【doc】采用三相突然短路法测量同步电机参数

【doc】采用三相突然短路法测量同步电机参数 采用三相突然短路法测量同步电机参数 /牛一I7第1卷第1期 I997年3月 电机与控制 ELECTRlCMACHINESANDC0NTROL Vo1.1No1 March1997 采用三相突然短路法测量 同步电机参数 AnApproachtoMeasurementMethodsofSynchronous MachineParametersbyUsingSuddenShortCircuitTest 1 王旭东王亚军葛丛梅李哲生——磊工大学)7予-.6 WangXudongWangYajunGeChongmeiLiZhesheng fHarbinUniversityofScienceandTechnology) I\摘要用突然短路法测量同步电机参数,采用作者研制的具有dq0变换功能的电机数据采集系 统来直接测量突然短路电流的d,q轴分量,并对连续测量的,进行参数辨识,即可获得同步电机 的短路参数.这种A-法的优点是每个周期内的采样点比较少,采用最小二乘法进行参数估计的收敛 性能够得到保证文中还对三相短路的不同时性对测试结果的影响进行了探讨.给出了三相模拟 机^札,.践关键词 ,墨垫兰f同步电机^步/.矢量 Abst~actAnewmethodofdeterminationofthesynchronousmachineparametersusingsud. denshortcircuittestisinvestigatedinthispaper.Thed,qaxiscomponentsofshortcircuit currentaremeasureddirectlyusingthedataacquisitionsystemmadebyauthors,andthe parametersofsynchronousmachinecanbeidentifiedusingthediscretedataof,insteadof thethreephaseshortcircuitcurrentsTheadvantageofthismethodiSthatthenumberof samplepointineachperiodismuchlessthanthatofconventionalmethod,andthe convergenceisguaranteedwhentheparametersareestimatedbyusingleastsquaremethod Theeffectonerrorscausedbyswitchesofthethreephases.whicharenotsimultaneously close.iSalsodiscussedinthispaper.resultshowsthatthenewmethodiS1esSsensitivethan conventiona1method KeywordsMeasurementofparametersSynchronousmachine 1引言 三相突然短路试验是测量同步电机参数常规试 验方法中最重要的一个传统的测量方法是用录波 器记录一相短路电压,三相电枢电流和励磁电流的 波形通过对三相短路电流的波形处理,可在半对 数坐标纸上绘出周期分量随时间变化的曲线,进而得 到短路参数显然,这种传统测试方法会有很大误 差.为了改进这种手工绘图方法,人们采用计算 机控制试验,并用加权最小二乘法来控制实验结 果的曲线,从而得到短路参数;但是这种方法 仍然是基于绘制三相短路电流周期分量上,下包络 收稿日期:1996-I2—25 王旭东男L958年5月生.哈尔滨理工是学岳《教授.主要从事电机与测试控制方 面的研充 第l期采用三相突然短路法测量同步电机参数l5 线,然后分离周期和非周期分量.这种方法的不足 之处是曲线拟合的收敛性不好.本文由Park得 到短路电流的d.q轴分量的模型,并使川怍者 研制的具有dqO变换功能的数据采集系统,直接测量 d.q轴分量的短路电流,再运用最小二乘法进行参数 辨阻,以得到短路参数.这种直接采用测量数据 来绘制曲线,提高了数据处理的精确度 三相突然短路往往不足同时发生的如果两相 合闸后,第三相合闸稍后,其时间差对求得的参数 有很大的影响本文通过控制三相短路开关的合闸 时间,实测了短路参数受三相不同时合闸的影响;结 果明:一相延时0.5ms短路,对参数测量结果几乎没 影响若延时超过5ms时,参数测量误差变得较 大;更大延时参数辨识不再收敛 2数据采集系统和dq0变换 试验使用的数据采集系统是专门研制的,系统 具有4种工作方式:仪表监测;定时采集;单路高 速采集;位置控制采集.三相电压和电流的瞬时值 通过带有采样保持器的6路输人通道,经过多路模 拟开关和l2位的A. ,rD转换器采集数据, 发电机轴 采样控制 光电检测 i.'一—— ——————位置检测l 图1转子位置信号l恃测图 对于位置控制采集方式,采样时刻是由转子位 置光电橙测仪的脉冲信号下跳沿来控制的.为了试 验方便在发电机的转子轴上帖上--4,片反光片, 光电传感器检测反光片的反光信号(见图1).反光 片在转轴上的位置,即转子主轴线和定子绕组轴线 间的夹角7通过发电机空载试验确定.在发电机 空载运行情况下(Ud=0), 号_l{cos7+u~,c一丁27l:)州+孚)1=0 可以得出 心(1) 从图l可以看出,每当转于位置信号一到达, 进行一次采样,如果一个位置脉冲对应一对极,则 一 个周波采样一次.如果在转子轴上放有许多反光 片,就可以减小采样周期,得到加密的采样数据. 由于采样由位置信号控制,每一采样时刻转子位置 角足一常数.这样可利用空载试验求出的角作 dq0变换 号一孚.+孚)] 号一孚H嘲+孚)] 一 外siny+ubsi孚+uesillo+孚)] i~=-- 寻i.sin7+sin(?孚)+f.+孚亏芋)m0予)1 3模型 (2) 由Park方程得到的三相突然短路电流的d,q轴 分量表达式如下 [c击一击寺+c专一寺e峙I… +旦一e-亡(川) Xd…… 一 [专一击]e寺n 式(3)中,E为激磁电势;U为电机端电压;6为功 角;如图2所示.如果发电机没有阻尼绕组,且突 然短路之前是空载的,则短路电流为 图2发电机稳态运行时的相量图 16电机与控制第1卷 E1一 击寺+击卜昔e-士…?盒,善量誉 的变化曲线如图4所示 式(4)所表述的是试验所用的模拟发电机三相突然 短路的数学模型. 4三相短路同时性的控制 如图3所示,采用两个双向可控硅控制线路的 导通,通过控制两个可控硅的导通时刻,使得模拟 发电机空载短路时藤相先短路,延时一定时间后第 三相再短路,以确定三相不同时短路对参数的影响 采用MCS一5】单片机Pl口控制晶闸管的导通 时间. 图3三相突然短路开关控制 55kVA模拟发电机的突然短路试验 5.1电机铭牌数据 容量5kVA功率因数08 端电压400V额定电流l2.55A 频率50Hz转速1500rl~min 5.2角的测量 启动机组运转,并使数据采集系统置于仪表监 测状态,监测电机转速及电机端电压,使电机转速 逐步升高并调节励磁电流,使电机达到同步转速 时,其端电压达到额定电压,将数据采集系统诵整 到位置控制模式下工作,采集数据.根据特定转子 位置下测量的三相电,可以得出表1所示各转于 位置下的角.多次测量结果表明,转子位置角测 量的重复精度很好,其最大偏差不超过O3电 角度. 5.3三相突然短路试验 根据估计的瞬态时间常数和转轴上反光片 数,必须预置足够的采集点以保证采集进程能够进 表1各转于位置对应的角 0 图45kVA模拟发电机的突然短路的波形 "ns 5.4数据处理 根据式(4)给出的模型丰u图4中所得到的实际测 量数据,利用最小二乘法进行参数辨城,可以得到 模拟发电机的短路参数.表2绐出6次实验的 结果:表3给出了3种不同试验方法测量结果的 比较. 表2突然短路法参数的测量结果 5.5三相不同时短路的影响 这里结出了c相延迟短路不同时间的测量结果 和i随时间变化曲线分别如图5,6,7,8,9 所示, 雌? 第l期采用三相突然短路法测量同步电机参数l7 } 缎,,一 1 l 图5一相延时05ms短路 I I ,, 图6一相延时5ms短路 图7一相延时10ms短路 圈8一相延时15ms短路 ".(f) , , 图9一相延时20ms短路 当三相不同时合闸,在空载和三相突然短路状 态之间存在一小段时间,电机处于两相短路状态, 其特征是在短路示渡图上"不能突然降到0,在延 时比较长时,甚至"出现交变分量,短路电流峰值 也有明显变化.由图8,图9可见,短路电流峰值 大大降低,因此在用包络线法求超瞬态参数时,将 引起很大的误差.但试验中,采用整条短路电流曲 e(ms)线拟合方法测算参数,固此瞬态参数测试结果对短 路电流第一个尖峰的误差并不特别明显,故在延时 0.5ms时仍然得到满意的结果.如果用包络线法测 算参数时,误差将会更大.由表4可以看出,随着 延时时间加大,参数误差越来越大,甚至参数辨识 不收敛,这主要是短路电流第一个峰值误差所引 起的. f(m) 表4三捐不同时短路测试结果 6结论 (1)从表3可以看出,三种测量方法所得到的结 H果都是不饱和值,且具有较好的一致性. (2)直接测量三相短路电流的d,q分量简单易 行,采用数据采集系统能一次完成试验数据处理和 试验报告输出,因此能避免手工处理数据带来的误 差,测量结果准确. (3)三相不同时短路,一相延时0.8短路对参 数测量结果几乎没影响;但延时超过5n8时,参数 测量误差变得较大,更大延时参数辨识不再收敛. t(ros) 参考文献 lSalvatoreLandSavinoMExperimentaldeterminatiotzof synchronousmachinepatametet~P1EE(B)198l(43 2FernandoLA1vatadOandClaudioCanizaresSynchroriokt~ nxachi?.parametersfromsudden-sho~testbyback solvingIEEETron&EC19g94 ffm)3高景德?张麟征电机过蘸过程的基车娌论和分析方法.北 京:群学出版社.1982 吣??淞???吣?吡嘶???蛇