一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法，包括以下步骤：1)通过测量获得电机的共模阻抗曲线，并根据得到的共模阻抗曲线获取谐振频率，包括并联谐振频率F

【技术实现步骤摘要】
一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法
本专利技术涉及交流电机参数辨识
，尤其是涉及一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法。
技术介绍
随着宽禁带器件的发展，电力电子功率变换器的开关频率和开关速度不断提升，功率器件高速开关过程中的高dv/dt作用在电机绕组分布参数上会产生高频共模电流，带来电磁干扰，损坏电机绝缘和轴承等问题。准确地辨识电机高频共模参数对于逆变器供电的电机优化设计，绝缘健康状态评估以及系统EMI分析十分重要。H.Miloudi等人发表的名为“CommonmodeanddifferentialmodecharacteristicsofACmotorforEMCanalysis”的文章采用曲线拟合法，利用所测共模阻抗曲线在低频下的阻抗值以及谐振点处的频率，通过求解共模阻抗公式和谐振频率公式提取电机共模参数。该方法可以获取谐振点处的共模参数，但电机绕组的电感和电阻参数在高频宽频段内具有显著的频率特性，利用曲线拟合法提取的共模参数精度有限，共模阻抗特性在宽频段内会存在较大误差。J.L.Guardado等人发表名为“Calculationofmachinewindingelectricalparametersathighfrequenciesforswitchingtransientstudies”的文章考虑定子槽中绕组在通高频电流下渗透进入铁芯中的磁通量，通过求解电机插槽中一维扩散方程的解，计算得到电感参数和电阻参数的频率特性。该方法可以准确的获取参数的频率特性，但对于复杂分布的绕组很难精确建立电机的解析模型，利用此方法得到的结果与实际值会存在较大误差。中国专利CN201410394611.9公开了一种双馈感应发电机模型，该专利技术基于电机内部物理结构建立了电机高频电路模型，通过阻抗分析仪测量得到电路模型参数。该专利技术建立了详细的电机高频模型并得到了电路参数，但线圈绕组的电感和电阻参数具有频率特性并且线圈绕组在高频段具有电容特性，使用阻抗分析仪测量提取高频电感和电阻参数不够准确。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法，本方法不仅能够精确提取谐振点处的高频共模参数，还可以得到谐振点附近电感参数和电阻参数的频率特性。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法，包括以下步骤：1)通过测量获得电机的共模阻抗曲线，并根据得到的共模阻抗曲线获取谐振频率，包括并联谐振频率Fp和串联谐振频率Fs；2)通过分别在电机的中性点和端部对地并联电容以实现谐振频率的扰动偏移，并测量共模阻抗曲线，得到不同扰动程度的谐振频率；3)构建共模谐振频率方程组，根据谐振频率的小扰动频段求解获得谐振点处的高频共模参数；4)将高频共模参数代入共模阻抗公式和谐振频率方程组，分别得到谐振点附近电感和电阻的频率特性。所述的步骤2)中，对于提供中性点的电机，在电机端部和中性点均可并联电容，以此引入串联谐振频率扰动和并联谐振频率扰动；对于无中性点电机，则仅能在电机端部对地并联电容，以此引入并联谐振频率扰动。所述的步骤3)中，构建的共模谐振频率方程组的表达式为：其中，L为电机定子绕组的电感，Cp为定子绕组匝间电容，Cg1和Cg2分别为定子绕组相端和中性点对机座的电容，ΔCg1为电机端部对地并联电容，ΔCg2为中性点对地并联电容，Fp(ΔCg1)为在电机端部对地并联电容ΔCg1后的并联谐振频率扰动，Fs(ΔCg2)为在中性点对地并联电容ΔCg2后的串联谐振频率扰动，Fp(ΔCg2)为在中性点对地并联电容ΔCg2后的并联谐振频率扰动。所述的步骤3)中，谐振频率的小扰动频段具体指：在定子绕组相端Cg1和中性点对机座的电容Cg2的微小变化条件下，共模谐振频率偏移量较小的频段，在此频段内认为电感是个固定值，并忽略其频率特性。所述的步骤3)中，采用PSO算法对共模谐振频率方程组进行寻优求解，获得谐振点处的高频共模参数，包括不随谐振频率变化的参数：定子绕组相端对机座的电容Cg1、中性点对机座的电容Cg2和定子绕组匝间电容Cp，以及随谐振频率变化的参数：谐振频率处电机定子绕组的电感。所述的步骤4)中，将不随谐振频率变化的参数Cg1、Cg2和Cp代入共模谐振频率方程组中，求解得到在不同谐振点处对应的电机定子绕组的电感，并且进行拟合得到谐振点附近的电感频率特性。所述的步骤4)中，在得到不同谐振点处对应的电机定子绕组的电感后，将其带入谐振方程，求解得到不同谐振点处铁芯涡流损耗电阻R，并进行拟合得到谐振点附近的电阻频率特性。所述的谐振方程的表达式为：其中，Zcm为共模阻抗，s为拉普拉斯算子。采用PSO算法对共模谐振频率方程组进行寻优求解时，将四个高频共模参数初始化为多个随机的参数组合，设定目标函数进行不断的迭代，每次迭代中四个高频共模参数组合通过跟踪当前最优解和全局最优解进行自我更新，直到参数的精度满足要求，或迭代次数达到设定阈值。以谐振方程计算得到的谐振频率与实验测得的谐振频率之间的均方根误差作为目标函数。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术通过引入共模谐振频率的小扰动，利用谐振频率及阻抗的变化，精确提取了电机谐振点处的高频共模参数。二、本专利技术通过求解小扰动外其余谐振点对应的电感参数和电阻参数，提取了谐振点附近电感参数和电阻参数的频率特性。三、本专利技术基于小扰动谐振频率提取高频共模参数的方法对感应电机和永磁电机均适用，并且提取的参数具有很高的精确度。附图说明图1为电机高频共模模型。图2为通过并联小电容引入电机共模谐振频率扰动原理图。图3为高频参数辨识及电感和电阻频率特性提取流程图。图4为中性点对地并联不同扰动电容时的阻抗测量曲线。图5为电感频率特性曲线。图6为电阻频率特性曲线。图7为星形连接感应电机共模阻抗曲线对比图。图8为三角形连接感应电机共模阻抗曲线对比图。图9为永磁电机共模阻抗曲线对比图。具体实施方式为了充分表现本专利技术实施目的、方法创新和技术优点，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术针对电机谐振点处高频共模参数的辨识，以及谐振点附近电感参数和电阻参数频率特性的提取问题，提出一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法。该方法通过在电机绕组端部或中性点并联小电容人为引入共模谐振频率小扰动，利用谐振频率及阻抗的变化，辨识电机高频共模参数，并获取在谐振点附近电感参数和电阻参数的频率特性，本方法包括以下步骤：1)测量电机的共模阻抗曲线，获取并联谐振频率Fp和串联谐振频率Fs；2)在中性点对地并联电容ΔCg2或在端部对地并联电容ΔCg1，测量共模阻抗曲线，得到不同偏移程度的谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)通过测量获得电机的共模阻抗曲线，并根据得到的共模阻抗曲线获取谐振频率，包括并联谐振频率F

【技术特征摘要】
1.一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)通过测量获得电机的共模阻抗曲线，并根据得到的共模阻抗曲线获取谐振频率，包括并联谐振频率Fp和串联谐振频率Fs；
2)通过分别在电机的中性点和端部对地并联电容以实现谐振频率的扰动偏移，并测量共模阻抗曲线，得到不同扰动程度的谐振频率；
3)构建共模谐振频率方程组，根据谐振频率的小扰动频段求解获得谐振点处的高频共模参数；
4)将高频共模参数代入共模阻抗公式和谐振频率方程组，分别得到谐振点附近电感和电阻的频率特性。


2.根据权利要求1所述的一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法，其特征在于，所述的步骤2)中，对于提供中性点的电机，在电机端部和中性点均可并联电容，以此引入串联谐振频率扰动和并联谐振频率扰动；对于无中性点电机，则仅能在电机端部对地并联电容，以此引入并联谐振频率扰动。


3.根据权利要求1所述的一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法，其特征在于，所述的步骤3)中，构建的共模谐振频率方程组的表达式为：









其中，L为电机定子绕组的电感，Cp为定子绕组匝间电容，Cg1和Cg2分别为定子绕组相端和中性点对机座的电容，ΔCg1为电机端部对地并联电容，ΔCg2为中性点对地并联电容，Fp(ΔCg1)为在电机端部对地并联电容ΔCg1后的并联谐振频率扰动，Fs(ΔCg2)为在中性点对地并联电容ΔCg2后的串联谐振频率扰动，Fp(ΔCg2)为在中性点对地并联电容ΔCg2后的并联谐振频率扰动。


4.根据权利要求1所述的一种考虑频率特性的交流电机高频共模参数检测方法，其特征在于，所述的步骤3)中，谐振频率的小扰动频段具体指：
在定子绕组相端Cg1和中性点对机座的电容Cg2的微小变化条件下，共模谐振频率偏移量较小的频段，在此频段内认为电感...

【专利技术属性】
技术研发人员：李豪，刘博文，向大为，顾奕，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31