基于槽谐波提取的异步电机转速快速辨识方法

摘要

本发明公开一种基于槽谐波提取的异步电机转速快速辨识的方法。根据实时测得的定子电流信号，首先由类同步轴系滤波器初步提取槽谐波；其次由变频平均滤波器消去与槽谐波频率最接近的电机谐波，从而得到较纯净的槽谐波；最后通过单相锁相环，获得槽谐波的频率，并据此计算异步电机的转速。本发明基于电机转子的磁不对称性原理设计，因而辨识结果对大部分电机参数的变化不敏感；不需要额外的信号注入，通用性、可移植性强；转速辨识较快，鲁棒性较强，尤其适合异步电机矢量控制的运行需求。

主权项

1.一种基于槽谐波提取的异步电机转速快速辨识的方法，其特征在于：(1)检测三相定子电流，并变换到两相静止坐标系下，记为i_sα和i_sβ；(2)异步电机产生的槽谐波的频率f_H可由下式表述：$f_H=\pm [\frac{{\mathrm{kZ}}_2(1-s)}{p}\pm v]f_1,k=\mathrm{1,2,3},···v=\mathrm{1,3,5},···$其中f₁为电机基波频率，v为定子电流的次数，k为槽谐波的次数，s为电机的转差，Z₂为异步电机鼠笼转子的导条数，p为电机极对数；上述所有存在的槽谐波中，定子电流基波激励产生的一阶槽谐波的幅值较大，因此取v=1且k=1，获得下述四种不同频率的一阶槽谐波：$f_H=\pm [\frac{Z_2(1-s)}{p}\pm 1]f_1$转差s是一个很小的值，但异步电机负载运行时，转差s会根据负载变化而变化，因此将电机运行在转差s=0的理想空载条件下的槽谐波频率称为中心频率，则负载运行时，槽谐波频率在频谱上会出现在中心频率附近；在上述四种一阶槽谐波中，有一种满足三相电机谐波规律6m±1(m=1,2,3,…)，其幅值最大；根据不同的转子导条数Z₂和极对数p，四种一阶槽谐波中，幅值最大者的中心频率次数满足下表的判断条件：由上表得到最大幅值槽谐波的中心频率次数h，将h与电机基波频率f₁相乘，获得中心频率hf₁，及对应的中心角速度hω₁；上述的ω₁由异步电机的矢量控制算法计算得到；根据中心频率，将i_sα和i_sβ通过类同步轴系滤波器做带通滤波，得到中心频率附近的电流信号i_{sα_f}；(3)将步骤(2)中得到的电流信号i_{sα_f}通过变频平均滤波器，消去频率为中心频率hf₁的电机谐波，获得纯净的最大幅值槽谐波i_{sα_RSH}；(4)将步骤(3)中得到的信号i_{sα_RSH}输入单相锁相环，得到最大幅值槽谐波的角速度ω_H；(5)转差与转速的关系可表示为n₁=(n₁-n_r)/n₁，其中n_r为异步电机的机械转速，n₁为同步机械转速，n₁=60f₁/p；将上述关系式代入步骤(2)所述的四种一阶槽谐波的频率表达式中，反推得异步电机的机械转速n_r与槽谐波频率f_H间的关系也有四种，如下式所示：步骤(2)中确定最大幅值的槽谐波频率与转速的关系，因而反推得唯一的ω_H与n_r之间的关系表达式，根据已知的ω_H、ω₁和Z₂计算异步电机转速。