一种同步电机参数试验测量方法技术

本发明专利技术公开了一种同步电机参数试验测量方法，包括：电机静止，励磁绕组短接时，依次在电枢端不同两相间施加相同直流阶跃电压信号，对瞬态过程中的电机电枢电流进行录波，获得相应电枢电流响应信号；利用电机d轴和q轴直流阶跃电压信号，获取转子在任意位置下电枢电流响应的时域通解形式；并利用电枢电流响应的时域通解形式对获取的各电枢电流响应信号拟合，并将拟合后的电枢电流响应信号转换成频域表达式；根据各电枢电流响应信号和直流阶跃电压信号的频域表达式，计算电机的各频域阻抗表达式、电机d轴与q轴的频域运算电感以及各阶电感和时间常数。本发明专利技术在无需转子定位的操作下，可同时测量同步电机d、q轴等效电路中所有参数。

A Method for Measuring the Parameters of Synchronous Motor

The invention discloses an experimental measurement method for parameters of synchronous motor, which includes: when the motor is stationary and the excitation winding is short-connected, the same DC step voltage signal is applied successively between two different phases at the armature end, the armature current in the transient process is recorded, and the corresponding armature current response signal is obtained; and the DC step voltage signal of d axis and q axis of the motor is used to obtain the rotor at arbitrary position. The time domain general solution form of armature current response under position is used; the time domain general solution form of armature current response is used to fit the obtained armature current response signals, and the fitted armature current response signals are converted into frequency domain expressions; the frequency domain expressions of the armature current response signals and DC step voltage signals are used to calculate the frequency domain impedance expressions and d-axis expressions of the motor. Operating inductance in frequency domain with q axis and inductance and time constant of each order. The invention can simultaneously measure all parameters in the equivalent circuit of D and Q axes of synchronous motor without the operation of rotor positioning.

【技术实现步骤摘要】
一种同步电机参数试验测量方法
本专利技术属于电机试验
，更具体地，涉及一种同步电机参数试验测量方法。
技术介绍
同步电机参数的准确测量对电机的保护整定以及性能的考核评估具有重要意义，通常性能参数依据同步电机的d、q轴定义，具体地包括d、q轴的各阶电感与各时间常数。目前，同步电机d、q轴等效模型参数的主要试验提取方法有三相突然短路试验、电压恢复试验以及静止频率响应试验。其中，应用最为广泛的是三相突然短路试验，即电机在额定转速和特定空载电压下，将机端进行三相突然短路，根据短路电流获得同步电机的有关参数。但是，这类试验方法仅适用于小容量电机，由于大容量同步电机的额定电流大，在三相突然短路时容易因冲击电流较大而对电机造成不可逆的损伤。同时，在大容量电机上进行此试验时需要额外配备大量的保护设备，因此，对试验设备要求较高且试验准备周期比较长。为避免三相突然短路试验引起的大短路电流问题，工程上通常采用电压恢复试验进行替代，但是此试验仅能获得同步电机的d轴参数而不能获得q轴参数。为获得同步电机的q轴参数，IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers)标准中提出了静止频率响应试验法，但是此试验必须具备可调频的电源，对设备要求较高，且试验数据的处理过程涉及频域信号幅值和相位的处理，过程复杂，难以推广运用。其它可以测试参数的方法也往往只能测出少数几个或一个参数，难以通过试验测定出数学模型中所有的参数。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种同步电机参数试验测量方法，旨在解决现有同步电机参数试验测量方法在电机静止状态下非转子定位的情况下，无法同时测量同步电机d、q轴等效电路中所有参数的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种同步电机参数试验测量方法，包括：(1)当电机静止且励磁绕组短接时，依次在电枢端不同两相间施加相同直流阶跃电压信号，对瞬态过程中的电枢电流进行录波，获得相应电枢电流响应信号；(2)利用电机d轴和q轴直流阶跃电压信号，获取转子在任意位置下电枢电流响应的时域通解形式；(3)利用电枢电流响应的时域通解形式对获取的各电枢电流响应信号拟合，并将拟合后的电枢电流响应信号转换成频域表达式；(4)根据各电枢电流响应信号和直流阶跃电压信号的频域表达式，获取电机的频域阻抗表达式；(5)根据电机的频域阻抗和定子电阻，获取电机d轴与q轴的频域运算电感表达式；(6)对上述电机d轴与q轴频域运算电感表达式中的零点与极点分析，获取d、q轴各阶电感和时间常数。优选地，以五绕组同步电机为例，即电机d、q轴均仅考虑为一个等效的阻尼绕组。上述步骤(2)具体包括以下步骤：(2.1)在电机电枢端单独施加d轴阶跃形式电压Vd时，电枢电流响应的时域通解形式isd(t)为：其中，A1，A2，A3为衰减分量的幅值系数；λ1，λ2，λ3为衰减分量的衰减系数；Isd∞为施加Vd时的稳态电流分量；代表电枢回路电流的衰减过程，代表励磁回路电流的衰减过程，代表d轴阻尼回路电流的衰减过程；(2.2)在电机电枢端单独施加q轴阶跃形式电压Vd时，电枢电流响应的时域通解形式isq(t)为：其中，A4，A5为衰减分量的幅值系数；λ4，λ5为衰减分量的衰减系数；Isq∞为施加Vq时的稳态电流分量；代表电枢回路电流的衰减过程；代表q轴阻尼回路电流的衰减过程；(2.3)由叠加定理可得，转子在任意位置下的直流阶跃电压信号Vs均可由d直流阶跃电压信号Vd与q轴直流阶跃电压信号Vq合成，即总的电枢电流响应的时域通解包含四个衰减分量与一个直流分量，具体表达式为：其中，B1，B2，B3，B4为衰减分量的幅值系数；β1，β2，β3，β4为衰减分量的衰减系数；Is∞为施加Vs时的稳态电流分量；代表电枢回路电流的衰减过程；代表励磁回路电流的衰减过程；代表d轴阻尼回路电流的衰减过程；代表q轴阻尼回路电流的衰减过程。优选地，当励磁绕组端口短路，依次在电枢端A与B相，B与C相，C与A相间施加相同直流阶跃电压信号时，对瞬态过程中的电机电枢电流Is进行录波，获取三个电枢电流响应信号；从电枢端口将电机等效为二端口网络，利用电枢电流响应的时域通解形式对获取的各电枢电流响应信号拟合，并将拟合后的各电枢电流响应信号转换成频域表达式，结合直流阶跃电压信号，获取电机的各频域阻抗表达式为；以A与B相间施加直流阶跃电压信号对应的电机的频域阻抗为例，表达式为：相应地，可获取B与C相，C与A相间施加直流阶跃电压信号对应的电机的频域阻抗Bz(s)、Cz(s)。优选地，所述步骤(5)具体包括如下步骤：(5.1)根据电机的频域阻抗以及拓展道尔顿-卡梅隆变换，获取d轴频域阻抗Zd(s)与q轴频域阻抗Zq(s)；所述d轴频域阻抗Zd(s)为：所述q轴频域阻抗Zq(s)为：其中，Az(s)，Bz(s)，Cz(s)为在电枢端不同两相间施加相同直流阶跃电压信号后对应的频域阻抗表达式。(5.2)根据施加的直流阶跃电压信号与电枢电流稳态值，计算定子电阻rs；(5.3)根据d轴频域阻抗Zd(s)、q轴频域阻抗Zq(s)及定子电阻rs，获取电枢d、q轴的频域运算电感表达式；所述电机d轴频域运算电感表达式为：所述q轴频域运算电感表达式为：其中，rs为定子电阻；s为微分算子。(6)对上述电枢d、q轴的频域运算电感表达式进行零点与极点的分析，对比电枢d、q轴频域运算电感采用各阶电感和时间常量表示的表达式，可获取电机的各阶电感和时间常量：具体地，电枢d、q轴频域运算电感采用各阶电感和时间常量表示为：其中，Ld为d轴同步电感；Lq为q轴同步电感；T′d表示电枢回路短路时d轴瞬态时间常数；T″d表示电枢回路短路时d轴超瞬态时间常数；T″q表示电枢回路短路时q轴超瞬态时间常数；T′d0表示电枢回路开路时d轴瞬态时间常数；T″d0电枢回路开路时d轴超瞬态时间常数；T″q0表示电枢回路开路时q轴超瞬态时间常数。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术要求电机处于静止状态进行，并不需要原动机电动转子旋转，同时在试验过程中无需准确定位d、q轴，降低了对设备的要求，对大容量同步电机避免转子定位方面的作用尤为突出，同时避免了极对数多的电机试验过程中因定位不准确而带来的极大电角度误差，造成试验参数误差较大的问题。(2)本专利技术通过分析单独施加d轴直流阶跃电压Vd与q轴直流阶跃电压Vq对应的电枢电流响应的时域通解形式，进而利用叠加定理获取转子任意下电枢电流相应的时域通解形式，同时采用拓展道尔顿-卡梅隆变换获取d轴与q轴频域阻抗表达式Zd(s)和Zq(s)，实现同时获取电机的d、q轴等效电路中所有性能参数的试验。(3)本专利技术提供的试验方法适用于所有电励磁同步电机，尤其在极对数多的电机及无配套原动机的电机上也具有普适性。(4)本专利技术中所需瞬态电流较小，对电机的损伤也较小，从而极大地提高了试验的安全性，同时降低了对设备的要求和试验的复杂性。附图说明图1是本专利技术提供的试验方法中参数提取流程图；图2是本专利技术提供的试验方法具体接线图；图3是本实施例中电枢各两相间电枢电流响应波形；图4是本实施例中电机在电枢端A、B相间加压后等效的二端口网络。具体实施方式为了使本专利技术的目的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步电机参数试验测量方法，其特征在于，包括：(1)当电机静止且励磁绕组短接时，依次在电枢端不同两相间施加相同直流阶跃电压信号，对瞬态过程中的电枢电流进行录波，获得相应电枢电流响应信号；(2)利用电机d轴和q轴直流阶跃电压信号，获取转子在任意位置下电枢电流响应的时域通解形式；(3)利用电枢电流响应的时域通解形式对获取的各电枢电流响应信号拟合，并将拟合后的电枢电流响应信号转换成频域表达式；(4)根据各电枢电流响应信号和直流阶跃电压信号的频域表达式，获取电机的频域阻抗表达式；(5)根据电机的频域阻抗和定子电阻，获取电机d轴与q轴的频域运算电感表达式；(6)对上述电机d轴与q轴频域运算电感表达式中的零点与极点分析，获取d、q轴各阶电感和时间常数。

【技术特征摘要】
1.一种同步电机参数试验测量方法，其特征在于，包括：(1)当电机静止且励磁绕组短接时，依次在电枢端不同两相间施加相同直流阶跃电压信号，对瞬态过程中的电枢电流进行录波，获得相应电枢电流响应信号；(2)利用电机d轴和q轴直流阶跃电压信号，获取转子在任意位置下电枢电流响应的时域通解形式；(3)利用电枢电流响应的时域通解形式对获取的各电枢电流响应信号拟合，并将拟合后的电枢电流响应信号转换成频域表达式；(4)根据各电枢电流响应信号和直流阶跃电压信号的频域表达式，获取电机的频域阻抗表达式；(5)根据电机的频域阻抗和定子电阻，获取电机d轴与q轴的频域运算电感表达式；(6)对上述电机d轴与q轴频域运算电感表达式中的零点与极点分析，获取d、q轴各阶电感和时间常数。2.如权利要求1所述的同步电机参数试验测量方法，其特征在于，获取转子在任意位置下电枢电流响应的时域通解形式的方法为：(2.1)在同步电机的电枢端施加d轴阶跃形式电压Vd，获取电枢电流响应的时域通解形式isd(t)；(2.2)在同步电机的电枢端施加q轴阶跃形式电压Vq，获取电枢电流响应的时域通解形式isq(t)；(2.3)将电枢电流响应的时域通解形式isd(t)与电枢电流响应的时域通解形式isq(t)采用叠加定理获取转子在任意位置下电枢电流响应的时域通解形式。3.如权利要求2所述的同步电机参数试验测量方法，其特征在于，在五绕组同步电机模型中，所述电枢电流响应的时域通解形式isd(t)为：其中，A1，A2，A3为衰减分量的幅值系数；λ1，λ2，λ3为衰减分量的衰减系数；Isd∞为施加Vd时的稳态电流分量，代表电枢回路电流的衰减过程，代表励磁回路电流的衰减过程，代表d轴阻尼回路电流的衰减过程。4.如权利要求2述的同步电机参数试验测量方法，其特征在于，在五绕组同步电机模型中，所述电枢电流响应的时域通解形式isq(t)为：其中，A4，A5为衰减分量的幅值系数；λ4，λ5为衰减分量的衰减系数；Isq∞为施加Vq时的稳态电流分量；代表电枢回路电流的衰减过程；...

【专利技术属性】
技术研发人员：周理兵，马一鸣，王晋，肖洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42