一种直线感应电机参数离线测量方法
阅读说明：本技术 一种直线感应电机参数离线测量方法 (Offline measurement method for parameters of linear induction motor ) 是由 孙佳伟 曲诗健 李靖 姜岐广 李存才 于 2021-07-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种直线感应电机参数离线测量方法,其包括将被测直线感应电机堵转使其初级位置固定,向短路的被测直线感应电机的初级通入额定频率幅值不同的电压,获得短路特性曲线,将被测直线感应电机拖入一个恒定速度v,频率不同、幅值恒定的电压,获得空载特性曲线,结合短路特性曲线和空载特性曲线,得出励磁电流和励磁电感。本发明解决由于直线感应电机边端效应导致电机励磁电阻和电感随速度的变化明显,因此导致控制精度下降的问题。(The invention discloses a linear induction motor parameter off-line measuring method, which comprises the steps of locking a measured linear induction motor to fix the primary position of the linear induction motor, introducing voltages with different rated frequencies and amplitudes to the primary of the short-circuited measured linear induction motor to obtain a short-circuit characteristic curve, dragging the measured linear induction motor into a voltage with constant speed v, different frequencies and constant amplitude to obtain a no-load characteristic curve, and combining the short-circuit characteristic curve and the no-load characteristic curve to obtain exciting current and exciting inductance. The invention solves the problem of reduced control precision caused by obvious change of the excitation resistance and inductance of the motor along with the speed due to the side end effect of the linear induction motor.)
技术领域
本发明涉及直线感应电机参数测量领域，尤其涉及一种直线感应电机参数离线测量方法。
背景技术
直线感应电机由于在牵引传动领域，直线感应电机由于其无中间传动装置，噪音小；牵引力不受静摩擦力的影响，爬坡能力强；无机械接触，故机械损耗小；无离心力，电机结构鲁棒性好，初次级水平分离，散热效果好等一系列优点得到了越来越广泛的应用。但是，现有直线感应电机的直线的结构导致其出现第二类纵向边端效应，该效应使得次级的入端和出端感应出涡流，使得等效的励磁电感随着边端效应变化，造成了直线感应电机一直被人诟病的模型不准问题。
基于以上原因，直线电机模型的准确求解仍存在一定的问题。
发明内容
本发明提供一种直线感应电机参数离线测量方法，以克服模型不准的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种直线感应电机参数离线测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将被测直线感应电机堵转使其初级位置固定，使得被测直线感应电机短路，保证被测直线感应电机的初级和次级之间的气隙大小不变；
步骤2、向短路的被测直线感应电机的初级通入额定频率、幅值不同的正弦电压，将幅值逐渐增大，至初级电流达到额定值，记录不同幅值电压下第一初级绕组端电压Uk1、第一初级电流Ik1和第一初级输入功率Pk1的值，以确定被测直线感应电机的短路特性曲线；
步骤3、向短路的被测直线感应电机通入两相直流电压测得电流，由伏安法可得初级电阻Rs的值，结合步骤2短路特性曲线和功率守恒定律，得出次级电阻Rr、初级电感值Lsσ和次级电感值Lrσ的值；
步骤4、对被测直线感应电机施加一个恒定的拖动速度v，向被测直线感应电机初级通入频率为f、幅值恒定的正弦波，产生电磁推力Fe和制动阻力Feb；
步骤5、不断增加被测直线感应电机初级通入的频率，使得电磁推力Fe和制动阻力Feb相等，记录不同频率下第二初级绕组端电压Uk2、第二初级电流Ik2、第二初级输入功率Pk2的值，以确定被测直线感应电机的空载特性曲线；
步骤6、利用第二初级绕组端电压Uk2、第二初级电流Ik2的值，并结合短路特性曲线和空载特性曲线，得出励磁电流Im和励磁电感Lm的值；
步骤7、改变电机的拖动速度v，重复步骤4-步骤6，获得不同速度下的励磁电阻Im和励磁电感Lm的值。
进一步的，通过动力电机将被测直线感应电机的初级拖到预定速度。
进一步的，所述短路特性曲线包括对应的第一初级绕组的端电压Uk1与第一初级电流Ik1的关系曲线，空载特性曲线包括第二初级绕组的端电压Uk2与第二初级输入功率Pk2的关系曲线。
进一步的，步骤中3得到初级电阻Rs的值的公式为：Rs＝Us/Is，其中Us为被测直线感应电机的电压值，Is为被测直线感应电机的电流值。
进一步的，步骤3得到次级电阻Rr的值的公式为：Pk1＝m1Ik1 2(Rs+Rr)，其中m1为被测直线感应电机相数。
进一步的，步骤3得到初级电感Lsσ和次级电感Lrσ的值的公式为：Zk＝Uk1/Ik1，Xk＝Xsσ+Xrσ，Xsσ＝Xrσ＝Xk/2，Xsσ＝2πfLsσ，Xrσ＝2πfLrσ，其中Zk为整个等效电路的输入阻抗值，Xk为整个等效电路的感抗值，Rk为初级电阻Rs的值，Xsσ代表被测直线感应电机初级感抗值，Xrσ代表被测直线感应电机次级感抗值。
进一步的，步骤6中利用第二初级绕组端电压Uk2、第二初级电流Ik2获得励磁电感Lm的值公式为：Z0＝Uk2/Ik2，Lm＝Xm/2πf，其中Z0代表等效模型的输入阻抗值，Rs代表定子电阻值，R2代表转子电阻值。
进一步的，步骤4中频率f的值为v/2τ。
有益效果：(1)本发明所提供的直线感应电机参数离线测量方法，通过堵转实验测得短路阻抗、转子电阻和定转子漏抗，再通过对不同速度下的被测电机，注入反向行进的正弦电压，逐渐增大频率使得其产生的净推力为0，进而可得涡流损耗的功率大小，求得该速度下的励磁电阻和励磁电感的大小。该方法能求解各个运行速度下的电机参数，可获得更高的运行效率，更高的推力精度。
(2)本发明所提供的直线感应电机参数离线测量方法，初级只需要注入正弦电压，检测初级电流和输入功率。控制上不需要额外的硬件成本，且在大功率牵引领域，一辆车包含多个动力车厢，一个动力车厢包含多个逆变器和电机，故方法中提供恒定速度的动力电机不需要额外提供，该方法可实施性高。
(3)本发明所提供的直线感应电机参数离线测量方法，不依赖与某些固定的电机参数，以及阐明参数变化规律的数学模型，可以作为其他模型的校核标准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的直线感应电机参数离线测量方法流程图；
图2为本发明提供的直线感应电机的等效电路示意图；
图3为本发明提供的直线感应电机空载实验平台结构示意图；
图4为本发明提供的直线感应电机堵转实验的等效电路图；
图5为本发明提供的直线感应电机虚拟空载实验的等效电路图。
其中，1、被测直线感应电机，2、动力电机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种直线感应电机参数离线测量方法，如图1，其特征在于：
步骤1、将被测直线感应电机堵转使其初级位置固定，使得被测直线感应电机短路，保证被测直线感应电机的初级和次级之间的气隙大小不变，由于堵转，被测直线感应电机的初级与次级均静止，被测直线感应电机的转差率s接近1，此时励磁支路的阻抗远大于转子侧的阻抗，此时励磁支路产生的损耗可以忽略不计，故励磁支路可以忽略；
步骤2、向短路的被测直线感应电机的初级通入额定频率，幅值不同的正弦电压，将幅值逐渐增大，至初级电流达到额定值，记录不同幅值电压下第一初级绕组端电压Uk1、第一初级电流Ik1和第一初级输入功率Pk1的值，以确定被测直线感应电机的短路特性曲线，其中短路特性曲线包括：Ik1＝f1(Uk1)，Pk1＝f2(Uk2)。f1表示短路条件下第一初级绕组端电压Uk1和第一初级电流Ik1的函数关系，f2表示短路条件下第二初级绕组端电压Uk2和第二初级输入功率Pk2的函数关系；
步骤3、向短路的被测直线感应电机通入两相直流电压测得电流，由伏安法可得初级电阻Rs的值，假设被测直线感应电机定转子漏感相等，结合步骤2短路特性曲线，通过功率守恒得出次级电阻Rr、初级电感Lsσ和次级电感Lrσ的值；得到初级电阻Rs的值的公式为：Rs＝Us/Is，其中Us为被测直线感应电机的电压值，Is为被测直线感应电机的电流值。得到次级电阻Rr的值的公式为：Pk1＝m1Ik1 2(Rs+Rr)，其中m1为被测直线感应电机相数。得到初级电感Lsσ和次级电感Lrσ的值的公式为：Zk＝Uk1/Ik1，Xk＝Xsσ+Xrσ，Xsσ＝Xrσ＝Xk/2，Xsσ＝2πfLsσ，Xrσ＝2πfLrσ，其中Zk为整个等效电路的输入阻抗值，Xk为整个等效电路的感抗值，Rk为初级电阻Rs的值，Xsσ代表被测直线感应电机初级感抗值，Xrσ代表被测直线感应电机次级感抗值。
步骤4、通过动力电机将被测直线感应电机的初级拖到预定速度v，向被测直线感应电机初级通入频率f幅值恒定的正弦波，频率f的值为v/2τ，其中v为被测直线感应电机实际运行速度，τ为直线感应电机的初级绕组极距，被测直线感应电机由于端部效应产生电磁推力Fe和制动阻力Feb；
步骤5、不断增加被测直线感应电机初级通入的频率，使得电磁推力Fe和制动阻力Feb相等，此时被测直线感应电机的净推力为零，被测直线感应电机的消耗在励磁支路电阻和反应电磁输出功率的电阻的功率相等，此时被测直线感应电机为虚拟空载状态，由等效电路图5可得转差率s≠0，被测直线感应电机的制动功率Peb等于推力功率Pmec，记录不同频率下虚拟空载时的第二初级绕组端电压Uk2、第二初级电流Ik2、第二初级输入功率Pk2的值，以确定被测直线感应电机的空载特性曲线，其中空载特性曲线包括Ik2＝f3(Uk2)，PK2＝f4(Uk2)，f3表示空载条件下第二初级绕组端电压Uk2和第二初级电流Ik2的函数关系，f4表示空载条件下第二初级绕组端电压Uk2和第二初级输入功率Pk2的函数关系；
步骤6、利用第二初级绕组端电压Uk2、第二初级电流Ik2的值，并结合短路特性曲线和空载特性曲线，得出励磁电流Im和励磁电感Lm的值；利用第二初级绕组端电压Uk2、第二初级电流Ik2获得励磁电感Lm的值公式为：Z0＝Uk2/Ik2，Lm＝Xm/2πf，其中z0代表等效模型的输入阻抗值，Rs代表定子电阻值，R2代表转子电阻值；结合短路特性曲线和空载特性曲线，可测的励磁电流Im。
步骤7、改变电机的拖动速度，重复步骤4-步骤6，获得不同速度下的励磁电阻Im和励磁电感Lm的值。
在实施例中，所述测量方法的优选方案是：所述短路特性曲线包括对应的第一初级绕组的端电压Uk1与第一初级电流Ik1的关系曲线，空载特性曲线包括第二初级绕组的端电压Uk2与第二初级输入功率Pk2的关系曲线。
如图2所示，U1和I1分别为相电压和相电流，矢量Rs为初级电阻、Rr为次级电阻、Lsσ为初级漏感、Lrσ为次级漏感，Rr`(v)和Lm`(v)分别为等效的涡流损耗电阻和等效励磁电感，其值和速度有关，((1-s)Rr)/s为反映电磁输出功率的等效电阻RL的值，I2为次级电流，Im为励磁电流。
图3是本发明的测试平台结构示意图，和传统旋转感应电机不同的是其励磁支路上的电阻和电感值和电机运行速度，以及电机结构参数有关，故需要在不同的速度下做虚拟空载和短路实验，分别求取励磁支路上的电阻和电感值。其中，V表示动力电机将整个系统拖动到的线速度，VF为空载实验时，被测直线感应电机通入的正弦电压产生的行波磁场行进速度，其大小通过逐渐增加，直至被测电机产生的净推力为0。
图4、图5为被测直线感应电机堵转实验的等效电路图，堵转试验时，转差率s＝1，励磁支路包含Rr’(v)和Lm‘(v)，转子支路包括Lrσ和Rr和(1-s)/s*Rr。励磁支路阻抗Xm远大于转子支路阻抗Xr。在测量中还应注意：利用机械装置将被测直线感应电机初级卡住，防止在推力作用下滑动，保证初次级的气隙间距与额定运行时相同，被测电机初级通入频率为额定频率，幅值逐渐增大的正弦波，直至电流接近额定值。由于堵转，初级与次级均静止，转差率s接近1，此时励磁支路阻抗Xm远大于转子支路阻抗Xr，故励磁支路可以忽略。
通过动力电机将被测电机拖入恒定速度，往被测电机初级通入频率f＝v/2τ，幅值恒定的正弦波，其产生的磁动势行进方向与v相反。其中v为被测电机实际运行速度，τ为直线感应电机的初级绕组极距。由于初级相对于次级运动速度为v，且磁动势相对于初级的运动速度为-v，故磁动势相对于次级的运动速度为0，对次级无磁场切割，故此时电磁推力Fe为0，且空间存在磁场，初级的入端和出端有涡流产生，有边端效应，由涡流损耗导致被测电机产生制动阻力Feb。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。