法的雙參數(shù)辨識方法，編寫辨識算法，通過傳感器將電流、速度等信號送入微處理器單元運(yùn)算，算法中參考模型及可調(diào)模型所用參數(shù)均為6.3中靜態(tài)值。試驗(yàn)時(shí)，直線感應(yīng)電機(jī)采用次級磁場定向控制，將電機(jī)從靜止加速至額定速度，利用示波器記錄關(guān)鍵參數(shù)變化波形，并依此繪制關(guān)鍵參數(shù)變化曲線。7校驗(yàn)規(guī)則將由本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的直線感應(yīng)電機(jī)參數(shù)辨識及測定方法獲取的電機(jī)參數(shù)代入等效模型進(jìn)行特性計(jì)算，得出推力、效率、功率因數(shù)等指標(biāo)的計(jì)算值，通過與實(shí)際測得的電機(jī)推力、效率、功率因數(shù)比較，可間接校驗(yàn)本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定方法實(shí)施效果。8參數(shù)辨識及測定流程直線感應(yīng)電機(jī)參數(shù)辨識及測定流程如圖3所示，具體流程如下：a)