电励磁同步电机参数测量方法探讨.doc

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1、电励磁同步电机参数测量方法探讨【摘要】随着生产实践对同步电机各种动态性能的计算不断提出新的耍求，关于电励磁同步电机参数测量的研究引起了人们的极大关注，电机参数的准确获取对于电力系统分析以及交流传动控制具有非常重要的意义。本文以电励磁凸极同步电机为例，结合电机模型，用试验的方法来讨论同步电机参数测量方法。【关键词】同步电机；参数测量；在线辨识1•引言近年来，同步电机越來越被人们关注，同时许多学者也开始了对同步电机参数的研究。因为，准确的同步电机参数是研究分析电力系统运行和控制系统设计的前提。同步电机参数分为稳态参数和瞬变参数。其中，反映同步电机暂态过程的瞬变参数与电力系统的稳定性有着密

2、切的关系，电网的故障计算，都需要准确的瞬变参数［1］。2•同步电机模型建立本文以电励磁凸极同步电机为研究对象。同步电动机数学模型的假设条件为［2］：(1)定子三相绕组空间对称分布，转子对直轴和交轴对称，把阻尼绕组简化为直、交轴两个独立的等效阻尼绕组，并短接，直轴气隙磁势和磁通密度在空间作正弦分布；(2)忽略磁路饱和效应，磁滞及铁芯损耗；(3)忽略温度对电动机参数的影响；(4)采用电动机惯例设定正方向。图1凸极同步电动机基本模型2.1凸极同步电动机稳态数学模型（1）电动势平衡方程同步电动机在正常运行时，电枢反应磁动势的幅值有可能既不在纵轴上，也不在横轴上，这时，我们把电枢反应磁动势分解

3、成两部分：一部分幅值在纵轴上，称其为电枢反应磁动势的纵轴分量；一部分幅值在横轴上,称其为电枢反应磁动势的横轴分量［3］。用空间矢量Fa、Fad.Faq分别表示电枢反应磁动势、电枢反应磁动势的纵轴分量、横轴分量，则Fa=Fad+Faq,如图2所示：2.2动态模型电机内都有磁场储能，当运行情况发生变化时，此磁场储能不能跃变,而要逐步地改变，于是在原先的运行状态与新的稳定状态之间，就有一段电磁瞬态过程［4］。从参考文献中电压方程和磁链方程可得出动态时同步电机d轴和q轴等效电路图如图4所示：图4动态等效电路图3.参数测量方法及试验结果从前而已经提过，在测量同步电机参数中，主要是电抗和时间常数

4、。一般在电机稳态时，时间常数不用计算，不作为电机测评的参数。在动态时，我们要结合电机等效电路图以及等值电路来测量电抗等和计算时间常数⑸。实验过程中由一台西门子6RA70直流调速系统控制的直流电动机作为原动机，单相调压器和单相二极管整流器组合提供可变直流励磁电流；实验中使用100MHz示波器进行波形摄录以及数字信号采集，用Matlab7.0.4软件进行数值分析得出实验结果。3.1电机的相关参数标么值：木测量过程计算参数采用标幺值，这样可以使基于微处理器的控制算法处理起来比较方便，其中，UN,IN分别为电枢绕组线电压和线电流的额定有效值。3.2测量过程（1）电阻测量在励磁绕组和电枢绕组两

5、端加上一定数值的亢流电压源，用电流表读取绕组中的电流，计算励磁绕组和电枢绕组的直流电阻。（2）空载与稳态短路试验方法试验图如图5所示：图5短路特性曲线以及转子励磁曲线和定子励磁曲线由图中转子励磁曲线以及其气隙线和短路曲线的关系，可以计算：同样，由定子励磁曲线以及其气隙线，可以计算：（3）低转差方法实际实验中，由于外加电压是经过变压器降压的，因此，随着电流忽大忽小的变化，变压器输出电压也是变化的，当电流最大是，电压U最小;当电流最小时，电压U最大，如图6所示。电机的直轴同步电抗和交轴同步电抗计算如下：交轴同步电抗可由公式计算：（4）三相突然短路试验法三相突然短路实验在额定转速下进行，先

6、将电机调节到所需电枢电压（取40%额定相电压）下作空载运行。在短路前测取励磁电流，然后将电枢绕组突然短路，与此同时用示波器摄录三相电枢电流及时间信号，如图7所示，只显示一相。将摄录的电流波形的峰值绘制在等分坐标轴上，然后用平滑的曲线连接起来，这就得到电流波形的上下两条包络线，如图8所示。图6低转差实验中电枢电流波形图7突然三相短路实验屮电枢电流波形去任一瞬间上下包络线各相电枢电流中的非周期分量与周期分量可按下面的方法分开：去任一瞬间上下包络两者纵坐标，两者代数和的一半是该瞬间电流的非周期分量；两者代数差的一半是该瞬间电流的周期分量，由于同步电机的直轴暂态和次暂态参数只与电枢电流的周期

7、分量有关，将电枢电流屮的周期分量绘制在等分坐标轴上，如图9所示。宜轴暂态电抗和直轴次暂态电抗可按以下公式计算：电枢绕组短路时的直轴暂态时间常数是电枢电流暂态周期分量（）自初始值衰减到0.368倍初始值所需的时间；电枢绕组短路时的直轴次暂态时间常数是电枢电流次暂态周期分量O自初始值衰减到0.368倍初始值所需的时间，因此，可得：图8突然三相短路实验中电枢电流上下包络线图9半对数坐标下电枢电流周期分量2.结论木文针対电励磁同步电机的基木模型的建立，対其参数测量