CN112698200A - 一种三相交流永磁同步电机参数测量方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种三相交流永磁同步电机参数测量方法和测量系统，所述方法包括：将陪测电机设置在预设转速；将被测电机工作在预设工作点，并读取预设工作点信息；读取并存储被测电机的电压信息、电流信息和转速信息；按预设工作点生成相应的电压偏差信息，其中，陪测电机和被测电机均包含于三相交流永磁同步电机参数测量系统中；根据电压信息、电流信息、转速信息以及电压偏差信息，通过计算，得到被测电机的D轴电感Ld、Q轴电感Lq和电机特征电流If的值；根据D轴电感Ld和Q轴电感Lq，通过相邻工作点的插值计算生成被测电机的电机参数信息。本方案通过人工配置被测电机的工作点，通过上位机实现自动化测试。通过导入电压偏差信息校正当前电压，实现高精度电机参数的测量。
Description
技术领域
本发明涉及到电机设备领域，特别是涉及到一种三相交流永磁同步电机参数测量方法和系统。
背景技术
应用于电动汽车的永磁同步电机需要具有调速范围宽、效率高、功率密度高等优点，为了使电机高效率运行，需要获得电机在工作范围内的所有最优工作点，这需要精准获取电机参数，通过电机参数计算所需最优工作点。现有技术中，常见的方法有三种：一是永磁电机设计过程中通过有限元软件仿真计算得到电机参数；二是通过电流注入法测量电机参数；三是通过当前工作点电压、电流和速度计算电机参数。上述三种方法中，分别存在以下问题：一是实际电机与仿真电机存在差异，参数精度较差；二是测量精度不能满足用于扭矩计算的精度要求；三是工作点太少，测量效率太低，参数精度不能满足要求。因此，如何提升电机参数的测量精度，显得十分重要。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种三相交流永磁同步电机参数测量方法，旨在解决提升电机参数的测量精度的技术问题。
本发明提供一种三相交流永磁同步电机参数测量方法，包括：
将被测电机工作在预设工作点，并读取预设工作点信息；
读取并存储被测电机的电压信息、电流信息和转速信息，按预设工作点生成相应的电压偏差信息，其中，陪测电机和被测电机均包含于三相交流永磁同步电机参数测量系统中；
根据电压信息、电流信息、转速信息以及电压偏差信息，通过计算，得到被测电机的D轴电感Ld、Q轴电感Lq和电机特征电流If的值；
根据D轴电感Ld和Q轴电感Lq，通过相邻工作点的插值计算生成被测电机的电机参数信息。
优选的，将陪测电机设置在预设转速的步骤之前，包括：
根据精度要求和等步长方式设置电流有效值Is和电流相角langle两个参数，设置预设工作点信息。
优选的，根据D轴电感Ld和Q轴电感Lq，通过相邻工作点的插值计算生成被测电机的电机参数信息的步骤之后，包括：
通过相邻工作点插值计算所需工作点电机参数。
优选的，读取并存储被测电机的电压信息、电流信息和转速信息的步骤，包括：
分别读取多次被测电机的电压当前值、电流当前值和转速当前值，并分别对电压当前值、电流当前值和转速当前值进行滤波处理，生成并存储电压信息、电流信息和转速信息。
优选的，根据电压信息、电流信息、转速信息以及电压偏差信息，通过计算，得到被测电机的D轴电感Ld、Q轴电感Lq和电机特征电流If的值的步骤，包括：
对被测电机做短路测试，得到电机特征值If；
根据第一预设算法，计算Q轴电感Lq：
Lq＝-((UdReal-UdErr))-Rs*Id)/ωe/Iq—— (1)；
其中，UdReal为上位机存储的被测电机的D轴电压，UdErr为相应工作点的被测电机的D轴偏差电压，Rs为电机定子电阻，ωe为电机电气角速度，Id为被测电机的D轴电流，Iq为被测电机的Q轴电流；
根据第二预设算法，计算D轴电感Ld：
Ld＝((UqReal-UqErr)-Rs*Iq)/ωe/(Id+If)—— (2)；
其中，UqReal为上位机存储的被测电机的Q轴电压，UqErr为相应工作点的被测电机的Q轴偏差电压。
本发明还提供一种三相交流永磁同步电机参数测量系统，包括：
被测电机；
陪测电机，用于限定被测电机转速；
上位机，用于控制测量系统中各设备；
电机控制器，用于接收上位机的指令信息，并按指令信息驱动被测电机。
本发明的有益效果在于：通过人工配置被测电机的工作点，通过上位机实现自动化测试。通过导入相应工作点的电压偏差信息校正当前电压，实现高精度电机参数的测量。
附图说明
图1为本发明一种三相交流永磁同步电机参数测量方法的第一实施例的流程示意图；
图2为本发明一种三相交流永磁同步电机参数测量系统的第一实施例的结构示意图；
图3为图1实施例中的预设工作点表格；
图4为图1实施例中的上位机存储的被测电机的电压信息、电流信息和转速信息表格；
图5为图1实施例中的电压偏差表格；
图6为图1实施例中的电流坐标示意图。
标号说明：
1、被测电机；2、陪测电机；3、上位机；4、电机控制器。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1至图6，本发明提供一种三相交流永磁同步电机参数测量方法，包括：
S1：将陪测电机2设置在预设转速；
S2：将被测电机工作在预设工作点，并读取预设工作点信息；
S3：读取并存储被测电机1的电压信息、电流信息和转速信息，按预设工作点生成相应的电压偏差信息，其中，陪测电机2和被测电机1均包含于三相交流永磁同步电机参数测量系统中；
S4：根据电压信息、电流信息、转速信息以及电压偏差信息，通过计算，得到被测电机1的D轴电感Ld、Q轴电感Lq和电机特征电流If的值；
S5：根据D轴电感Ld和Q轴电感Lq，通过相邻工作点的插值计算生成被测电机1的电机参数信息。
在本发明实施例中，如图2所示，三相交流永磁同步电机参数测量系统包括陪测电机2、被测电机1、上位机3和电机控制器4。首先，上位机3将陪测电机设置在预设转速。然后，上位机3读取预设工作点信息，具体的，预设工作点信息为如图3所示的预设工作点表格。上位机3读取预设工作点表格，用户设定好上位机参数，如间隔工作点等时间，数据存储位置、数据读取次数等参数，用户发出运行命令，上位机3按表格和设定参数自动运行。上位机3按设定参数读取被测电机1的D轴电压UdReal、Q轴电压UqReal和当前速度值we，上位机按先后顺序记录到保存到如图4所示的Excel表格中。由于电机控制器4中逆变器死区时间和非线性因素影响，上位机3读取到的电压与实际电压存在偏差，需要减小偏差方可高精度计算电机参数，针对每个预计工作点制作相应的电压偏差数据。偏差数据的获取可以通过标定或校准等方式实现，电压偏差表格如图5所示。根据电压信息、电流信息、转速信息以及电压偏差信息，通过MATLAB计算，得到被测电机的D轴电感Ld、Q轴电感Lq和电机特征电流If的值。根据D轴电感Ld和Q轴电感Lq，通过相邻工作点的插值计算生成所述被测电机1的电机参数信息。经过上述设置，通过人工配置被测电机1的工作点，通过上位机3实现自动化测试。通过导入相应工作点的电压偏差信息校正当前电压，实现高精度电机参数的测量。
进一步地，将陪测电机2设置在预设转速的步骤S1之前，包括：
S0：根据精度要求和等步长方式设置电流有效值Is和电流相角langle两个参数，设置预设工作点信息。
在本发明实施例中，如图3所示，工作点设定主要包含电流有效值Is和电流相角langle两个参数。其中，电流相角定义为：
langle＝-atan(Id/Iq)PI*180
其中，atan为反正切函数，Id为被测电机的D轴电流值，Iq为被测电机的Q轴电流值，PI为圆周率。
如图3和6所示，为了满足电机全范围工作的要求，预计工作点表格应该覆盖第二象限工作点，Id从0到负的最大电流,Iq从0到最大电流。根据数据精度要求来设置电流有效值步长和电流相角步长。按上位机软件要求编辑表格，最终形成一张可供使用的工作点预设表格。
进一步地，D轴电感Ld和Q轴电感Lq，通过相邻工作点的插值计算生成被测电机1的电机参数信息的步骤S5之后，包括：
S6：通过直线插值计算所需工作点电机参数。
在本发明实施例中，把电机参数表格映射到电流坐标，对两相邻工作点的参数进行直线插值，可以获得任意工作点的电机参数。
进一步地，读取并存储被测电机的电压信息、电流信息和转速信息的步骤S3，包括：
S31：分别读取多次被测电机的电压当前值、电流当前值和转速当前值，并分别对电压当前值、电流当前值和转速当前值进行滤波处理，生成并存储电压信息、电流信息和转速信息。
在本发明实施例中，为了获得更加准确的信号，读取多次被测电机的电压当前值、电流当前值和转速当前值并进行滤波处理，滤波处理的次数可以通过上位机3设置。上位机3运行结束后自动保存电压信息、电流信息和转速信息。
进一步地，根据电压信息、电流信息、转速信息以及电压偏差信息，通计算，得到所述被测电机的D轴电感Ld、Q轴电感Lq和电机特征电流If的值的步骤S4，包括：
S41：对被测电机做短路测试，得到电机特征值If；
S42：根据第一预设算法，计算Q轴电感Lq：
Lq＝-((UdReal-UdErr))-Rs*Id)/we/Iq—— (1)；
其中，UdReal为上位机存储的被测电机3的D轴电压，UdErr为相应工作点的被测电机3的D轴偏差电压，Rs为电机定子电阻，we为电机电气角速度，Id为被测电机3的D轴电流，Iq为被测电机3的Q轴电流；
S43：根据第二预设算法，计算D轴电感Ld：
Ld＝((UqReal-UqErr)-Rs*Iq)/we/(Id+If)—— (2)；
其中，UqReal为上位机存储的被测电机3的Q轴电压，UqErr为相应工作点的被测电机3的Q轴偏差电压；
在本发明实施例中，对每个工作点用公式1和公式2计算，得到电机参数信息，即电机参数表格。
如图2所述，本发明还提供一种三相交流永磁同步电机参数测量系统，包括：
被测电机1；
陪测电机2，用于限定被测电机1转速；
上位机3，用于控制测量系统中各设备；
电机控制器4，用于接收上位机3的指令信息，并按指令信息驱动被测电机1。
在本发明实施例中，如图2所示，三相交流永磁同步电机参数测量系统包括陪测电机2、被测电机1、上位机3和电机控制器4。首先，上位机3将陪测电机设置在预设转速。然后，上位机3读取预设工作点信息，具体的，预设工作点信息为如图3所示的预设工作点表格。上位机3读取预设工作点表格，用户设定好上位机参数，如间隔工作点等时间，数据存储位置、数据读取次数等参数，用户发出运行命令，上位机3按表格和设定参数自动运行。上位机3按设定参数读取被测电机1的D轴电压Ud、Q轴电压Uq和当前速度值S，上位机按先后顺序记录到保存到如图4所示的Excel表格中。由于电机控制器4中逆变器死区时间和非线性因素影响，上位机3读取到的电压与实际电压存在偏差，需要减小偏差方可高精度计算电机参数，针对每个预计工作点制作相应的电压偏差数据。偏差数据的获取可以通过标定或校准等方式实现，电压偏差表格如图5所示。根据电压信息、电流信息、转速信息以及电压偏差信息，通过MATLAB计算，得到被测电机的D轴电感Ld、Q轴电感Lq和电机特征电流If的值。根据D轴电感Ld和Q轴电感Lq，通过相邻工作点的插值计算生成所述被测电机的电机参数信息。经过上述设置，通过人工配置被测电机1的工作点，通过上位机3实现自动化测试。通过导入相应工作点的电压偏差信息校正当前电压，实现高精度电机参数的测量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种三相交流永磁同步电机参数测量方法，其特征在于，包括：
将陪测电机设置在预设转速；
将被测电机工作在预设工作点，并读取预设工作点信息；
读取并存储所述被测电机的电压信息、电流信息和转速信息，按所述预设工作点生成相应的电压偏差信息，其中，所述陪测电机和所述被测电机均包含于三相交流永磁同步电机参数测量系统中；
根据所述电压信息、所述电流信息、所述转速信息以及所述电压偏差信息，通过计算，得到所述被测电机的D轴电感Ld、Q轴电感Lq和电机特征电流If的值；
根据所述D轴电感Ld和所述Q轴电感Lq，通过相邻工作点的插值计算生成所述被测电机的电机参数信息。
2.根据权利要求1所述的三相交流永磁同步电机参数测量方法，其特征在于，所述将陪测电机设置在预设转速的步骤之前，包括：
根据精度要求和等步长方式设置电流有效值Is和电流相角langle两个参数，设置所述预设工作点信息。
3.根据权利要求1所述的三相交流永磁同步电机参数测量方法，其特征在于，所述根据所述D轴电感Ld和所述Q轴电感Lq，通过相邻工作点的插值计算生成所述被测电机的电机参数信息的步骤之后，包括：
通过相邻工作点插值计算所需工作点电机参数。
4.根据权利要求1所述的三相交流永磁同步电机参数测量方法，其特征在于，所述读取并存储所述被测电机的电压信息、电流信息和转速信息的步骤，包括：
分别读取多次所述被测电机的电压当前值、电流当前值和转速当前值，并分别对所述电压当前值、所述电流当前值和所述转速当前值进行滤波处理，生成并存储所述电压信息、所述电流信息和所述转速信息。
5.根据权利要求1所述的三相交流永磁同步电机参数测量方法，其特征在于，所述根据所述电压信息、所述电流信息、所述转速信息以及所述电压偏差信息，通过计算，得到所述被测电机的D轴电感Ld、Q轴电感Lq和电机特征电流If的值的步骤，包括：
对所述被测电机做短路测试，得到所述电机特征值If；
根据第一预设算法，计算所述Q轴电感Lq：
Lq＝-((UdReal-UdErr))-Rs*Id)/we/Iq——(1)；
其中，UdReal为上位机存储的所述被测电机的D轴电压，UdErr为相应工作点的所述被测电机的D轴偏差电压，Rs为电机定子电阻，we为电机电气角速度，Id为所述被测电机的D轴电流，Iq为所述被测电机的Q轴电流；
根据第二预设算法，计算所述D轴电感Ld：
Ld＝((UqReal-UqErr)-Rs*Iq)/we/(Id+If)——(2)；
其中，UqReal为上位机存储的所述被测电机的Q轴电压，UqErr为相应工作点的所述被测电机的Q轴偏差电压。
6.一种三相交流永磁同步电机参数测量系统，其特征在于，包括：
被测电机；
陪测电机，用于限定所述被测电机转速；
上位机，用于控制测量系统中各设备；
电机控制器，用于接收所述上位机的指令信息，并按所述指令信息驱动所述被测电机。
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