永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法，屬于電機(jī)驅(qū)動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，目的是解決d軸機(jī)械定位不準(zhǔn)、積分算法導(dǎo)致的測量偏差累積以及死區(qū)和導(dǎo)通壓降導(dǎo)致的電感參數(shù)測量不準(zhǔn)等問題。本方法在預(yù)定的溫度下，對永磁同步電機(jī)實(shí)施三相開路操作，利用拖動單元將電機(jī)帶動到預(yù)定轉(zhuǎn)速，測量反電勢、永磁體磁鏈和定子電阻，然后實(shí)施三相短路操作，利用直交軸電壓為零的物理特征，根據(jù)直交軸電壓方程和轉(zhuǎn)矩公式計(jì)算直交軸電感，再實(shí)施三相開路操作并測量反電勢，以測量前后反電勢變化來判斷轉(zhuǎn)子溫度是否在可接受的范圍內(nèi)。該方法可以消除逆變器死區(qū)和導(dǎo)通壓降導(dǎo)致的電流波形畸變，無需d軸的機(jī)械定位，且所需機(jī)械裝置少，易于實(shí)施。
【專利說明】永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機(jī)驅(qū)動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 典型的電機(jī)驅(qū)動控制系統(tǒng)由逆變器、電機(jī)控制和電動機(jī)三部分組成。逆變器通過 保險(xiǎn)絲和繼電器與動力電池或與其他類型電源相連，通過脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM)將直流電轉(zhuǎn) 換為交流電用于驅(qū)動負(fù)載。在逆變器設(shè)備和電動機(jī)之間設(shè)有電流傳感器用于檢測三相電 流。在電動機(jī)上裝有檢測電機(jī)位置的傳感器。電機(jī)控制算法部分根據(jù)系統(tǒng)的要求不同可以 選擇開環(huán)或者閉環(huán)控制，由于基于磁場定向的閉環(huán)矢量控制精度高，響應(yīng)快，魯棒性好，因 此得到了廣泛應(yīng)用。永磁同步電機(jī)的矢量控制通過坐標(biāo)變換后即可獲得直交軸電流，從而 達(dá)到類似直流電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩解耦的控制效果。永磁同步電機(jī)由于效率高，功率密度大， 恒功率區(qū)寬，而且內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī)由于磁阻效應(yīng)產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩可以大大提高電機(jī)的 轉(zhuǎn)矩密度，因此得到了越來越多的應(yīng)用。車用永磁同步電機(jī)以轉(zhuǎn)矩控制模式為主，要實(shí)現(xiàn) 精確的轉(zhuǎn)矩控制，必須做好基速區(qū)和弱磁區(qū)的電流軌跡規(guī)劃，因此必須準(zhǔn)確測量直交軸電 感參數(shù)。實(shí)際上永磁同步電機(jī)的直交軸電感參數(shù)是隨電流變化而變化，如果將其作為常數(shù) 對待，必將影響電機(jī)的控制精度和穩(wěn)定度。另外，矢量控制需要進(jìn)行電壓解耦控制，直交軸 電感是重要的輸入?yún)?shù)，如果這兩個參數(shù)不準(zhǔn)，會直接影響前饋解耦的準(zhǔn)確度和PI調(diào)節(jié)效 果，進(jìn)而影響電機(jī)控制的精度及穩(wěn)定度?；谏鲜隹紤]，必須對永磁同步電機(jī)電感參數(shù)進(jìn)行 測量以確定其變化規(guī)律，以便實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的電機(jī)控制。
[0003] 專利文獻(xiàn)"一種永磁電機(jī)電感參數(shù)測量裝置及方法"（申請?zhí)枺?00810027647. 8) 提出先將定子的任意兩相短接，使轉(zhuǎn)子磁極固定在磁極d軸與定子未被短接相的夾角為0 度或90度的位置，然后向定子未被短接相與其余任意一相所組成的串聯(lián)電路施加電壓脈 沖信號，記錄總電流i、電壓u信息和采樣時間t信息，經(jīng)過計(jì)算即可得到直交軸電感。該方 法對于極對數(shù)較多的電機(jī)來說，用機(jī)械方式對轉(zhuǎn)子磁極定位的精度降低，另外，該方法無法 測量直交軸電流交叉耦合導(dǎo)致的電感飽和非線性情況。
[0004] 專利文獻(xiàn)"表面式交流永磁同步電機(jī)的定子電感參數(shù)在線測量方法"（申請?zhí)枺?00910034483. 6)通過令電機(jī)定子A相與d軸重合，然后施加三相電壓，使得轉(zhuǎn)子q軸上的 輸出電流信號為〇, d軸上輸出正負(fù)交變的電流信號，經(jīng)在線積分計(jì)算出d軸的磁鏈，再由d 軸的磁鏈對d軸電流進(jìn)行在線微分，得到定子電感參數(shù)。但若d軸機(jī)械定位不準(zhǔn)會導(dǎo)致電 感參數(shù)測量有偏差，其次，電流積分容易產(chǎn)生較大的直流偏置，會導(dǎo)致d軸磁鏈產(chǎn)生偏移， 此外，該方法未考慮測量過程中轉(zhuǎn)子溫升導(dǎo)致的磁鏈下降對電感參數(shù)測量的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量過程中對電機(jī)d軸機(jī)械 定位不準(zhǔn)以及由于積分算法導(dǎo)致的測量偏差累積等問題；另外，用于解決參數(shù)測量過程中 由于逆變器死區(qū)和導(dǎo)通壓降導(dǎo)致的電流波形畸變引起的電感參數(shù)測量不準(zhǔn)確等問題。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法包括拖動單 元、軸連接裝置、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量單元、永磁同步電機(jī)、電機(jī)位置傳感器、定子溫度傳感器、相 電流傳感器、三相線束、反電勢檢測單元、永磁體磁鏈檢測單元、CLARK和PARK變換單元、定 子相電阻檢測單元和直交軸電感計(jì)算單元組成。下述對各個部分進(jìn)行描述，拖動單元用于 拖動永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)定轉(zhuǎn)速；軸連接裝置用于連接拖動單元與永磁同步電機(jī)的機(jī) 械接口；轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量單元用于測量在拖動單元與永磁同步電機(jī)之間機(jī)械連接軸上傳遞的 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；永磁同步電機(jī)為被測對象，即為永磁體代替勵磁繞組進(jìn)行勵磁的電機(jī)，通過機(jī) 械接口與軸連接裝置相連；電機(jī)位置傳感器用于檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子的絕對位置；定子溫度傳感 器用于檢測電機(jī)定子溫度；相電流傳感器用于檢測電機(jī)三相電流中的任意兩相；三相線束 是電機(jī)三相繞組的輸出端，用于與外部設(shè)備相連，實(shí)現(xiàn)三相短路或者開路；反電勢檢測單元 用于檢測電機(jī)任意兩相的線反電勢；永磁體磁鏈檢測單元用于根據(jù)電機(jī)反電勢和轉(zhuǎn)速計(jì)算 永磁體磁鏈數(shù)值；CLARK和PARK變換單元用于將電機(jī)靜止三相坐標(biāo)系電流轉(zhuǎn)換為兩相旋轉(zhuǎn) 坐標(biāo)系的直交軸電流；定子相電阻檢測單元用于接收定子溫度傳感器信號，并將其轉(zhuǎn)換成 定子相電阻值；直交軸電感計(jì)算單元根據(jù)電機(jī)電感計(jì)算公式計(jì)算直交軸電感，并對試驗(yàn)前 后線反電勢之差進(jìn)行校核，確定電感參數(shù)測量數(shù)據(jù)的有效性。
[0007] 本發(fā)明的永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量過程如下：
[0008] 第一步：在預(yù)定的溫度下，對所有相線執(zhí)行開路操作；
[0009] 第二步：由拖動單元帶動永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)定轉(zhuǎn)速A，無負(fù)載，測量電機(jī)任意 兩相的線反電勢Vint，輸入到直交軸電感計(jì)算單元和永磁體磁鏈檢測單元；
[0010] 第三步：由永磁體磁鏈檢測單元根據(jù)線反電勢Vint和設(shè)定轉(zhuǎn)速A計(jì)算永磁體磁鏈 數(shù)值并輸入到直交軸電感計(jì)算單元；
[0011] 第四步：由拖動單元帶動永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速降為零，對所有相線執(zhí)行同時短路操 作；
[0012] 第五步：由拖動單元帶動永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)定轉(zhuǎn)速W ;
[0013] 第六步：測量永磁同步電機(jī)任意兩相電流和位置信號，輸入到CLARK和PARK變換 單元中，輸出為永磁同步電機(jī)直交軸電流id和;
[0014] 第七步：由定子相電阻檢測單元接收定子溫度傳感器信號并將其轉(zhuǎn)換成定子相電 阻值，輸入到直交軸電感計(jì)算單元；
[0015] 第八步：由轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量單元測量轉(zhuǎn)速《和轉(zhuǎn)矩Te，并輸入到直交軸電感參數(shù)計(jì) 算單元；
[0016] 第九步：根據(jù)公式（1)、公式（2)和公式（3)中的任意兩個，進(jìn)行直交軸電感參數(shù) 計(jì)算；

【權(quán)利要求】
1. 一種永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法，其特征在于包括拖動單元、軸連接裝置、轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn)矩測量單元、永磁同步電機(jī)、電機(jī)位置傳感器、定子溫度傳感器、相電流傳感器、三相線 束、反電勢檢測單元、永磁體磁鏈檢測單元、CLARK和PARK變換單元、定子相電阻檢測單元 和直交軸電感計(jì)算單元組成； 所述永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法包括如下步驟： 第一步：在預(yù)定的溫度下，對所有相線執(zhí)行開路操作； 第二步：由拖動單元帶動永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)定轉(zhuǎn)速A，無負(fù)載，測量電機(jī)任意兩相 的線反電勢Vint，輸入到直交軸電感計(jì)算單元和永磁體磁鏈檢測單元； 第三步：由永磁體磁鏈檢測單元根據(jù)線反電勢Vint和設(shè)定轉(zhuǎn)速A計(jì)算永磁體磁鏈數(shù)值 并輸入到直交軸電感計(jì)算單元； 第四步：由拖動單元帶動永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速降為零，對所有相線執(zhí)行同時短路操作； 第五步：由拖動單元帶動永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)定轉(zhuǎn)速《 ; 第六步：測量永磁同步電機(jī)任意兩相電流和位置信號，輸入到CLARK和PARK變換單元 中，輸出為永磁同步電機(jī)直交軸電流id和; 第七步：由定子相電阻檢測單元接收定子溫度傳感器信號并將其轉(zhuǎn)換成定子相電阻 值，輸入到直交軸電感計(jì)算單元； 第八步：由轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量單元測量轉(zhuǎn)速《和轉(zhuǎn)矩I；，并輸入到直交軸電感參數(shù)計(jì)算單 元； 第九步：根據(jù)公式（1)、公式（2)和公式（3)中的任意兩個，進(jìn)行直交軸電感參數(shù)計(jì)算
其中，Ld、Ltl為d_q軸電感，R為電機(jī)定子相電阻，id、iq為d_q軸電流，（0為轉(zhuǎn)子機(jī)械 轉(zhuǎn)速，P為電機(jī)轉(zhuǎn)子極對數(shù)，^為永磁體磁鏈，Te為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩； 第十步：對所有相線執(zhí)行開路操作； 第i^一步：由拖動單元帶動永磁同步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到設(shè)定轉(zhuǎn)速A，無負(fù)載，測量電機(jī)任意兩 相的線反電勢Vmid，輸入到直交軸電感計(jì)算單元； 第十二步：判斷試驗(yàn)前后反電勢之差A(yù)V，即AV= Ivint-VmidI,是否在預(yù)定的范圍C內(nèi)； 如是，則電感參數(shù)測量有效，轉(zhuǎn)至第十三步；如否，降到預(yù)定溫度后，返回第五步； 第十三步：判斷設(shè)定轉(zhuǎn)速《是否小于電機(jī)最高轉(zhuǎn)速如是，則以一定步長增 加設(shè)定轉(zhuǎn)速值，即《 = ? +A ?，返回第五步；如否，則已完成全轉(zhuǎn)速范圍的電感參數(shù)測量， 退出程序。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法，其特征在于所述的第一步 和第十步中對所有相線執(zhí)行開路操作，可以通過逆變器上、下橋臂同時斷開實(shí)現(xiàn)，也可以通 過人工操作使電機(jī)三相線束斷開實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法，其特征在于所述的第四步 中對所有相線執(zhí)行同時短路操作，既可以通過逆變器三相下橋臂同時短路或者上橋臂同時 短路實(shí)現(xiàn)，也可以通過人工操作使電機(jī)三相線束可靠短接實(shí)現(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法，其特征在于所述的第十二 步中，判斷試驗(yàn)前后反電勢之差A(yù)V是否在預(yù)定的范圍C內(nèi)，"預(yù)定的范圍C"根據(jù)轉(zhuǎn)子所 使用的永磁材料在預(yù)定的溫升情況下導(dǎo)致永磁同步電機(jī)的線反電勢電壓變化之差確定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法，其特征在于所述的第五步 中，設(shè)定轉(zhuǎn)速《應(yīng)滿足永磁同步電機(jī)最高轉(zhuǎn)速《max可以被《整除的條件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機(jī)電感參數(shù)測量方法，其特征在于所述的第十三 步中，一定步長A w應(yīng)滿足電機(jī)最_轉(zhuǎn)速wmax可以被A w整除的條件。
【文檔編號】G01R27/26GK104360171SQ201410652082
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】曹艷玲, 曹萍, 劉國松 申請人:長春工程學(xué)院