[发明专利]基于变频器供电侧电流的异步电机非侵入式转速估计方法

说明书

本发明涉及异步电机控制方法技术领域，具体地说是基于变频器供电侧电流的异步电机非侵入式转速估计方法。包括以下步骤：步骤1，采集异步电机变频器供电侧电流；步骤2，根据获取的变频器供电侧电流，使用Teager‑Kaiser能量算子进行解调制变换；步骤3，提取变频器供电侧电流Teager‑Kaiser能量算子解调制变换后的特征信号；步骤4，对提取的特征信号进行快速傅里叶变换，谱峰估计寻找转子速度谐波，最终完成异步电机转速估计。本发明基于变频器供电侧电流信号分析估计异步电机转速，避免了光电编码器等速度传感器的安装，可以实现无速度传感器转速估计，缩小系统体积，降低系统维护成本，提高系统在恶劣环境下工作的可靠性，算法简单，实时性好。

技术领域

本发明涉及异步电机控制方法技术领域，具体地说是基于变频器供电侧电流的异步电机非侵入式转速估计方法。

背景技术

近年来，变频驱动系统广泛应用于异步电机高性能调速控制及一般性能节能调速，成为现代工业生产的重要动力保证和节能降耗手段，其异步电机转速估计对变频驱动系统进行状态监控，保证其健康、可靠运行意义重大。传统的转速测量需要安装光电码盘等速度传感器进行转速检测，不仅破坏了异步电机结构简单和维护方便的优势，同时也增加了系统成本，降低了系统的可靠性。因此，无速度传感器转速估计成为众多学者的研究热点。

异步电机无速度传感器转速估计方法可分为三类：⑴基于电动机数学模型计算转速；⑵基于闭环控制作用构造转速信号；⑶利用电动机结构特征提取转速信号。由于不受电动机数学模型误差和参数变化的影响，利用电动机结构特征提取转速信号得到了科研工作者的广泛研究，主要是对异步电机定子电流信号做频谱分析检测齿谐波来估计电机转速。然而研究实践表明，由于电机的特殊结构导致定子电流中不存在齿谐波，进而无法利用齿谐波进行转速估计。

由于制造工艺及装配误差等因素造成电机的定子和转子之间存在不均匀的气隙，进而引起定子电流中某种特定的频率变化，即电机固有偏心谐波。通过监测这些特征分量的大小，可以识别电机转速。但是这些特征分量幅值较小，受定子电流基频频谱泄露的影响，提取十分不易。对于变频器驱动的异步电机，定子电流又容易受到噪声干扰，使利用电机定子电流固有偏心谐波获取电机转速更加困难。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种基于变频器供电侧电流的异步电机非侵入式转速估计方法，通过采集变频器供电侧电流并进行Teager-Kaiser能量算子解调，进而提取转子速度谐波，最终实现了电机的无速度传感器转速估计。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于变频器供电侧电流的异步电机非侵入式转速估计方法，包括以下步骤：

步骤1：采用过采样方法采集变频器供电侧电流，并采用8阶切比雪夫低通滤波器对过采样获得的信号进行降采样，得到采样频率为fs和采样时间为T的变频器供电侧电流x(t)；

步骤2：对获取的变频器供电侧电流x(t)，采用Teager-Kaiser能量算子进行解调制变换得到解调制信号ψ(x(t))；

步骤3：提取解调制信号ψ(x(t))的特征信号xTK(t)；

步骤4：对特征信号xTK(t)进行快速傅里叶变换得到频谱，通过谱峰估计方法提取频谱中的转子速度谐波fr，最终完成异步电机转速估计n。

所述步骤1中，变频器供电侧电流采样频率fs满足的条件为：

fs≥2f

其中，f为变频器供电侧电流的频率。