永磁同步電機電感參數(shù)測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種永磁同步電機電感參數(shù)測量方法，屬于電機驅(qū)動控制【技術領域】，目的是解決d軸機械定位不準、積分算法導致的測量偏差累積以及死區(qū)和導通壓降導致的電感參數(shù)測量不準等問題。本方法在預定的溫度下，對永磁同步電機實施三相開路操作，利用拖動單元將電機帶動到預定轉(zhuǎn)速，測量反電勢、永磁體磁鏈和定子電阻，然后實施三相短路操作，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)矩公式計算直交軸電感，再實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)和導通壓降導致的電流波形畸變，無需d軸的機械定位，且所需機械裝置少，易于實施。
【專利說明】永磁同步電機電感參數(shù)測量方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電機驅(qū)動控制【技術領域】，涉及一種永磁同步電機電感參數(shù)測量方法。

【背景技術】
[0002] 典型的電機驅(qū)動控制系統(tǒng)由逆變器、電機控制和電動機三部分組成。逆變器通過 保險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（PWM)將直流電轉(zhuǎn) 換為交流電用于驅(qū)動負載。在逆變器設備和電動機之間設有電流傳感器用于檢測三相電 流。在電動機上裝有檢測電機位置的傳感器。電機控制算法部分根據(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，響應快，魯棒性好，因 此得到了廣泛應用。永磁同步電機的矢量控制通過坐標變換后即可獲得直交軸電流，從而 達到類似直流電機的磁鏈和轉(zhuǎn)矩解耦的控制效果。永磁同步電機由于效率高，功率密度大， 恒功率區(qū)寬，而且內(nèi)嵌式永磁同步電機由于磁阻效應產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩可以大大提高電機的 轉(zhuǎn)矩密度，因此得到了越來越多的應用。車用永磁同步電機以轉(zhuǎn)矩控制模式為主，要實現(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，因此必須準確測量直交軸電 感參數(shù)。實際上永磁同步電機的直交軸電感參數(shù)是隨電流變化而變化，如果將其作為常數(shù) 對待，必將影響電機的控制精度和穩(wěn)定度。另外，矢量控制需要進行電壓解耦控制，直交軸 電感是重要的輸入?yún)?shù)，如果這兩個參數(shù)不準，會直接影響前饋解耦的準確度和PI調(diào)節(jié)效 果，進而影響電機控制的精度及穩(wěn)定度。基于上述考慮，必須對永磁同步電機電感參數(shù)進行 測量以確定其變化規(guī)律，以便實現(xiàn)更精準的電機控制。
[0003] 專利文獻"一種永磁電機電感參數(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)過計算即可得到直交軸電感。該方 法對于極對數(shù)較多的電機來說，用機械方式對轉(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致的電感飽和非線性情況。
[0004] 專利文獻"表面式交流永磁同步電機的定子電感參數(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軸上輸出正負交變的電流信號，經(jīng)在線積分計算出d軸的磁鏈，再由d 軸的磁鏈對d軸電流進行在線微分，得到定子電感參數(shù)。但若d軸機械定位不準會導致電 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)明要解決的技術問題是永磁同步電機電感參數(shù)測量過程中對電機d軸機械 定位不準以及由于積分算法導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)和導通壓降導致的電流波形畸變引起的電感參數(shù)測量不準確等問題。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明的永磁同步電機電感參數(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、電機位置傳感器、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算單元組成。下述對各個部分進行描述，拖動單元用于 拖動永磁同步電機運轉(zhuǎn)到設定轉(zhuǎn)速；軸連接裝置用于連接拖動單元與永磁同步電機的機 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之間機械連接軸上傳遞的 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；永磁同步電機為被測對象，即為永磁體代替勵磁繞組進行勵磁的電機，通過機 械接口與軸連接裝置相連；電機位置傳感器用于檢測電機轉(zhuǎn)子的絕對位置；定子溫度傳感 器用于檢測電機定子溫度；相電流傳感器用于檢測電機三相電流中的任意兩相；三相線束 是電機三相繞組的輸出端，用于與外部設備相連，實現(xiàn)三相短路或者開路；反電勢檢測單元 用于檢測電機任意兩相的線反電勢；永磁體磁鏈檢測單元用于根據(jù)電機反電勢和轉(zhuǎn)速計算 永磁體磁鏈數(shù)值；CLARK和PARK變換單元用于將電機靜止三相坐標系電流轉(zhuǎn)換為兩相旋轉(zhuǎn) 坐標系的直交軸電流；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；直交軸電感計算單元根據(jù)電機電感計算公式計算直交軸電感，并對試驗前 后線反電勢之差進行校核，確定電感參數(shù)測量數(shù)據(jù)的有效性。
[0007] 本發(fā)明的永磁同步電機電感參數(shù)測量過程如下：
[0008] 第一步：在預定的溫度下，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運轉(zhuǎn)到設定轉(zhuǎn)速A，無負載，測量電機任意 兩相的線反電勢Vint，輸入到直交軸電感計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和設定轉(zhuǎn)速A計算永磁體磁鏈 數(shù)值并輸入到直交軸電感計算單元；
[0011] 第四步：由拖動單元帶動永磁同步電機轉(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運轉(zhuǎn)到設定轉(zhuǎn)速W ;
[0013] 第六步：測量永磁同步電機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 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，進行直交軸電感參數(shù) 計算；

【權(quán)利要求】
1. 一種永磁同步電機電感參數(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、電機位置傳感器、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 和直交軸電感計算單元組成； 所述永磁同步電機電感參數(shù)測量方法包括如下步驟： 第一步：在預定的溫度下，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運轉(zhuǎn)到設定轉(zhuǎn)速A，無負載，測量電機任意兩相 的線反電勢Vint，輸入到直交軸電感計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和設定轉(zhuǎn)速A計算永磁體磁鏈數(shù)值 并輸入到直交軸電感計算單元； 第四步：由拖動單元帶動永磁同步電機轉(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運轉(zhuǎn)到設定轉(zhuǎn)速《 ; 第六步：測量永磁同步電機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，進行直交軸電感參數(shù)計算
其中，Ld、Ltl為d_q軸電感，R為電機定子相電阻，id、iq為d_q軸電流，（0為轉(zhuǎn)子機械 轉(zhuǎn)速，P為電機轉(zhuǎn)子極對數(shù)，^為永磁體磁鏈，Te為電機輸出轉(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運轉(zhuǎn)到設定轉(zhuǎn)速A，無負載，測量電機任意兩 相的線反電勢Vmid，輸入到直交軸電感計算單元； 第十二步：判斷試驗前后反電勢之差AV，即AV= Ivint-VmidI,是否在預定的范圍C內(nèi)； 如是，則電感參數(shù)測量有效，轉(zhuǎn)至第十三步；如否，降到預定溫度后，返回第五步； 第十三步：判斷設定轉(zhuǎn)速《是否小于電機最高轉(zhuǎn)速如是，則以一定步長增 加設定轉(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、下橋臂同時斷開實現(xiàn)，也可以通 過人工操作使電機三相線束斷開實現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機電感參數(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 短路實現(xiàn)，也可以通過人工操作使電機三相線束可靠短接實現(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步電機電感參數(shù)測量方法，其特征在于所述的第十二 步中，判斷試驗前后反電勢之差AV是否在預定的范圍C內(nèi)，"預定的范圍C"根據(jù)轉(zhuǎn)子所 使用的永磁材料在預定的溫升情況下導致永磁同步電機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電感參數(shù)測量方法，其特征在于所述的第五步 中，設定轉(zhuǎn)速《應滿足永磁同步電機最高轉(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應滿足電機最_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:長春工程學院