CN108712123A - 一种基于信号注入的pmsm定子绕组温度在线估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线估计方法，涉及电机技术领域，解决了传统的对驱动电机进行降温的方法，在一定程度上限制了驱动电机的利用率的问题，其技术方案要点是：包括以下步骤：构建PMSM数学模型；信号注入策略，将直流电压信号注入到构建的PMSM数学模型中；矢量控制，对注入的直流电压信号进行矢量控制，得出相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC；直流分量提取，将相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC提取出来；定子电阻计算，对定子电阻阻值RS进行计算；温度估算，根据计算出来的定子电阻阻值RS对定子绕组温度值TS进行计算，具有准确与高效的监测驱动电机的升温情况，提高驱动电机利用率的效果。

Description

一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线估计方法
技术领域
本发明涉及电机技术领域，更具体地说，它涉及一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线估计方法。
背景技术
驱动电机作为电驱动系统的核心部件和重要的动力输出源，是电动汽车的重要组成部分。一方面，电动汽车所需求的电机输出和回收功率不断提高，以满足不同工况不同车型的需求；另一方面，受到电动汽车内部空间和成本的限制，这就需要驱动电机向高性能和小尺寸方向发展。其中，永磁同步电机(PMSM)具有体积小、重量轻、效率高、调速范围宽、功率密度高以及动态响应快等众多优势，特别适用于电动汽车及其驱动系统，成为当前研究与应用的热点。
电动汽车运行工况复杂，在有限的散热条件下电机温度波动较大，过高的温度将会导致定子绕组绝缘失效，降低驱动电机运行寿命，对电动汽车的运行产生较大危害。传统的对驱动电机进行降温的方法一般为对驱动电机做降额使用，如：在转矩/电流的比值最大时留有足够的安全裕量，达到防止驱动电机的温度持续上升的目的。
传统的对驱动电机进行降温的方法，在一定程度上减少了定子绕组被高温破坏的情况发生，但是，也在一定程度上限制了驱动电机的利用率。因此，如何准确与高效的监测驱动电机的升温情况是我们目前需要迫切解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线估计方法，具有准确与高效的监测驱动电机的升温情况，提高驱动电机利用率的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线估计方法，包括以下步骤：
1).构建PMSM数学模型，设定气隙磁场在空间呈正弦分布，磁路不饱和，忽略不计磁滞和涡流损坏，得出PMSM等效电路和空间矢量图；
2).信号注入策略，将直流电压信号注入到构建的PMSM数学模型中；
3).矢量控制，对注入的直流电压信号进行矢量控制，得出相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC；
4).直流分量提取，将相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC提取出来；
5).定子电阻计算，根据提取出来的相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC对定子电阻阻值RS进行计算，定子电阻阻值RS的计算公式为：RS＝UDC/IDC；
6).温度估算，根据计算出来的定子电阻阻值RS对定子绕组温度值TS进行计算，定子绕组温度值TS的计算公式为：RS＝RS0+KRS0(TS-T0)；RS0为定子电阻温度为T0的阻值；RS为定子电阻温度为TS的阻值；K为热时间常数。
通过采用上述技术方案，将直流电压信号注入PMSM数学模型中，经矢量控制后，得出相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC，便于实时测量得出定子电阻阻值RS；根据定子绕组温度值TS与定子电阻阻值RS的线性特性，准确与高效的监测驱动电机的升温情况；在对电机降温的过程中，减少电机降额使用而影响电机利用率的情况发生。
本发明进一步设置为：所述直流分量提取还包括通过滤波器对相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC进行滤波处理。
通过采用上述技术方案，滤波器对相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC中的交流分量进行滤波处理，便于减少因注入信号较小而影响相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC的准确性的情况发生。
本发明进一步设置为：所述信号注入策略包括注入信号大小确定、注入信号时长确定和注入信号周期确定；
所述注入信号大小确定，根据电机负载和电机参数，确定注入信号大小；
所述注入信号时长确定，根据电机参数设计滤波器，并确定注入信号时长；
所述注入信号周期确定，根据电机参数、热时间常数和温升曲线，确定注入信号周期。
通过采用上述技术方案，选取不同大小的注入信号，使得产生的相电流直流分量IDC在相电流中的占比变化较小，便于降低输出转矩振荡，从而降低定子绕组的损耗，进而提高了定子电阻阻值RS计算的准确性。
本发明进一步设置为：所述注入信号时长为0.2S-0.8S；所述注入信号周期为间隔0.5min-2min注入一次。
通过采用上述技术方案，利用注入信号时长和注入信号周期，提高了定子电阻温度计算的精确度。
综上所述，本发明具有以下有益效果：将直流电压信号注入PMSM数学模型中，经矢量控制后，得出相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC，便于实时测量得出定子电阻阻值RS；根据定子绕组温度值TS与定子电阻阻值RS的线性特性，准确与高效的监测驱动电机的升温情况；在对电机降温的过程中，减少电机降额使用而影响电机利用率的情况发生；便于减少因注入信号较小而影响相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC的准确性的情况发生；选取不同大小的注入信号，使得产生的相电流直流分量IDC在相电流中的占比变化较小，便于降低输出转矩振荡，从而降低定子绕组的损耗，进而提高了定子电阻阻值RS计算的准确性。
附图说明
图1是实施例中的流程图；
图2是实施例中信号注入策略的流程框图。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线估计方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤一，构建PMSM数学模型，设定气隙磁场在空间呈正弦分布，磁路不饱和，忽略不计磁滞和涡流损坏，得出PMSM等效电路和空间矢量图。本实施例中的PMSM数学模型通过控制系统运行。
步骤一，信号注入策略，将直流电压信号注入到构建的PMSM数学模型中。直流电压信号有控制系统产生，对于大功率电机，控制系统产生的直流电压信号的幅值较小，直流电压信号的注入对定子电阻电压产生的影响较小，在计算定子电阻的过程中，忽略不计。
步骤一，矢量控制，对注入的直流电压信号进行矢量控制，得出相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC。
步骤一，直流分量提取，将相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC提取出来。
步骤一，定子电阻计算，根据提取出来的相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC对定子电阻阻值RS进行计算，定子电阻阻值RS的计算公式为：RS＝UDC/IDC。
步骤一，温度估算，根据计算出来的定子电阻阻值RS对定子绕组温度值TS进行计算，定子绕组温度值TS的计算公式为：RS＝RS0+KRS0(TS-T0)。RS0为定子电阻温度为T0的阻值。RS为定子电阻温度为TS的阻值。本实施例中的定子绕组采用铜线，K为铜线的热时间常数。
将直流电压信号注入PMSM数学模型中，经矢量控制后，得出相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC，便于实时测量得出定子电阻阻值RS。根据定子绕组温度值TS与定子电阻阻值RS的线性特性，准确与高效的监测驱动电机的升温情况。在对电机降温的过程中，减少电机降额使用而影响电机利用率的情况发生。
如图1与图2所示，直流分量提取还包括通过滤波器对相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC进行滤波处理。本实施例中的滤波器采用低通滤波器。滤波器对相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC中的交流分量进行滤波处理，便于减少因注入信号较小而影响相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC的准确性的情况发生。
如图2所示，信号注入策略包括注入信号大小确定、注入信号时长确定和注入信号周期确定。注入信号大小确定，根据电机负载和电机参数，确定注入信号大小。注入信号时长确定，根据电机参数设计滤波器，并确定注入信号时长。注入信号周期确定，根据电机参数、热时间常数和温升曲线，确定注入信号周期。选取不同大小的注入信号，使得产生的相电流直流分量IDC在相电流中的占比变化较小，便于降低输出转矩振荡，从而降低定子绕组的损耗，进而提高了定子电阻阻值RS计算的准确性。
如图2所示，注入信号时长为0.2S-0.8S，本实施例中采用0.5S.注入信号周期为间隔0.5min-2min注入一次，本实施例中采用间隔1min注入一次。利用注入信号时长和注入信号周期，提高了定子电阻温度计算的精确度。
工作过程：将直流电压信号注入PMSM数学模型中，经矢量控制后，得出相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC，便于实时测量得出定子电阻阻值RS；根据定子绕组温度值TS与定子电阻阻值RS的线性特性，准确与高效的监测驱动电机的升温情况；在对电机降温的过程中，减少电机降额使用而影响电机利用率的情况发生。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线估计方法，其特征是：包括以下步骤：
1).构建PMSM数学模型，设定气隙磁场在空间呈正弦分布，磁路不饱和，忽略不计磁滞和涡流损坏，得出PMSM等效电路和空间矢量图；
2).信号注入策略，将直流电压信号注入到构建的PMSM数学模型中；
3).矢量控制，对注入的直流电压信号进行矢量控制，得出相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC；
4).直流分量提取，将相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC提取出来；
5).定子电阻计算，根据提取出来的相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC对定子电阻阻值RS进行计算，定子电阻阻值RS的计算公式为：RS＝UDC/IDC；
6).温度估算，根据计算出来的定子电阻阻值RS对定子绕组温度值TS进行计算，定子绕组温度值TS的计算公式为：RS＝RS0+KRS0(TS-T0)；RS0为定子电阻温度为T0的阻值；RS为定子电阻温度为TS的阻值；K为热时间常数。
2.根据权利要求1所述的一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线估计方法，其特征是：所述直流分量提取还包括通过滤波器对相电压直流分量UDC和相电流直流分量IDC进行滤波处理。
3.根据权利要求2所述的一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线估计方法，其特征是：所述信号注入策略包括注入信号大小确定、注入信号时长确定和注入信号周期确定；
所述注入信号大小确定，根据电机负载和电机参数，确定注入信号大小；
所述注入信号时长确定，根据电机参数设计滤波器，并确定注入信号时长；
所述注入信号周期确定，根据电机参数、热时间常数和温升曲线，确定注入信号周期。
4.根据权利要求3所述的一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线估计方法，其特征是：所述注入信号时长为0.2S-0.8S；所述注入信号周期为间隔0.5min-2min注入一次。
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