基于遺傳算法的感應電動機穩態模型參數辨識

  羅鵬輝，劉夢亭

(吉林大學，廣東珠海519041)

    摘要：介紹了感應電動機傳統的參數測試與識別方法，提出了基于遺傳算法的感應電動機穩態模型參數辨識方法，利用實際所測的電動機電流和轉速數據，結合感應電動機穩態模型電流特性方程，通過遺傳算法進行曲線擬合得到電機穩態模型電流特性曲線及電機穩態模型各參數值。試驗證明該設計參數辨識方法與傳統測試方法相比，準確性和精度都有較大的提高，進一步驗證了該設計方法的可行性和有效性。

    關鍵詞：遺傳算法；曲線擬合；感應電動機；參數辨識

    中圖分類號：TM346  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2010)01—0051—03

1傳統的參數測試方法和存在的局限性

    傳統的感應電動機穩態模型T形等效電路參數測試方法是通過直流試驗、空載試驗和堵轉試驗^[1]得到。感應電動機空載試驗通過測量空載特性以確定電機機械損耗、鐵損耗及勵磁阻抗，在空載運行條件下，電機定子繞組接頻率為額定值的三相對稱電壓，電機不帶任何機械負載，以接近于同步速的轉速空轉，這時轉子電流和轉子銅耗都很小，扣除機械損耗之后可認為轉子支路開路。感應電動機堵轉試驗(又稱短路試驗)通過測量堵轉特性以確定短路阻抗，在堵轉運行條件下，電機定子繞組仍接頻率為額定值的三相對稱電壓，但電機在外力作用下停止轉動，這時勵磁支路的阻抗相對轉子支路大得多，使轉子電流和轉子銅耗很大，而鐵損耗很低，故可認為勵磁支路開路。T形等效電路在空載和堵轉兩種特殊工作條件下可以得到簡化，如圖1所示。

   傳統的參數測試方法雖具有計算簡單的優點，但同時也存在一些局限性^[2-4]

(1)空載測試方法為簡化測試電路而省略了轉子回路，堵轉測試方法為簡化測試電路而省略了勵磁回路，這都是理想運行狀況，實際上空載時轉子回路總存在一定的損耗，而堵轉時勵磁回路也存在一定的損耗，因此空載測試和堵轉測試方法必然存在一定的誤差。

    (2)實驗證明，當電機的轉差遠大于實際運行時的轉差時，轉子的集膚效應嚴重，而堵轉試驗時電機的轉差s=1，這樣就會導致嚴重的集膚效應，使其二次繞組參數與實際運行時的二次繞組參數相比有明顯偏差，測量參數出現誤差。

    (3)由于堵轉試驗常常降壓進行，電機的勵磁水平遠低于實際運行時的勵磁水平，這也導致了電機參數偏離實際運行時的參數。

2 感應電動機的穩態等效電路模型和電流特性方程

    當三相交流感應電動機的定子繞組接到三相對稱的交流電源時，將在氣隙中產生旋轉磁場。根據磁通經過的途徑和性質，磁通可分為主磁通和漏磁通兩大類，如圖2所示。主磁通是指同時與定、轉子繞組交鏈，在氣隙中以同步轉速旋轉的基波磁通。

由于這部分磁通同時交鏈定子、轉子繞組，在定轉子繞組產生感應電勢，進行能量轉換，故稱其為主磁通。感應電動機的主磁通是旋轉磁通，其磁密波沿氣隙圓周按正弦規律分布，且以同步轉速旋轉，其值的大小代表磁密波每半個波的磁通量。漏磁通是指僅與定子繞組或轉子繞組一方交鏈的磁通。定子繞組的漏磁通分成三部分，一部分為槽漏磁通，另一部分為端部漏磁通，第三部分為諧波漏磁通：槽漏磁通是指橫穿定子槽的漏磁通；端部漏磁通是指與定子繞阻端部交鏈的漏磁通；諧波漏磁通是指氣隙中除主磁通(基波磁通)外的諧波磁通，又稱差漏磁。

3 基于遺傳算法的感應電動機穩態模型參數擬合

     設感應電動機穩態模型工作電流測量值為I(S_k)=[I₁(S_k)I₂(S_k)...I_n(S_k)]^T_,其中n為實際測量感應電動機電流信號值的個數,I(S_k)為第j個電流信號在轉差率為S_k時的測量值,又高感應電動機電流值向量的實際值為X(S_k)=[X₁(S_k)X₂(S_k)...X_n(S_k)]^T,則有I(S_k)=X(S_k)+ω(S_k),其中ω表示測量噪聲,假設測量噪聲為白噪聲,即滿足標準正態分布N(μσ2);其方差σ取值為測量平均值的某個百分比.

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