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1、(10)申请公布号 CN 102868355 A (43)申请公布日 2013.01.09 CN 102868355 A *CN102868355A* (21)申请号 201210320503.8 (22)申请日 2012.08.31 H02P 21/14(2006.01) H02P 27/08(2006.01) (71)申请人 常州联力自动化科技有限公司 地址 213125 江苏省常州市新北区庆阳路 6 号 (72)发明人 陈鑫兵 杜恩利 张贞飞 顾季蒙 (74)专利代理机构 常州市维益专利事务所 32211 代理人 何学成 (54) 发明名称 感应电机参数辨识的直流母线电容均压控制 方法 。
2、(57) 摘要 本发明涉及电机控制领域， 特别是一种在辨 识电机参数时控制直流母线电容电压均衡的方 法。 在辨识感应电机参数时， 通过检测逆变器两个 直流母线电容上的电压， 然后控制器将两个电压 进行比较， 在不影响辨识电机参数的前提下选择 合适的开关状态对电压较高的直流母线电容进行 放电， 从而保持两个直流母线电容均压。 采用上述 方法后， 在保证能正常进行感应电机参数辨识试 验的基础上， 可以简单的通过控制器调节逆变器 的开关状态， 对直流母线电容电压较高的进行放 电， 控制直流母线电压成均压。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 6 页 (19)中华人民共和。
3、国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 6 页 1/1 页 2 1. 一种感应电机参数辨识的直流母线电容均压控制方法， 其特征在于， 包括以下步 骤 ： a, 通过控制器选择逆变器的开关状态， 对电机分别进行直流试验和单相试验， 通过试 验数据计算电机参数 ； b, 在感应电机参数辨识试验过程中， 通过检测装置分别检测直流母线电容 C1 和 C2 两 端的电压 ； c, 判断直流母线电容 C1 两端的电压是否大于 C2 两端的电压， 如果是， 则进入步骤 d ； 如果否， 则进入步骤 e ； d, 在保证感应电机参数识别试验的反馈电流可以跟踪给定电流的。
4、基础上， 通过控制器 选择逆变器的开关状态给直流母线电容 C1 放电， 返回步骤 b ； e, 在保证感应电机参数识别试验的反馈电流可以跟踪给定电流的基础上， 通过控制器 选择逆变器的开关状态给直流母线电容 C2 放电 , 返回步骤 b。 2. 按照权利要求 1 所述的感应电机参数辨识的直流母线电容均压控制方法， 其特征在 于 ： 所述步骤 a 中电机参数辨识试验采用的逆变器为二极管箝位型三电平逆变器。 3. 按照权利要求 2 所述的感应电机参数辨识的直流母线电容均压控制方法， 其特征在 于， 定义二极管箝位型三电平逆变器每相电路上逆变器开关状态如下 ： 当 Sx1、 Sx2 导通， Sx3、。
5、 Sx4关断时记为P状态 ； Sx2、 Sx3导通,Sx1、 Sx4关断时记为O状态 ； Sx1、 Sx2关断Sx3、 Sx4 导通时记为 N 状态 ； 所述步骤 a 中逆变器选用三种开关状态分别为 PNN、 NPN、 NNP。 4. 按照权利要求 3 所述的感应电机参数辨识的直流母线电容均压控制方法， 其特征在 于 ： 所述步骤 d 中给直流母线电容 C1 放电时， 逆变器选用的开关状态为 POO、 OOP、 OPO 三种 状态之一。 5. 按照权利要求 3 所述的感应电机参数辨识的直流母线电容均压控制方法， 其特征在 于 ： 所述步骤 e 中给直流母线电容 C2 放电时， 逆变器选用的开关。
6、状态为 PNN、 NNP、 NPN 三种 状态之一。 6. 按照权利要求 1 所述的感应电机参数辨识的直流母线电容均压控制方法， 其特征在 于 ： 步骤 b 中所述检测装置为霍尔电压传感器。 权 利 要 求 书 CN 102868355 A 2 1/4 页 3 感应电机参数辨识的直流母线电容均压控制方法 技术领域 0001 本发明涉及电机控制领域， 特别是一种在辨识电机参数时控制直流母线电容电压 均衡的方法。 背景技术 0002 二极管箝位三电平逆变器因具有主功率电路 IGBT 耐压低、 输出电压谐波含量小 等特点而广泛应用于高压、 大功率 PWM 整流及逆变场合， 而矢量控制将电机的励磁电流。
7、和 转矩电流解耦， 用转子磁场定向方法实现转矩的瞬时控制， 因此三电平逆变器供电的异步 电机矢量控制比较适合高性能的高压大功率变频调速度场合。 但是矢量控制需要辨识电机 参数， 而电机参数辨识算法需要合适的逆变器控制方法， 当三电平逆变器直流母线电容不 均压时， 上、 下电容中一个电容电压小于一半的直流母线电压， 而另外一个电容电压大于一 半的直流母线电压， 因此电压大于一半直流母线电压的电容增加了 IGBT 管子电压应力又 使电机参数难以准确辨识， 因此电机参数辨识时三电平逆变器直流母线电容的均压控制相 当重要。 发明内容 0003 本发明需要解决的技术问题是如何在保证准确辨识电机参数的前提。
8、下控制逆变 器直流母线电容均压。 0004 为解决上述的技术问题， 本发明感应电机参数辨识的直流母线电容均压控制方法 包括以下步骤， 0005 a, 通过控制器选择逆变器的开关状态， 对电机分别进行直流试验和单相试验， 通 过试验数据计算电机参数 ； 0006 b, 在感应电机参数辨识试验过程中， 通过检测装置分别检测直流母线电容 C1 和 C2 两端的电压 ； 0007 c,判断直流母线电容C1两端的电压是否大于C2两端的电压， 如果是， 则进入步骤 d ； 如果否， 则进入步骤 e ； 0008 d, 在保证感应电机参数识别试验的反馈电流可以跟踪给定电流的基础上， 通过控 制器选择逆变器的。
9、开关状态给直流母线电容 C1 放电， 返回步骤 b ； 0009 e, 在保证感应电机参数识别试验的反馈电流可以跟踪给定电流的基础上， 通过控 制器选择逆变器的开关状态给直流母线电容 C2 放电 , 返回步骤 b。 0010 进一步的， 所述步骤 a 中电机参数辨识试验采用的逆变器为二极管箝位型三电平 逆变器。 0011 进一步的， 定义二极管箝位型三电平逆变器每相电路上逆变器开关状态如下 ： 当 Sx1、 Sx2 导通， Sx3、 Sx4 关断时记为 P 状态 ； Sx2、 Sx3 导通 ,Sx1、 Sx4 关断时记为 O 状态 ； Sx1、 Sx2 关断 Sx3、 Sx4 导通时记为 N 。
10、状态 ； 所述步骤 a 中逆变器选用三种开关状态分别为 PNN、 NPN、 NNP。 说 明 书 CN 102868355 A 3 2/4 页 4 0012 进一步的， 所述步骤 d 中给直流母线电容 C1 放电时， 逆变器选用的开关状态为 POO、 OOP、 OPO 三种状态之一。 0013 进一步的， 所述步骤 e 中给直流母线电容 C2 放电时， 逆变器选用的开关状态为 PNN、 NNP、 NPN 三种状态之一。 0014 进一步的， 步骤 b 中所述检测装置为霍尔电压传感器。 0015 采用上述方法后， 在保证能正常进行感应电机参数辨识试验的基础上， 可以简单 的通过控制器调节逆变器的。
11、开关状态， 对直流母线电容电压较高的进行放电， 控制直流母 线电压成均压。 附图说明 0016 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 0017 图 1 为三电平逆变器供电的异步电机简化系统原理图。 0018 图 2 为电机参数辨识时三相绕组中的一相处于开路状态的电路原理图。 0019 图 3 为电机参数辨识时三相绕组中的两相绕组短接的电路原理图。 0020 图 4a 为 P 状态下逆变器 IGBT 开关状态示意图。 0021 图 4b 为 O 状态下逆变器 IGBT 开关状态示意图。 0022 图 4c 为 N 状态下逆变器 IGBT 开关状态示意图。 0023 图 5a 为。
12、 PNN 状态电流流向示意图。 0024 图 5b 为 NPN 状态电流流向示意图。 0025 图 5c 为 NNP 状态电流流向示意图。 0026 图 6 为电机参数辨识方法的结构框图。 0027 图 7a 为 POO 状态电流流向示意图。 0028 图 7b 为 OPO 状态电流流向示意图。 0029 图 7c 为 OOP 状态电流流向示意图。 0030 图 8 为电机参数辨识中均压控制实验波形。 具体实施方式 0031 本发明是一种工程上实用的异步电机参数辨识时直流母线电容均压控制方法， 本 发明采用的逆变器为二极管箝位型三电平逆变器。图 1 为三电平逆变器供电的异步电机简 化系统原理图。
13、， 图中异步电机用三相绕组模型代替。 0032 目前常用的异步电机参数辨识方法主要为利用直流试验测试定子电阻， 堵转试验 （通过单相试验实现） 辨识定、 转子漏感和转子电阻， 空载试验辨识定、 转子间的互感。在一 些情形中辨识电机参数时不能旋转电机， 需要在停转下获得主电感和转子时间常数， 这些 试验基本全在单相试验中完成， 因此， 直流试验和单相试验能辨识异步电机的所有参数。 本 发明分别以直流试验和单相试验的工作原理分析了二极管箝位型三电平逆变器母线电容 电压的工作状态及不平衡原因， 针对不平衡提出一种控制策略， 该控制策略既能解决直流 母线电容的不均衡， 同时又能提高电机参数辨识方法的精。
14、度。 0033 当采用二极管箝位型三电平逆变器进行直流试验或者单相试验时， 三电平逆变器 的开关状态没有按照传统的动态正常工作时的 PWM 方式进行调制， 而是采用静态下某些开 说 明 书 CN 102868355 A 4 3/4 页 5 关一直处于开通状态或者关断状态， 这种调制方法由于开关状态选择的局限性不能按照传 统的直流母线电容电压平衡策略去控制均压。为了说明异步电机参数辨识过程与三电平 逆变器直流母线电容电压之间的关系， 将参数辨识过程归结为直流试验和单相试验。直流 试验时为了得到辨识需要的直流电压， 将电机 U,V,W 三相绕组中的一相绕组处于开路状态 （如图 2 所示） 或者将两。
15、相 (V,W 或者 U,V 或者 U,W) 桥臂的控制信号相同， 即将电机的两相 绕组短接， 如图 3 所示， 向电机施加直流信号， 该直流电压信号的幅值为直流母线电压乘以 开关的占空比。 0034 单相试验是在直流试验基础上将给定电流叠加交流信号， 其逆变器驱动方式与直 流试验时的驱动方式相同， 因此在此将单相试验等效为直流试验。参数辨识时主功率电路 等效为如图 3 所示。 0035 所以， 本发明的步骤 a 通过控制器选择逆变器的开关状态， 对电机分别进行直流 试验和单相试验， 通过试验数据计算电机参数。以 U 相电路为例对图 1 中的开关状态进行 定义 ： 当 Sa1,Sa2 导通 Sa。
16、3,Sa4 关断时记为 P 状态， Sa2,Sa3 导通 Sa1,Sa4 关断时记为 O 状 态， Sa1,Sa2 关断 Sa3,Sa4 导通时记为 N 状态， 三相的开关状态如表 1 所示。图 4a、 图 4b、 图 4c 为 P、 O、 N 对应开关状态下逆变器 IGBT 开关状态。 0036 表 1 三电平逆变器的开关状态 (x=a,b,c) 0037 开关状态 Sx1 Sx2 Sx3 Sx4 P ON ON OFF OFF O OFF ON ON OFF N OFF OFF ON ON 0038 当进行直流试验时， 一般选用三种状态分别进行试验， 然后对三种状态的试验结 果求取平均值即。
17、可得到电机参数， 这三种状态分别为 PNN， NPN， NNP， 其中 PNN 状态的电流路 径为 ： C1 正极Sa1Sa2U 相电机绕组绕组中性点 NV 相绕组 ( 并联 W 相绕组 ) Sb3Sb4(并联Sc3Sc4)C2负极 ； 另一条电流回路为 ： C2正极箝位二极管D5Sa2 U 相电机绕组绕组中性点 NV 相绕组 ( 并联 W 相绕组 )Sb3Sb4( 并联 Sc3Sc4) C2 负极， 其电流流向如图 5a 所示， 回路的负载阻抗为 ： (Rsa+*Lsa)+(Rsb+Lsb)/ (Rsb+Lsb)， 其中 Rsa 为电机绕组的等效电阻 ； Lsa 为绕组的自感 ； 为流过电机。
18、绕组的 电流频率。同样可以得到 NPN 状态和 NNP 的电流路径， NPN 状态的电流路径为 ： C1 正极 Sb1Sb2V 相电机绕组绕组中性点 N-U 相绕组 ( 并联 W 相绕组 )Sa3Sa4( 并联 Sc3Sc4)C2 负极 ； 另一条电流回路为 ： C2 正极箝位二极管Sb2V 相电机绕组绕 组中性点 N-UU 相绕组 ( 并联 W 相绕组 )Sa3Sa4( 并联 Sc3Sc4)C2 负极， 其电流流 向如图 5b 所示， NNP 状态的电流路径为 ： C1 正极Sc1Sc2W 相电机绕组绕组中性点 NU相绕组(并联V相绕组)Sa3Sa4(并联Sb3Sb4)C2负极 ； 另一条电。
19、流回路为 ： C2 正极箝位二极管Sc2W 相电机绕组绕组中性点 NU 相绕组 ( 并联 V 相绕组 ) Sa3Sa4( 并联 Sb3Sb4)C2 负极， 其电流流向如图 5c 所示， 从图中可以看到这三种状 态都有两个放电回路， 这将导致下电容放电速度快于上电容， 上下电容逐渐趋向不平衡状 说 明 书 CN 102868355 A 5 4/4 页 6 态， 且随着工作时间及励磁电流的增大下电容将出现完全放电， 而上电容充满母线电压， 使 电路不能正常工作。 0039 同理也可以得到单相试验的开关状态及电流流向， 在单相试验中， 可以选取电机 的两相绕组作为回路或者将电机两个绕组并联后作为一条。
20、回路， 其开关状态和直流试验一 致， 只是单相试验中的电流参考值含有交流成分。 0040 为了确定直流母线电容上电压的大小， 本发明方法的步骤 b 在感应电机参数辨识 试验过程中， 通过检测装置分别检测直流母线电容 C1 和 C2 两端的电压。这里检测装置采 用霍尔电压传感器。 0041 然后通过步骤 c 判断直流母线电容 C1 两端的电压是否大于 C2 两端的电压， 如果 是， 则进入步骤 d ； 如果否， 则进入步骤 e。 0042 d, 在保证感应电机参数识别试验的反馈电流可以跟踪给定电流的基础上， 通过控 制器选择逆变器的开关状态给直流母线电容 C1 放电， 返回步骤 b。 0043 。
21、e, 在保证感应电机参数识别试验的反馈电流可以跟踪给定电流的基础上， 通过控 制器选择逆变器的开关状态给直流母线电容 C2 放电 , 返回步骤 b。 0044 结合图 6 及电机参数辨识基本原理， 可以看出， 参数辨识过程中由于补偿网络的 存在， 开关切换不能引起电流方向的改变， 如果电流方向改变将引起补偿网络不能正常工 作。所以步骤 d 和步骤 e 中选择逆变器开关状态时， 必须保证感应电机参数辨识试验的 补偿网络反馈电流可以跟踪给定电流。因为当进行试验时， 选用状态 PNN， NPN， NNP 分别 进行试验， 然后对三种状态的试验结果求取平均值即可得到电机参数。因此， 当辨识中 选取 P。
22、NN,NNP,NPN 开关方式作为直流或单相试验时， 需要考虑上电容电压大于下电容电 压， 要使上、 下电容均压必须在选择 PNN,NNP,NPN 状态方式时在安排其他开关状态以使上 电容放电， 但是开关状态的选取又不能引起电机绕组电流的突变， 基于此分析， 可以选取 POO,OOP,OPO作为上电容放电回路， POO,OOP,OPO三种状态的电流路径分别如图7a、 图7b和 图 7c 所示， 选取这些开关状态将使上电容 C1 处于放电状态。所以选择 PNN,NNP,NPN 状态 方式时， 步骤 d 中选择 POO,OOP,OPO 三种状态中的一种给电容 C1 放电。同理， 当检测到直 流母线。
23、电容 C2 上的电压大于 C1 上的电压时， 步骤 e 中选择 PNN、 NNP、 NPN 三种状态中的一 种给电容 C2 放电。 0045 因此， 通过反复调节开关状态能够使母线电容电压的均衡。由于当变频器直接连 接到电网上时， 其直流母线电压很高， 这么高的电压不可能直接加在电机定子绕组上， 因此 需要对直流母线电压进行斩波控制， 得到一个平均值很低、 占空比随补偿网络调节的高频 电压脉冲序列， 这个直流电压经过电机绕组后有很小的脉动成分， 难以用电压传感器精确 测量， 在为了精确计算绕组电阻及电抗， 在此通过检测母线电压和开关占空比大小来计算 电机绕组压降， 同时计算过程考虑逆变器 IG。
24、BT的导通压降。图 8 为电机参数辨识中均压控 制实验波形。 采用此方法不但做到母线电容的完全平衡控制， 而且很精确的计算电机参数。 说 明 书 CN 102868355 A 6 1/6 页 7 图 1 图 2 图 3 图 4a 说 明 书 附 图 CN 102868355 A 7 2/6 页 8 图 4b 图 4c 图 5a 说 明 书 附 图 CN 102868355 A 8 3/6 页 9 图 5b 说 明 书 附 图 CN 102868355 A 9 4/6 页 10 图 5c 图 6 说 明 书 附 图 CN 102868355 A 10 5/6 页 11 图 7a 图 7b 说 明 书 附 图 CN 102868355 A 11 6/6 页 12 图 7c 图 8 说 明 书 附 图 CN 102868355 A 12 。