CN102608529A - 用于测量异步电机转子时间常数的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于测量异步电机转子时间常数的装置，包括可调直流稳压电源U1、空气开关S1、电阻R1、电阻R2、稳压管D1和示波器A，可调直流稳压电源U1正极与空气开关S1串联，空气开关S1的另一端与电阻R1、电阻R2以及所测异步电机的一相电路连接，电阻R2另一端与稳压管D1的阳极串连，稳压管D1的阴极与R1的另一端、可调直流电源的负极、GND以及所测异步电机的另一相电路连接，示波器A表笔连接稳压二极管D1两端。以及提供测量方法，通过调节直流电源U1，使电流达到额定励磁电流；断开S1，用示波器测量稳压二极管D1两端电压，利用半衰期的计算方法计算转子时间常数。本发明计算简单、有效降低测量误差。

Description

用于测量异步电机转子时间常数的装置及方法

技术领域

本发明涉及用于测量异步电机的参数的装置及方法，更具体的，涉及一种用于测量异步电机的时间常数的装置及方法。 

背景技术

由于高的速度精确性和快速的扭矩响应，用于异步电机的矢量控制技术广泛应用在许多工业领域中。而异步电机的转子时间常数Tr是异步电机的一个重要参数，尤其是采用矢量控制，其直接影响磁场定向的准确性。 

图1所示的异步电机的等效模型，其中Rs为定子电阻，Ls’为定子漏感，Rr为转子电阻，Lr’为转子漏感，Lm为互感，s为转差，转子时间常数的定义是： 

$T_r=\frac{L_r}{R_r}=\frac{L_m+L_r^{\′}}{R_r}$

在现有的方法中通常的离线测量方法是先分别测量出转子电阻Rr和转子电感Lr，然后再根据上式进行计算，方法繁杂且精度不高。如CN102236074A中通过一种包含了信号注入模块、全阶状态观测器、计算模块和辨识模块来获取感应电机的定子电流的观测值和转子磁链的观测值，从而计算出转子磁化电流的相位角延迟，最后通过识别模块电机的定子电阻和转子的转速，进而计算出转子的时间常数，这种测量方法使用装置计算法复杂，不易测量。 

发明内容

为了克服现有异步电机时间常数离线测量方法的计算及装置复杂、测量误差较大等缺点，本发明提出了一种计算简单、有效降低测量误差的用于测量异步电机时间常数的装置及方法。 

为了达到上述目的，本发明的技术方案为： 

一种用于测量异步电机转子时间常数的装置，该装置包括可调直流稳压电源U1、空气开关S1、电阻R1、电阻R2、稳压管D1和示波器，所述的可调直流稳压电源U1正极与空气开关S1串联，空气开关S1的另一端与电阻R1、电阻R2以及所测异步电机的一相电路连接，电阻R2另一端与稳压管D1的阳极串连，稳压管D1的阴极与R1的另一端、可调直流电源的负极、GND以及所测异步电机的另一相电路连接，所述的示波器表笔连接稳压二极管D1两端。 

进一步，所述的空气开关的另一端与所测异步电机的U相电路相连，所述的稳压管D1的负极与所测异步的V相电路相连，所测异步电机的W相电路空置。 

或者是：所述的空气开关的另一端与所测异步电机的V相电路相连，所述的稳压管D1的负极与所测异步电机的U相电路相连，所测异步电机的W相电路空置。 

电阻R1的阻值小于电阻R2的阻值。 

一种用于测量异步电机转子时间常数的方法，采用的装置包括可调直流稳压电源U1、空气开关S1、电阻R1、电阻R2、稳压管D1和示波器，所述的可调直流稳压电源U1正极与空气开关S1串联，空气开关S1的另一端与电阻R1、电阻R2以及所测异步电机的一相电路连接，电阻R2另一端与稳压管D1的阳极串连，稳压管D1的阴极与R1的另一端、可调直流电源的负极、GND以及所测异步电机的另一相电路连接，所述的示波器表笔连接稳压二极管D1两端；所述方法包括以下步骤： 

步骤1：将空气开关S1闭合，通过调节直流电源U1向所测异步电机提供 额定励磁电流； 

步骤2：当励磁电流达到稳定时，断开S1，用示波器记录稳压二极管D1两端电压； 

步骤3：定子电流续流完毕后，获取示波器所显示的电机定子端的电压。 

步骤4：根据记录的定子电压的衰减曲线，计算转子时间常数采用半衰期计算方法，取电压稳定后的电压点V1，记录该时间t1，再在一半的V1处记录时间t2，半衰期为t2-t1，转子时间常数即为衰减时间常数： 

$T_r=\frac{(t2-t1)}{\mathrm{In}\left(2\right)}\≈1.443(t2-t1).$

进一步，所述励磁电流从零达到稳定的时间为电流稳定时间，所述的电流稳定时间为大于10倍转子时间常数。 

本发明的有益效果：采用简单的设备进行测量，便于操作，并且无需测量Rr和Lr，能直接测量出转子时间常数，所转子的时间常数精确。另外，本发明所提供的测量电路可靠安全，能够有效减小定子电压对示波器的冲击，可以测量在不同励磁和温度下的转子时间常数。 

附图说明

图1为异步电机单相实验的等效模型图。 

图2为测量异步电机转子时间常数的装置图。 

图3为闭合开关S1时测量电路的电流流向图。 

图4为断开开关S1时测量电路的电流流向示意图。 

图5为实验得到的单相电流阶跃实验波形图。 

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。 

实施例1 

参照图1～图5，一种用于测量异步电机转子时间常数的装置，该装置包括可调直流稳压电源U1、空气开关S1、电阻R1、电阻R2、稳压管D1和示波器，所述的可调直流稳压电源U1正极与空气开关S1串联，空气开关S1的另一端与电阻R1、电阻R2以及所测异步电机的一相电路连接，电阻R2另一端与稳压管D1的阳极串连，稳压管D1的阴极与R1的另一端、可调直流电源的负极、GND以及所测异步电机的另一相电路连接，所述的示波器表笔连接稳压二极管D1两端。 

所述的空气开关的另一端与所测异步电机的U相电路相连，所述的稳压管D1的负极与所测异步的V相电路相连，所测异步电机的W相电路空置。或者是：所述的空气开关的另一端与所测异步电机的V相电路相连，所述的稳压管D1的负极与所测异步电机的U相电路相连，所测异步电机的W相电路空置。 

电阻R1的阻值小于电阻R2的阻值。 

本发明是基于如下思路：当电机静止，异步电机任意两相间的电压和电流关系为： 

$U_s=(\mathrm{Rs}+L_s^{\′}*p+\frac{L_m^2}{\mathrm{Lr}}\frac{p}{1+\mathrm{Tr}*p})I_s$

上式p为微分算子，一般漏感小于互感10倍以上，因此上式可以等效为： 

$U_s\≈(R_s+L_r\frac{p}{1+\mathrm{Tr}*p})I_s$

如果给定两相间的电流Is为： 

$\left\{\begin{array}{cc}{I}_s=I_0& ;t<0\\ I_s=0& ;t\&GreaterEqual;0\end{array}\right.$

此时电压的波形可根据上面的近似公式得： 

$\left\{\begin{array}{cc}{U}_s=R_s{I}_0& ;t<0\\ U_s=-\left(R_r{I}_0\right)e^{-\frac{t}{T_r}}& ;t\&GreaterEqual;0\end{array}\right.$

通过测量Us在电流关断情况的曲线，并对其拟合即可得到转子时间常数Tr。 

如图2所示连接实验图，其中U1为可调直流电源，输出电压范围0-12V，电流0-20A，R1为续流电阻，阻值47欧，其功率200W，R2为稳压二极管分流电阻，阻值为10K，功率1W，D1为稳压二极管，稳压值为18V，功率1/2WS1为空气开关，电流等级为40A，耐压200V。 

示波器表笔连接稳压二极管两端。电机采用单相连接，UV相和电路相连，不区分正反，W相空置。 

先闭合开关S1，调节直流电源U1，直到电流达到额定励磁电流；此时定子电压约为0-10V之间，部分电流从R1和R2流过，由于R1和R2远远大于电机定子电阻，该电流可忽略。因此此时可调直流电源观测到的电流即为当前电机的励磁电流(如图3所示)。当电流稳定时间大于10倍转子时间常数后，励磁电流已达到稳定，且为当前定子电流。断开S1，用示波器测量稳压二极管D1两端电压。此时电机中定子漏感电流会通过R1、R2流过，流过R2和D1电流 

由于R2远大于R1，稳压二极管流过的电流将在其额定电流范围内，保护了D1和R2。由于定子漏感很小，续流时间很短，约在100us-1ms内，此时励磁电流仍基本保持不变。(如图4所示) 

当定子电流续流完毕后，此时最后通过示波器的电压，由于当前电压为转子电阻上的压降，电压约为0-10V，稳压二极管关闭，R2无电流，示波器所观察的电压即为转子电阻上的分压。 

记录下电压的衰减曲线，计算转子时间常数，实验得到的波形为如图5所 示，该曲线为两相间的电压波形由于实验的波形非常清晰且准确，计算Tr可以采用如下简单计算方法： 

如图5所示取电压稳定后的电压点V1，记录该时间t1，然后再在0.5V1处记录时间t2，转子时间常数即为： 

$T_r=\frac{(t2-t1)}{\mathrm{In}\left(2\right)}\&ap;1.443(t2-t1).$

实施例2 

参照图1～图5，一种用于测量异步电机转子时间常数的方法，采用的装置包括可调直流稳压电源U1、空气开关S1、电阻R1、电阻R2、稳压管D1和示波器，所述的可调直流稳压电源U1正极与空气开关S1串联，空气开关S1的另一端与电阻R1、电阻R2以及所测异步电机的一相电路连接，电阻R2另一端与稳压管D1的阳极串连，稳压管D1的阴极与R1的另一端、可调直流电源的负极、GND以及所测异步电机的另一相电路连接，所述的示波器表笔连接稳压二极管D1两端；所述方法包括以下步骤： 

步骤1：将空气开关S1闭合，通过调节直流电源U1向所测异步电机提供额定励磁电流； 

步骤2：当励磁电流达到稳定时，断开S1，用示波器记录稳压二极管D1两端电压； 

步骤3：定子电流续流完毕后，获取示波器所显示的电机定子端的电压。 

步骤4：根据记录的定子电压的衰减曲线，计算转子时间常数采用半衰期计算方法，取电压稳定后的电压点V1，记录该时间t1，再在一半的V1处记录时间t2，半衰期为t2-t1，转子时间常数即为衰减时间常数： 

$T_r=\frac{(t2-t1)}{\mathrm{In}\left(2\right)}\&ap;1.443(t2-t1).$

所述励磁电流从零达到稳定的时间为电流稳定时间，所述的电流稳定时间为大于10倍转子时间常数。 

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形成的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所述的具体形式，本发明的保护范围也给予本领域技术人员根据本发明构思所能构想到得等同技术手段。 

Claims (6)

1.一种用于测量异步电机转子时间常数的装置，其特征在于：该装置包括可调直流稳压电源U1、空气开关S1、电阻R1、电阻R2、稳压管D1和示波器A，所述的可调直流稳压电源U1正极与空气开关S1串联，空气开关S1的另一端与电阻R1、电阻R2以及所测异步电机的一相电路连接，电阻R2另一端与稳压管D1的阳极串连，稳压管D1的阴极与R1的另一端、可调直流电源的负极、GND以及所测异步电机的另一相电路连接，所述的示波器A表笔连接稳压二极管D1两端。

2.如权利要求1所述的用于测量异步电机转子时间常数的装置，其特征在于：所述的空气开关的另一端与所测异步电机的U相电路相连，所述的稳压管D1的负极与所测异步的V相电路相连，所测异步电机的W相电路空置。

3.如权利要求1所述的用于测量异步电机转子时间常数的装置，其特征在于：所述的空气开关的另一端与所测异步的V相电路相连，所述的稳压管D1的负极与所测异步电机的U相电路相连，所测异步电机的W相电路空置。

4.如权利要求1～3之一所述的用于测量异步电机转子时间常数的装置，其特征在于，电阻R1的阻值小于电阻R2的阻值。

5.一种用于测量异步电机转子时间常数的方法，其特征在于：采用的装置包括可调直流稳压电源U1、空气开关S1、电阻R1、电阻R2、稳压管D1和示波器A，所述的可调直流稳压电源U1正极与空气开关S1串联，空气开关S1的另一端与电阻R1、电阻R2以及所测异步电机的一相电路连接，电阻R2另一端与稳压管D1的阳极串连，稳压管D1的阴极与R1的另一端、可调直流电源的负极、GND以及所测异步电机的另一相电路连接，所述的示波器A表笔连接稳压二极管D1两端；所述方法包括以下步骤：

步骤1：将空气开关S1闭合，通过调节直流电源U1向所测异步电机提供额定励磁电流；

步骤2：当励磁电流达到稳定时，断开S1，用示波器A记录稳压二极管D1两端电压；

步骤3：定子电流续流完毕后，获取示波器A所显示的电机定子端的电压。

步骤4：根据记录的定子电压的衰减曲线，计算转子时间常数采用半衰期计算方法，取电压稳定后的电压点V1，记录该时间t1，再在一半的V1处记录时间t2，半衰期为t2-t1，转子时间常数即为衰减时间常数：

$T_r=\frac{(t2-t1)}{\mathrm{In}\left(2\right)}\&ap;1.443(t2-t1).$

6.如权利要求5所述的用于测量异步电机转子时间常数的方法，其特征在于：所述励磁电流从零达到稳定的时间为电流稳定时间，所述的电流稳定时间为大于10倍转子时间常数。

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