永磁同步电机参数测量试验方法
永磁同步电机参数测量实验
一、实验目的
1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。
二、实验内容
1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。
2. 了解三相永磁同步电机内部结构。
3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。
三、拟需实验器件
1. 待测永磁同步电机1台；
2. 示波器1台；
3. 西门子变频器一台；
4. 测功机一台及导线若干；
5. 电压表、电流表各一件；
四、实验原理
1. 定子电阻的测量
采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1
,2
a d
b
c
d I I I I I ===-
(1)
23d
s d
U R I =
(2)
图1 电路等效模型
2． 直轴电感的测量
在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状
态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为：
d d d q q d
di u Ri L i L dt
ω=-+d
d d d
di u Ri L dt
=+ (3)
对于d 轴电压输入时的电流响应为：
()(1)d R
t L U
i t e R
-=-
(4)
利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的0.632倍时，1d
R
t L -
=-，电感与电阻的关系式可以写成：
0.632d L t R =?
(5)
其中t 0.632为电流上升至稳态值0.632倍时所需的时间.
3． 交轴电感的测量
测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方程可以简化为：
q q q d d q
di u Ri L i L dt
ωωψ=+++
q q q q
di u Ri L dt
=+ (6)
q 轴电流将按如下的指数形式建立:
()(1)q R
t
L
U i t e R
-=-
(7)
利用测量直轴电感的方法同样可以测量交轴电感。
此外，由于没有正好超前d 轴90°的电压矢量，需要施加一个60°和120°合成矢量来完成等效q 轴电压矢量的施加过程。并且在进行脉冲电压实验的过程中,电压幅值和作用时间 应选择适当。电压幅值选择太小,影响检测精度,过大可能使电流超过系统限幅值影响系统安全。作用时间过短,采样点少,获取的电流信息少,也会影响检测精度,作用时间过长,电流同样可能过大影响系统安全，并且电机容易发生转动。
4． 反电势系数的测量 采用空载实验法，即用测功机带动被测永磁同步电机以一定的转速旋转，同时保持被测电机负载开路，测试此时的电机空载相电压，即为反电势电压。结合转速、反电势可以计算得出相应的反电势系数，计算公式如下：
1000e E
K n
=
? (8)
式中：E 为反电势，n 为转速。电机的反电势系数，其定义为每1000PRM 时电机每相绕组上的反电势电压的有效值（请注意不是线线电压，是线到中性线的电压，单位为：V/KRPM/相） 这种方法需要将被测电机运行至发电状态，并且需要负载开路手动测试反电势。
5． 转动惯量的测量
根据简化的电机运动方程：
e L T T J
t
ω?-=? (9) 在电机恒转矩运行过程中，测量时间t ?内电机转速的变化ω?，即可计算得转动惯量。 保持永磁电机定子端开路，首先用测功机以恒定转矩拖动电机加速运行，分别记录t 1与t 2时刻转速ω1与ω2；然后让电机自由停机，并分别记录t 3与t 4时刻的转速ω3与ω4。列写方程组：
21
021
430430m J T T t t J T t t ωωωω-??=-?-??
-??=-?-?
(10)
式中T m 为测功机施加给永磁电机转子的转矩，可由测功机的功率与转速求得，即T m =P/
（n p ω），T 0为空载转矩。解方程组即可得转动惯量J 。
五、实验步骤
1. 给电机施加直流电压，缓慢增加电压矢量，使得定子电流达到额定值，记录直流侧等效
电压。利用公式(2)计算出定子电阻。I N 为电机的额定电流 表一：
2. 待测试完定子电阻电机静止后，继续按顺序施加步骤1中的电压矢量，其幅值为步骤1
中的额定电流下的电压幅值，此时电机处于静止状态，利用示波器记录直流母线电流波形，并读取电流上升至稳态值的0.632倍时所需的时间,
利用公式(5)计算出直轴电感值。 表二： 注：U 1为母线电流为电机额定电流的20%时所需的等效直流电压，其他依次内推。
3. 利用变频器施加一个60°和
120°合成矢量产生所需的超前d 轴90°的q 轴电压矢量，
并且合成矢量的作用时间必须尽可能小，避免电机发生转动，利用示波器记录直流母线电流波形，并分别读取电流上升至稳态值的0.2、0.4、0.632、0.8倍时所需的时间。利用公式(7)计算交轴电感值。
4. 利用测功机带动待测电机转动，记录不同转速下电机的相电压幅值，利用公式(8)计算得
到反电势系数。ω为其额定转速 表四：
5. 保持永磁电机定子端开路，首先用测功机以恒定转矩拖动电机加速运行，分别记录t1与
t2时刻转速ω1与ω2；然后让电机自由停机，并分别记录t3与t4时刻的转速ω3与ω4。表四：
永磁同步电动机电磁场计算中定转子空间相对位置确定的研究
第34卷第2期2004年3月 东南大学学报( 自然科学版) JO UR NAL OF S OUTHEA ST UNIVER SITY (Natural Science Edition) Vol 134No 12 Mar.2004 永磁同步电动机电磁场计算中定转子 空间相对位置确定的研究 刘瑞芳1,3 严登俊2 胡敏强1 (1东南大学电气工程系,南京210096)(2河海大学电气工程学院,南京210098)(3北京交通大学电气学院,北京100044) 摘要:采用通用有限元软件对永磁同步电动机电磁场分析时,存在着电动机定、转子轴线相对位置未知的问题,而确定这个相对位置是任意负载下磁场计算的前提.本文通过研究电动机电磁量之间的关系找到特定内功率因数角下气隙合成电势和内功率角的特征.提出一种相当于逆问题分析的处理方法,在不同定子电流初相位下进行计算,搜寻对应于特定内功率因数角磁场分布,从而求得定转子空间的初始相对位置. 关键词:永磁同步电动机;有限元;定转子空间相对位置 中图分类号:T M351 文献标识码:A 文章编号:1001-0505(2004)022******* Investigation in determining the relative position between stator and rotor of a PMSM in electromagnetic field calculation Liu Ruifang 1,3 Yan D engjun 2 Hu Minqiang 1 (1Department of Electrical Engineering,Southeas t Univers ity,Nanjing 210096,C hina)(2C ollege of Electrical Engineering,Hohai Univers ity,Nanjing 210098,C hina)(3School of Electrical Engineering,Beijing Ji aotong University,B eiji ng 100044,Chi na) Abstract:When designing universal finite ele ment sof tw are for analyzing the per manent magnet synchronous motors (PM S Ms),the relative position of the stator and rotor a xis remains unkno wn.How ever determining the relative position is a precondition for electroma gnetic field calculation.Through analyzing the basic relationship of variables in synchronous machines the characteristics of air gap resultant E M F and inner power angle under special inner po wer factor angle can be obtained.A technique similar to inverse problem solving is proposed in this paper.A series of electromagnetic field calculation under different armature current initial phase angles are carried out firstly,then through searching the field of special inner pow er factor angles the relative position of rotor and stator can be determined subsequently.Key words:PM S M;finite element method (FE M);relative position of stator and rotor 收稿日期:2003201222. 作者简介:刘瑞芳(1971)),女,博士生;胡敏强(联系人),男,博 士,教授,博士生导师,m qhu@https://www.360docs.net/doc/5a10260880.html,. 在永磁同步电动机通用软件设计中,存在着电动机定、转子相对位置未知的问题,而确定这个相对位置是进行永磁同步电动机负载磁场计算的前提.现有文献多采用根据具体电动机的结构和槽号 分配来判断定、转子轴线相对位置[1~3].但对通用程序,软件系统应当具有自动判断定、转子初始相对位置的功能,否则会使用户对程序的干预大大增加,不易实现程序的自动化和通用化. 1 定转子空间相对位置的确定问题 根据M axwell 方程,永磁同步电动机的二维电磁场边值问题可以表述为
永磁同步电机参数测量试验方法
一、实验目的 1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2. 了解三相永磁同步电机内部结构。 3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1. 待测永磁同步电机1台； 2. 示波器1台； 3. 西门子变频器一台； 4. 测功机一台及导线若干； 5. 电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1 ,2a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2)
图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如 U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的倍时，1d R t L - =-，电感与电阻的关系式可以写成： 0.632d L t R =? (5) 其中为电流上升至稳态值倍时所需的时间. 3． 交轴电感的测量 测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短 ,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方
永磁同步电机交直轴电感计算
参数化扫描的有问题，但是趋势应该差不多 《永磁电机》 永磁同步电机分为表面式和内置式。 由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻和交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq，表现出隐极性质。对于内置式，直轴磁阻大于交轴磁阻（交轴通过路径的磁导率大于直轴），因此Ld 效应，则气隙磁压降为H H=H H H=H H H0H=H H0 Φ HH H ,式中，Ф为每极磁通；δ为气隙 长度；τ为极距；La为铁心长度。 调速永磁同步电机转子结构分为表面型和内置型。由于永磁体特别是稀土永磁体的磁导率近似等于真空磁导率，对于表面式，直轴磁阻与交轴磁阻相等，因此交直轴电感相等，即Ld=Lq，表现出隐极性质。而对其他结构，直轴磁阻大于交轴磁阻，因此Ld 三相鼠笼式异步电动机参数测试方法 ——陈小波（注：该总结报告文档是本人在南京航空航天大学《电机学实验指导书》的基础上产生的一点自己的见解， 如有不当，请见谅！） 三相鼠笼式异步电动机参数测定分三部分：测量定子绕组的冷态直流电阻，空载实验，短路（堵转）实验。下面将分别讲述。 一、测量定子绕组的冷态直流电阻 原理：将电机在室内放置一段时间，用温度计测量电机绕组端部或铁心的温度。当所测温度与冷却介质温度之差不超过2K时，即为实际冷态。记录此时的温度和测量定子绕组的直流电阻，此阻值即为冷态直流电阻。 具体实现方法有：伏安法、电桥法等。各种方法详细的理论分析及原理介绍在书中有说明。在实际应用场合，可以使用万用表来进行伏安法的测试。 二、空载实验 《电机学实验指导书》上讲述的是Δ接法的测量方法。原理分析如下： 采样Δ接法的测量方法时，只需一相绕组短接，测量一相得到的数据是线电压跟线电流，可以得出空载实验的空载阻抗。Δ接法电机等效电路如图1所示。 A B C 图1 Δ接法电机等效图 但是，在小功率的应用场合（比如：家电等消费产品场合），三相异步电动机亦有好多 采用Y 型接法。此时电机测量如果可以检测相电压或者线电压均可，下面将逐一分析。 Y 型接法电机等效图如图2所示。 A B C 图2 Y 接法电机等效图 按照图2的等效图，若检测一相得到相电压，线电流，则可直接计算得出短路阻抗。若检测一相得到线电压，线电流，计算便可得到2倍的短路阻抗。 三、短路（堵转）实验 短路实验的原理跟实际的操作流程在实验指导书上均有详细的指导，再次不再重复叙述。 注：因三相异步电动机的广泛使用，在许多场合并未对三相异步电动机的一些细则进行说明，例如，现在许多三相电动机均由变频器拖动，且变频器的前级整流大部分采用全桥整流。下面以小功率消费场合所采用不控整流技术来进行说明： 此时 直流输出 22.34cos d U U α=[1] 大部分情况下，我们只知道电机的供电电源是市电。而不知道电机的一些详细额定参数（我遇到的是额定电压未知）。此时，在进行实验时，我们无法确定三相调压器所施加电压的上限是多少。 所以，在这种情况下，可根据上面的公式及电机的供电方式及供电电源的等级来确定三相调压器所施加电压的上限（上式中反推所得到的2U ）。 永磁同步电机设计 1电机仿真模型 （a ）原型电机（b ）新型电机 图1PM-Y2-180-4电机整体有限元仿真模型 图2新型电机转子1/4模型 2静态有限元仿真结果比较 2.1永磁磁场分布 当永磁体单独作用时，两种电机的磁力线分布如图3所示。 （a ）原型电机（b ）新型电机 图3两种电机永磁磁场分布 2.2永磁气隙磁密波形 当永磁体单独作用时，两种电机一个周期范围（即一对永磁体范围）的永磁气隙磁密波形如图4所示。 （a ）原型电机 （b ）新型电机 （c ）两种电机比较 图4两种电机永磁气隙磁密分布 3空载稳态有限元仿真结果比较 3.1空载永磁磁链、空载永磁反电势波形 空载情况下，两种电机的三相绕组电流均设置为零，电机中磁场由永磁体单独产生。设置电机稳态运行转速为n =3000r/min ，可得到两种电机的空载永磁磁链、空载永磁反电势波形分别如图5、图6所示。由于三相绕组对称，在此仅给出A 相绕组仿真结果。 图5两种电机空载永磁磁链 图6两种电机空载永磁反电势 3.2空载永磁磁链、空载永磁反电势谐波分析 利用Matlab 对图5、图6的波形进行傅里叶分析，可得到两种电机磁链及反电势的各次谐波分量，如图7所示。 （a ）空载永磁磁链（b ）空载永磁反电势 图7磁链及反电势谐波分量分析 通过对两种电机的空载永磁磁链和空载永磁反电势进行谐波分析，得到以下结论：（1）3次谐波分量是主要谐波分量；（2）偶次谐波分量几乎为零，奇次谐波分量相对较大；（3）采用新型电机结构可在一定程度上削弱3次谐波分量，但同时会引起5、7次谐波分量增加，总体削弱谐波效果并不明显。 4负载稳态有限元仿真结果比较 4.1电枢绕组通入三相对称电压 两种电机具有相同的参数如下：电阻R =0.0410947?，电感L =5.87143?10?5H ，额定转速n =3000r/min 。给电枢绕组通入三相对称电压： A B C 310.269sin(20035.3581/180) 310.269sin(20035.3581/1802/3)310.269sin(20035.3581/1802/3) u t u t u t ππππππππ=+=+-=++（1） 并进行有限元仿真，得到两种电机的绕组电流及转矩波形，分别如图8、图9所示。 （a ）原型电机 （b ）新型电机 图8两种电机绕组电流波形 实验报告 图2-1 三相异步电动机参数测定接线图 （2）利用调压电源改变供给异步电动机的电源，异步电动机连接成Y 形，即将U 、V 、W （A 、B 、C ）各接A 、B 、C 三相宫电线，X 、Y 、Z 接在一起。 （3）当施加电压从零逐渐增加，达到某值时，电机开始启动，然后逐渐增加电压到额定电压。测量其空载转速，观察其方向，再降低电压，使电机停下来。 （4）将三相交流供电线任意两相交换，再逐渐增加电压，观察电动机的转向，理解电源相序变化对电机转向的影响。 2． 参数测定 测量定子绕组的冷态直流电组，用数字万用表测量三个定子绕组1r 值， 娶妻平均数，即得冷态电阻。至于异步电动机的参数12 12,,,,,m m x x x r r r ''，可用空载和短路实验来测定。下面主要作这两个实验。 (1). 空载实验 a.按照图3-1接线。电机绕组为Y 接（U N =220V ）。负载与电机脱开，即不加负载。 b.把交流调压器的电压调至最小位置，接通电源，逐渐升高电压，是电动机旋转，并注意电机的旋转方向。若电机的旋转方向不符合要求，则需改变任意两根输入线即可。 c.保持电机在额定电压下，空载运行数分钟，使电机的机械损耗达到稳 1 x由下列短路实验求得。励磁电阻： 2 3 Fe m P r I =，式中 Fe P为额定电压下的铁损耗，由图3-2确定。 图2-2 电机的铁损与机械损耗 即作出2 () P f U =曲线，在2H U时对应的,Fe mec mec P P P 。可取2 () P f U =的延长线与 纵轴的交点，线段OK的长度表示机械损耗 mec P。 由短路实验计算出短路参数： 短路阻抗K k k U Z I =；短路电阻： 2 3 k k k P R I =；短路电抗：22 k k k X Z R =-，式中 ,, k k k U I P分别是短路相电压、短路相电流、三相短路功率之和。 转子绕组的折合值为 21 k r R R '=-，定、转子漏电抗为 12 1 2k x x X ' =≈最后画出完整的三相异步电动机等效电路图，并填入相关参数。 第8章三相异步电动机的工作特性和参数测定 原理简述 一、基本方程式和等效电路 异步电机定子绕组所产生的旋转磁场，以转差速度切割转子导体，在转子导体中感应电势，产生电流，转子导体中的电流与定子旋转磁场相互作用而产生电磁转矩，使转子旋转。当转子的 转速与定子旋转磁场的转速相等时，定、转子之间没有相对切割，转子中就没有电流，也就不能产生转矩。因此转子的转速一定要异于磁场的转速，故称异步电机。由于异步而产生的转 矩称为异步转矩。当时，为电动机运行；时为发电机运行；当即转子逆着磁场方向旋转时，它是制动运行。异步电机绝大多数都是作为电动机运行。其转矩和转速（转差率）曲线，如图8-1所示。 由《电机学》中可知，将转子边的量经过频率折算和绕组折算，可得到异步电机的基本方程式为： 式中转差率是异步电机的重要运行参数，为折算到定子一边的转子参数，也就是从定子上测得转子方面的数值。 由方程式可以画出相应的等效电路，如图8-2所示。 当异步电动机空载时，，。附加电阻。图8-2中转子回路相当 开路；当异步电动机堵转时，，，附加电阻，图8-2转子回路相当短路，这就和变压器完全相同。因此异步电机也可以通过空载实验和堵转（短路）实验来求出异步电机的等效电路中的各参数。 二、空载实验 由空载实验可以求得励磁参数，以及铁耗和机械损耗。实验是在转子轴上 不带任何机械负载，转速，电源频率的情况下进行的。用调压器改变试验电压 大小，使定子端电压从逐步下降到左右，每次记录电动机的端电压、 空载电流和空载功率，即可得到异步电动机的空载特性，如图8-3所示。 图 8-3 空载特性图 8-4 铁耗和机械耗分离 空载时，电动机的输入功率全部消耗在定子铜耗、铁耗和转子的机械损耗上。所以从空载功 率中减去定子铜耗，即得铁耗和机械耗之和，即 式中为定子绕组每相电阻值，可直接用双臂电桥测得。 机械损耗仅与转速有关而与端电压无关，因此在转速变化不大时，可以认为是常数。 哈尔滨工业大学，电气工程系 Department of Electrical Engineering Harbin Institute of Technology 电力电子与电力传动专题课 报告 报告题目:永磁同步电机无传感器控制技术 哈尔滨工业大学 电气工程系 姓名：沈召源 学号：14S006040 2016年1月 目录 1.1 研究背景 (1) 1.2 国内外研究现状 (1) 1.3 系统模型 (2) 1.4 控制方法设计 (4) 1.5 系统仿真 (7) 1.6 结论 (8) 参考文献 (8) 1.1 研究背景 永磁同步电机具有体积小、惯量小、重量轻等优点，在各领域的应用越来越广泛。目前在永磁同步电机的各种控制算法中，使用最多的是矢量控制和直接转矩控制，而这两种控制方式都需要转子位置，但转子位置传感器的采用限制了系统使用范围。永磁同步电机控制系统大多采用测速发电机或光电码盘等传感器检测速度和位置的反馈量，这不但提高了驱动装置的造价，而且增加了电机与控制系统之间的连接线路和接口电路，使系统易于受环境干扰、可靠性降低。由于永磁同步电机无传感器控制系统具有控制精度高、安装、维护方便、可靠性强等一系列优点，成为近年来研究的一个热点。 1.2 国内外研究现状 无传感器永磁同步电机是在电机转子和机座不安装电磁或光电传感器的情况下，利用电机绕组中的有关电信号，通过直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段，从定子边较易测量的量如定子电压、定子电流中提取出与速度、位置有关的量，利用这些检测到的量和电机的数学模型推测出电机转子的位置和转速，取代机械传感器，实现电机闭环控制。 最早出现的无机械传感器控制方法可统称为波形检测法。由于同步电机是一个多变量、强耦合的非线性系统，所要解决的问题是采用何种方法获取转速和转角。目前适合永磁同步电机的最主要的无速度传感器的控制策略主要有以下几种 (1)利用定子端电压和电流直接计算出θ和ω。该方法的基本思想是基于场旋转理论，即在电机稳态运行时，定子磁链和转子磁链同步旋转，且两磁链之间的夹角相差一个功角δ，该方法适用于凸极式和表面式永磁同步电机。该方法计算方法简单，动态响应快，但对电机参数的准确性要求比较高，应用这种方法时需要结合电机参数的在线辨识。 (2)模型参考自适应(MRAS)方法。该方法的主要思想是先假设转子所在位置，利用电机模型计算出该假设位置电机的电压和电流值，并通过与实测的电压、电流比较得出两者的差值，该差值正比于假设位置与实际位置之间的角度差。当该值减小为零时，则可认为此时假设位置为真实位置。采用这种方法，位置精度与模型的选取有关。该方法应用于PMSM时有一些新的需要解决的问题。 (3)观测器基础上的估计方法。观测器的实质是状态重构，其原理是重新构造一个系统，利用原系统中可直接测量的变量，如输出矢量和输入矢量作为它的输入信号，并使输出信号在一定条件下等价于原系统的状态。目前主要存在的观测器:全阶状态观测器、降阶状态观测器、推广卡尔曼滤波和滑模观测器。其中滑模观测器有很好的鲁棒性，但其在本质上是不连续的开关控制，因此会引起系统发生抖动，这对于矢量控制在低速下运行是有害的，将会引起较大的转矩脉动。扩展卡尔曼滤波器提供了一种迭代形式的非线性估计方法，避免了对测量的微分 6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式 §6-1 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机参数的测定 载试验 *励磁参数与铁耗及机械损耗的确定 通过空载试验可以测定异步电动机的励磁参数， 异步电动机的励磁参数决定于电机主磁路的饱和程度， 所以是一种非线性参数； 通过短路试验可以测定异步电动机的短路参数 异步电动机的短路参数基本上与电机的饱和程度无关，是一种线性参数 载试验与励磁参数的确定 一) 空载试验 1.异步电动机空载运行 指在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载的运行状态 2.空载试验电路 图5.7. 机空载试验电路 3.空载试验的过程 定子绕组上施加频率为额定值的对称三相电压， 从 (1.10 ~ 1.30) 倍额定电压值开始调节电源电压， 逐渐降低到可能使转速发生明显变化的最低电压值为止 每次记录端电压、空载电流、空载功率和转速， 根据记录数据，绘制电动机的空载特性曲线 5.7.2空载特性曲线 (二) 励磁参数与铁耗及机械损耗的确定 从空载特性可确定 计算工作特性所需等值电路中的励磁参数、铁耗和机械损耗 1.机械损耗和铁耗的分离 空载试验时输入电动机的损耗有：定子铜耗、铁耗和机械损耗 其中定子铜耗和铁耗与电压大小有关，而机械损耗仅与转速有关上式改写为 由于可认为铁耗与磁密平方成正比，因而铁耗与端电压平方成正比， 绘制曲线 p Fe + p mec = f (U1)2 图机械损耗与铁耗的分离 作曲线延长线相交于直轴于 0ˊ点， 过 0ˊ作一水平虚线将曲线的纵坐标分为两部分， 由于空载状态下电动机的转速 n 接近 n0 ，可以认为机械损耗是恒值 所以虚线下部纵坐标表示与电压大小无关的机械损耗， 线上部纵坐标表示对应于某个电压 U1 的铁耗 磁参数的确定 空载试验时的等效电路 永磁同步电机参数测量实验 一、实验目的 1. 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1. 掌握永磁同步电机dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2. 了解三相永磁同步电机内部结构。 3. 确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1. 待测永磁同步电机1台； 2. 示波器1台； 3. 西门子变频器一台； 4. 测功机一台及导线若干； 5. 电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1 ,2 a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2) 图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状 态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的0.632倍时，1d R t L - =-，电感与电阻的关系式可以写成： 0.632d L t R =? (5) 其中t 0.632为电流上升至稳态值0.632倍时所需的时间. 3． 交轴电感的测量 测出L d 之后,在q 轴方向(d 轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取的很短,小于电机的机械时间常数,保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q 轴电压方程可以简化为： q q q d d q di u Ri L i L dt ωωψ=+++ q q q q di u Ri L dt =+ (6) q 轴电流将按如下的指数形式建立: ()(1)q R t L U i t e R -=- (7) 利用测量直轴电感的方法同样可以测量交轴电感。 此外，由于没有正好超前d 轴90°的电压矢量，需要施加一个60°和120°合成矢量来完成等效q 轴电压矢量的施加过程。并且在进行脉冲电压实验的过程中,电压幅值和作用时间 应选择适当。电压幅值选择太小,影响检测精度,过大可能使电流超过系统限幅值影响系统安全。作用时间过短,采样点少,获取的电流信息少,也会影响检测精度,作用时间过长,电流同样可能过大影响系统安全，并且电机容易发生转动。 4． 反电势系数的测量 采用空载实验法，即用测功机带动被测永磁同步电机以一定的转速旋转，同时保持被测电机负载开路，测试此时的电机空载相电压，即为反电势电压。结合转速、反电势可以计算得出相应的反电势系数，计算公式如下： 1000e E K n = ? (8) 式中：E 为反电势，n 为转速。电机的反电势系数，其定义为每1000PRM 时电机每相绕组上的反电势电压的有效值（请注意不是线线电压，是线到中性线的电压，单位为：V/KRPM/相） 这种方法需要将被测电机运行至发电状态，并且需要负载开路手动测试反电势。 三相异步电机参数的测试 摘要介绍了根据传统的电机学试验原理，在变频器中对电机参数进行离线测试，通过对其采取相应的措施以达到测试参数的高精确度。 关键字矢量控制；电机参数；离线测试 0 引言 在异步电机的矢量控制系统中，电动机的参数是十分重要的物理量。在电机学中利用电动机的参数构成等值电路，以此为基础可以对三相电动机的各种运行特性进行分析。变频调速中采用的矢量控制，控制系统性能完全依赖于所使用的电机参数的准确程度，如果参数不准确，将直接导致矢量控制性能指标下降，甚至导致变频器不能正常工作。 三相异步电动机的基本参数包括定子电阻、定子漏感、转子电阻、转子漏感、定转子互感。这些参数的确定，可以利用电机设计制造时的技术数据进行理论计算，但计算复杂，并且与实际有较大误差；也可以采用试验方法确定，下面具体介绍在变频器中采用试验的方法对各参数的测试。 1 参数测定试验 在变频器中，测试参数主要有两种方法：一种是在线测试，一种是离线测试。在线测试方法主要有卡尔曼滤波法、模型参考自适应法、滑模变结构法等，这些方法要求处理器具有较高的处理速度，对系统硬件要求较高；离线测试方法主要有频率响应试验、阶跃响应试验等，但测试精度不高，存在计算复杂、程序计算量大等问题，故很少采用。 这里主要介绍根据传统的电机学试验原理，在变频器中对电机参数进行离线测试，通过对其采取相应的措施达到测试参数的高精确度。 1.1 采用直流伏安法测试电机的定子电阻 在变频器系统中，采用直流伏安法测试定子电阻的关键是如何得到低压直流电源，当变频器直接连接到电网时，其直流母线电压较高，通常的办法是对直流母线进行电压斩波控制，得到一个平均值很低、周期固定且占空比固定的高频电压脉冲系列，这样经过定子绕组中的电感滤波后，就得到一个脉动很小的直流电流。如果占空比为D，直流母线电压为Udc，电流为I，则相应的定子电阻值为 1．课题背景及意义 1.1课题研究背景、目的及意义 近年来，随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电动机控制理论的发展，交流伺服控制技术有了长足的进步，交流伺服系统将逐步取代直流伺服系统，借助于计算机技术、现代控制理论的发展，人们可以构成高精度、快速响应的交流伺服驱动系统。因此，近年来，世界各国在高精度速度和位置控制场合，己经由交流电力传动取代液压和直流传动[1][2]。 二十世纪八十年代以来，随着价格低廉的钕铁硼(REFEB)永磁材料的出现，使永磁同步电机得到了很大的发展，世界各国(以德国和日本为首)掀起了一股研制和生产永磁同步电机及其伺服控制器的热潮，在数控机床、工业机器人等小功率应用场合，永磁同步电机伺服系统是主要的发展趋势。永磁同步电机的控制技术将逐渐走向成熟并日趋完善[3]。以往同步电机的概念和应用范围己被当今的永磁同步电机大大扩展。可以毫不夸张地说，永磁同步电机已在从小到大，从一般控制驱动到高精度的伺服驱动，从人们日常生活到各种高精尖的科技领域作为最主要的驱动电机出现，而且前景会越来越明显。 由于永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、转矩电流比高、转动惯量低，易于散热及维护等优点，特别是随着永磁材料价格的下降、材料的磁性能的提高、以及新型的永磁材料的出现，在中小功率、高精度、高可靠性、宽调速范围的伺服控制系统中，永磁同步电动机引起了众多研究与开发人员的青睐，其应用领域逐步推广，尤其在航空航天、数控机床、加工中心、机器人等场合获得广泛的应用[4][5]。 尽管永磁同步电动机的控制技术得到了很大的发展，各种控制技术的应用 - 1 - 永磁同步电机参数在线辨识:模型参考与EKF 的比较 摘要：本文基于模型参考在线辨识的方法，对永磁同步电机进行参数辨识。运用李雅普诺夫第二方法和奇异扰动理论对增广系统的全局稳定性进行了分析。结果表明,该方法应用的解耦控制技术,改善了系统的收敛性和稳定性. 把这种方法与扩展卡尔曼滤波(EKF)的在线识别方法比较，结果表明,尽管基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的在线辨识法在实现的复杂性上相对于所提出的方法更简单,但是该方法与所提出的方法相比不能给出更好的结果. 仿真结果以及对隐极式永磁同步电机实验的分析，证实了所提出方法的有效性。 永磁同步机因为他们的高效率和良好的可控性成功的应用于不同的领域。永磁同步机的控制主要是通过高性能的矢量控制实现的。控制变量如(速度,位置,或转矩),主要的困难在于控制转矩,这说明了控制定子电流的必要性。在矢量控制中,如果想实现这一点，定子电流和电压矢量需在d-q 坐标系下进行分析研究。为了控制定子电流,必须先控制其直轴电感(d)和正交电感(q)。永磁同步电机在d-q 坐标下的电气模型是一个两输入-两输出系统，如下: f q d e e ψ==,0 f K =ω Ω是反电动势矢量d-q 分量；q d q d i i v v ,,,是d-q 轴电压和电流，Ω=P ω是转子电角速度，Ω是转子机械角速度，P 是极对数量。系统的输入是q d v v ,，输出是q d i i ,。根据适当的控制律控制这些电流，是定子电压通过电压源逆变器得到应用。逆变器通常根据一个恒定增益v G 来建模。我们可以得到qr v q dr v d v G v v G v ==,，qr dr v v ,是电流调节器的输出。他们用于调节d-q 坐标系的电流。隐极永磁同步电机,d 轴基准电流通常固定为零，电机转矩和转度由q 轴基准电流控制。d q s f L L R ,,,ψ是参考模型的参数。电机时间常数是 s q q s d d R L R L /,/==ττ。 事实上，这些参数是不准确的，他们会慢慢的发生变化。这些变化可能是由于一个故障或一个变化的操作点[2]。他们有时对控制系统是致命的并可能损坏驱动器。在这些情况下,一个在线辨识算法是必要的。该算法对电机参数进行辨识,用于控制算法或检测故障中。 哇哈哈 PMSM 参数测量实验 测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 1. 定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i (例如U 1)和零矢量U 0,同时记录电机的定子相电流,缓慢增加电压矢量U i 的幅值,直到定子电流达到额定值。如图1所示为实验的等效图,A 、B 、C 为三相定子绕组,U d 为经过斩波后的等效低压直流电压。I d 为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： 1,2a d b c d I I I I I ===- (1) 23d s d U R I = (2) 图1 电路等效模型 2． 直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时,定子相电流达到稳态后,永磁转子将旋转到和定子电压矢量重合的位置,也即此时的d 轴位置。测定定子电阻后,关断功率开关管,永磁同步电机处于自由状态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值,矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量(例如U 1),此时电机轴不会旋转(ω=0),d 轴定子电流将建立起来，则d 轴电压方程可以简化为： d d d q q d di u Ri L i L dt ω=-+d d d d di u Ri L dt =+ (3) 对于d 轴电压输入时的电流响应为： ()(1)d R t L U i t e R -=- (4) 利用式(4)以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中U /R 为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的0.632倍时，1d R t L -=-，电感与电阻的关系式可以写成： 我设定的自制马达规格如左：使用7.4V 1600mA锂电池，耗电在7A以内(马达功率约50W，电池放电系数约4.4C)，采用直驱或减速皆可。 以上述条件，无刷马达应采用△接线铜损较小(因线电流=√3*相电流，故马达内线圈电流会较小，以相同的线径来说，铜损自然较小)。 我是采用AWG #28号线(直径0.32mm)，每相每极绕21圈，采用△接线，使用7.4V 1600mA 锂电池。 以直驱测试，其数据如下： 螺旋桨测量转数(RPM) 测量电池电流(A) 测量马达线电流(A) 换算马达相电流(A) 计算功率(W) 4040 15000 6.2A 3.6A 2.1A 45W 5025 13000 7.4A 4.3A 2.5A 55W 以减速组测试(58/18=3.2)，其数据如下： 螺旋桨测量螺旋桨转数(RPM) 换算马达转速(RPM) 测量电池电流(A) 计算功率(W) 7060 6250 20000 4.2A 31W 8060 5500 17600 6.2A 46W 9070 5000 16000 7.4A 55W 无刷马达/有碳刷马达效能计算 扭力常数: Kt=Kb x 1.345 Kt=1345 / kv 消耗电流: I = [V-(Kb x kRPM)] / Rm I = [V-(RPM / kv)] / Rm 输出扭力: J = (Kt x I) - (Kt x Inl) 每分钟转速: kRPM = (V - RmI) / Kb kRPM = (V - RmI) x kv / 1000 输出功率: Po = (J x RPM) / 1345 消耗功率: Pi = V x I 马达效率: Eff = (Po / Pi) x 100 最高效率电流: Ie max = Sqrt [(V x Inl) / Rm] 符号定义: Eff = 效率 I = 消耗电流值 Iemax=发挥最高效率之电流量 Inl = 无负载量测电流值 J = 扭力(oz-in) Kb = 电压常数(Volt / 1000 RPM) Kt = 扭力常数(oz-In / A) Pi = 消耗功率(Watts) Po = 机械输出功率(Watts) Rm = 马达内阻 RPM = 每分钟转速 V = 电压 一、实验目的 1.测量永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、转子磁链以及转动惯量。 二、实验内容 1.掌握永磁同步电机 dq 坐标系下的电气数学模型以及机械模型。 2.了解三相永磁同步电机内部结构。 3.确定永磁同步电机定子电阻、交轴电感、直轴电感、反电势系数以及转动惯量。 三、拟需实验器件 1.待测永磁同步电机 1 台； 2.示波器 1 台； 3.西门子变频器一台； 4.测功机一台及导线若干； 5.电压表、电流表各一件； 四、实验原理 1.定子电阻的测量 采用直流实验的方法检测定子电阻。通过逆变器向电机通入一个任意的空间电压矢量U i(例如 U1)和零矢量U0,同时记录电机的定子相电流, 缓慢增加电压矢量U i的幅值,直到定子电流达到额定值。如图 1 所示为实验的等效图,A 、B、C 为三相定子绕组, U d为经过斩波后的等效 低压直流电压。 I d为母线电流采样结果。当通入直流时，电机状态稳定以后，电机转子定位，记录此时的稳态相电流。因此，定子电阻值的计算公式为： I a I d , I b I c 1 (1) I d 2 2U d (2) R s 3I d I d A O U d B C 图 1 电路等效模型 2．直轴电感的测量 在做直流实验测量定子电阻时, 定子相电流达到稳态后, 永磁转子将旋转到和定子电压矢量 重合的位置 , 也即此时的 d 轴位置。测定定子电阻后, 关断功率开关管, 永磁同步电机处于自 由状态。向永磁同步电机施加一个恒定幅值, 矢量角度与直流实验相同的脉冲电压矢量( 例如U1),此时电机轴不会旋转( ω=0),d轴定子电流将建立起来，则 d 轴电压方程可以简化为： di d u d Ri d di d u d Ri d L q i q L d dt L d dt (3)对于 d 轴电压输入时的电流响应为： i (t) R t U (1 e L d )(4) R 利用式 (4) 以及测量得到的定子电阻值和观测的电流响应曲线可以计算得到直轴电感值。 其中 U/ R为稳态时的电流反应，R 为测得的电机定子电阻。由上式可知电流上升至稳态值的 倍时，R t1，电感与电阻的关系式可以写成： L d L d t 0.632 ? R (5) 其中为电流上升至稳态值倍时所需的时间. 3．交轴电感的测量 测出 L d之后,在q轴方向(d轴加90°)施加一脉冲电压矢量。电压矢量的作用时间一般选取 的很短 , 小于电机的机械时间常数, 保证电机轴在电压矢量作用期间不会转动。则q轴电压方 基于最小二乘法的永磁同步电机参数辨识综述 姓名：张清路学号：S201102222 专业：控制工程 摘要：与传统电机相比，永磁同步电机具有诸多优点，因而应用非常广泛，而电机的 参数是否准确在电机的控制中具有重要意义，因此对于电机参数辨识的研究既是一个理论课题，也是一个实际应用课题。有关这方面的研究，很多科研人员做了大量工作，有参数的离线辨识和在线辨识，有在假定理想的线性状态下的辨识，也有考虑到实际情况的非线性因素下的参数辨识等等。其中频域响应法，Kalman滤波等方法都是应用比较广泛的电机参数辨识方法，但这些方法在实际应用中有不少限制条件和实现的困难。本文以系统辨识理论为基础，介绍了基于最小二乘的电机参数辨识方法。 1引言 系统辨识是研究如何利用系统试验或运行的、含有噪声的输入输出数据来建立被研究对象数学模型的一种理论和方法。系统辨识与控制理论有着密切的关系，随着计算机技术的发展和对系统控制技术要求的提高，控制理论得到了广泛的应用。在控制理论的应用中，要想获得理想的使用效果，则与能获得被控对象精确的数学模型是分不开的。但是，在很多情况下，被控对象的数学模型是不知道的，有时，系统的正常运行期间的数学模型的参数也会发生变化，这就使得依赖这个模型运行的系统控制效果大打折扣，甚至能使系统失控。因此，在应用控制理论进行控制时，建立控制对象的数学模型是基础，这是控制理论能否应用成功的关键所在。所谓通过系统辨识建立对象数学模型的依据是：研究表明，从外部对系统的认识，是通过其输入输出数据来实现的，而数学模型是表述系统动态特性的一种描述方式，系统的动态特性的表现必然蕴含在它变化的输入输出数据中。所以，通过记录系统在正常运行时的输入输出数据，或通过测量系统在人为输入作用下的输出响应，然后对这些数据进行适当的系统处理、数学计算和归纳整理，提取数据中包含的系统信息，从而建立被控对象的数学描述，这就是系统辨识。即系统辨识就是利用数学的方法从输入输出数据中提取对象数学模型的方法。 2 系统辨识 2.1定义 系统辨识是在已知和测得系统输入和输出的基础上，从一组给定的模型类中，确定一个与所测系统等价的模型。要素为：数据：指系统过程的输入数据和输出数据，塔是辨识的基础。模型类：指各种已知的系统过程模型集合，它是辨识时寻找模型的范围。等价准则：指系统行为相似性、系统效用等同性的识别标准，它是辨识优化的目标。辨识的实质就是按某种准则，从一组已知模型类中选择一个模型，使之能最好地拟合实际过程的动态特性。观测数据含有噪声，因此辨识建模实际上是一种实验统计的方法，所获得的模型只是与实际过程的外特性等价的一种近似描述。 2.2 系统辨识的误差准则 误差准则是辨识问题中不可缺少的三大要素之一，它是用来衡量模型接近实际过程的准则，它通常被表示为一个误差的泛函。因此误差准则也称为等价准则、损失函数、准则函数、误差准则函数等。这里的误差函数应该广义地理解为模型与实际过程之间的“误差”，也可以是输出误差、输入误差和广义误差。当扰动是作用在系统输出端的白噪声时，一般选择输出误差形式。但是，输出误差通常是模型参数的非线性函数，因而在这种误差准则意义电机参数测试--方法小结
永磁同步电机计算
三相异步电动机的参数测定
三相异步电动机的工作特性和参数测定
永磁同步电机无传感器控制技术
培训资料-三相异步电动机参数的测定13页
永磁同步电机参数测量试验方法
三相异步电动机参数测试
(完整word版)开题报告：永磁同步电机控制系统仿真
在线辨识永磁同步电动机参数
PMSM电机Ld Lq参数测量方法
电机参数计算方法
永磁同步电机参数测量试验方法.docx
基于最小二乘法的永磁同步电机参数辨识综述