基于转子槽谐波分析的潜油电机无传感器转子温度辩识方法

摘要

基于转子槽谐波分析的潜油电机无传感器转子温度辩识方法，属于电力电子建模和电机控制相结合的应用基础技术领域。它解决了现有技术中对潜油电机转子温度的辩识对电机参数依赖性强的问题。它首先采集所述潜油电机的三相定子电压和三相定子电流；通过信号调理电路对三相定子电压和三相定子电流分别进行处理，并将处理后的信号作为定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号；由DSP对定子原始电流输入信号的频谱进行变换，得到转子谐波的频率fseh，进而获得转子的转速s；同时由电机的一相定子原始电压输入信号矢量和该相定子原始电流输入信号矢量计算电机电感，进而获得转子的温度值。本发明适用于潜油电机的转子温度测量。

主权项

1.一种基于转子槽谐波分析的潜油电机无传感器转子温度辩识方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤一：采集所述潜油电机的三相定子电压和三相定子电流；步骤二：通过信号调理电路对三相定子电压和三相定子电流分别进行处理，并将处理后的信号作为定子原始电流输入信号和定子原始电压输入信号；步骤三：对定子原始电流输入信号的频谱采用快速傅里叶变换FFT进行谐波分析，得到定子三相电流的基波及各次谐波幅值，即得到所述潜油电机的转子槽谐波f_sh为：公式一：$f_{\mathrm{sh}}=f_1(\mathrm{kR}·\frac{1-s}{p/2}+n_{\omega }),$转子动态偏心率谐波f_eh为：公式二：$f_{\mathrm{eh}}=f_1[n_d\frac{1-s}{p/2}+n_{\omega }],$由公式一和公式二得到转子谐波的频率f_seh为：公式三：$f_{\mathrm{seh}}=f_1[(\mathrm{kR}+n_d)\frac{1-s}{p/2}+n_{\omega }],$上述三个公式中R是转子槽数；s是转差率；p是极数；n_ω＝±1，±3，...是定子绕组谐波级次；k＝1，2，...是电机磁动势的谐波级次；n_d＝0，±1，...，是转子偏心级数；f₁为基波频率，为50Hz；将公式三变形获得转子的转差率s为：$s=1-\frac{p}{2}·\frac{f_{\mathrm{seh}}/f_1-n_{\omega }}{\mathrm{kR}+n_d};$同时将所述潜油电机进行单相稳态正序等效，设定其等效电路中R_s为定子电阻，R_r为转子电阻，L_1s为定子漏感，L_1r为转子漏感，L_m为定转子互感，L_s为定子自感，并L_s＝L_1s+L_m，L_r为转子自感，并L_r＝L_1r+L_m，σ为漏感系数，ω_e[rad/s]电源供电频率的角速度，为电机的一相定子原始电压输入信号矢量，为电机的该相定子原始电流输入信号矢量，经计算获得L_s和σL_s，并获得转子电阻R_r的关系式：公式四：$R_r{\left(\frac{L_m}{L_r}\right)}^2={\mathrm{s\omega }}_e(1-\sigma )L_s\sqrt{\frac{\frac{V_{\mathrm{sy}}}{I_s}-{\omega }_e{\mathrm{\sigma L}}_s}{{\omega }_e{L}_s-\frac{V_{\mathrm{sy}}}{I_s}}},$式中V_sy为的y轴分量，设定在t₁时刻，转子电阻R_r的阻值为R_r(t₁)，转子温度为θ_r(t₁)，t₂时刻，转子电阻R_r的阻值为R_r(t₂)，转子温度为θ_r(t₂)，则有公式五：$\frac{R_r\left(t_1\right)}{R_r\left(t_2\right)}=\frac{{\theta }_r\left(t_1\right)+k}{{\theta }_r\left(t_2\right)+k},$式中k为温度系数，将公式五变形后得到：${\theta }_r\left(t_2\right)=\frac{R_r\left(t_2\right)·{(L_m/L_r)}^2}{R_r\left(t_1\right)·{(L_m/L_r)}^2}·[{\theta }_r\left(t_1\right)+k]-k,$式中θ_r(t₁)为电机所处环境的初始温度。