本发明专利技术属于电机技术领域，具体涉及一种永磁同步电机转子温度在线估算方法。在不大幅增加硬件成本的基础上，使用软件算法估算永磁同步电机转子温度。通过检测永磁同步电机的三相电流、线电压、转子位置及速度、定子温度等变量可实现对永磁同步电机转子温度的实时监控。实现了电机转矩随温度变化的补偿功能及防止电机永磁体退磁的功能。也为其他需要永磁同步电机转子永磁体温度的功能或设备提供温度数据。减少使用温度传感器观测永磁同步电机转子永磁体带来的成本的增加及故障率的增加。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电机
，更具体地说，具体涉及一种永磁同步电机转子温度在线估算方法。
技术介绍
电动汽车、混合动力汽车主要以永磁同步电机作为动力装置，永磁同步电机的永磁体特性随着温度的变化而改变，这一方面影响了永磁同步电机的转矩输出能力，随着温度的升高，永磁同步电机转矩输出能力下降；另一方面当永磁同步电机转子永磁体温度过高而超过某一临界温度，永磁体会发生退磁现象，会对永磁同步电机造成不可逆的损害。因此时刻监控永磁同步电机转子温度是十分必要的。目前监控永磁同步电机转子永磁体温度主要使用安装基于硬件的温度传感器的方法。由于永磁同步电机转子工作时处于旋转状态，温度传感器信号需要通过复杂方法传导出来。使用温度传感器不仅增加了成本，而且由于转子运转，带来了更高的系统故障率。专利CN 102564630 A汽车电机转子温度的测量装置提出了一种电机转子温度的测量装置，使用带有热敏部件的温度传感器，将传感器置于转子永磁体中，随着转子永磁体温度发生变化温度传感器的热敏部件电阻发生变化，输出不同的信号，对应不同的温度。通过监控输出信号的变化可以监控电机转子温度的变化。通过硬件测量电机转子温度，增加了系统成本，同时由于温度传感器安装在转子永磁体中，在高速旋转环境下故障率较高。专利CN 104158463 A一种永磁同步电机转子温度检测方法及系统提出了一种永磁同步电机的转子温度检测方法及系统，该系统基于转子永磁体温度与磁链的对应关系，利用A相电流B相电流，电感参数，计算得到转子永磁体温度。该专利使用数学模型估算转子永磁体温度，但在计算过程中使用的αβ轴电压UαUβ指令未考虑因逆变器的非理想特性及PWM调制的死区特性导致的电压损耗，会导致温度估算准确性的降低。
技术实现思路
为改善传统转子温度监控的缺点和弊端，本专利技术提供了一种不使用温度传感器估测永磁同步电机转子温度的方法。在不大幅增加硬件成本的基础上，使用软件算法估算永磁同步电机转子温度，通过检测电机线电压并经过变换得到dq轴
电压进行温度估算，提高温度估算的准确性。由于永磁同步电机的转子永磁体磁链参数与其温度相关，随着永磁体温度的升高，磁链逐渐减小。知道了磁链与温度的对应关系，可以通过观测永磁体磁链参数的变化推算永磁体的温度。通过建立永磁同步电机数学模型，并监控电机相关电流电压，观测永磁体磁链的变化，可进一步估算转子永磁体温度。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种永磁同步电机转子温度在线估算方法，具体步骤如下：第一步，获取永磁同步电机转子温度与转子永磁体磁链的对应关系，并通过线性拟合得到转子温度与磁链对应关系式：Tr=ΔψfKbr+Tn---(1)]]>其中Tr为转子温度，Tn为温度，Δψf为随转子温度变化永磁体磁链的变化量，Kbr为拟合曲线斜率；第二步，由电流传感器获取永磁同步电机三相电流ia，ib，ic，然后经过Clarke变换及Park变换得到永磁同步电机的d轴电流id，q轴电流iq；第三步，通过电压传感器获取电机线电压Uab，Ubc；第四步，将电机线电压Uab，Ubc通过3/2坐标变换：UdUq=132cosθcosθ+3sinθ-2sinθ-sinθ+3cosθUabUbc---(2)]]>并经滤波后，得到d轴电压Ud，q轴电压Uq；第五步，建立永磁同步电机dq轴电压数学模型:Ud=Rsid+dψddt-ωψqUq=Rsiq+dψqdt+ωψd---(3)]]>经过公式变换得到dq轴磁链方程：ψd=∫(Ud-Rsid+ωΔψq)dtψq=∫(Uq-Rsiq-ωΔψd)dt---(4)]]>其中：ψd=Ldid+ψfψq=Lqiq---(5)]]>永磁同步电机d轴磁链ψd，q轴磁链ψq，转子电角速度ω，定子电阻Rs，d轴电流id，q轴电流iq，转子磁链ψf，d轴电感参数Ld，q轴电感参数Lq，Δψd，Δψq为估算出电机的磁链参数与Tn下磁链参数的误差值；第六步，通过永磁同步电机dq轴电压数学模型(4)计算出电机d轴磁链ψd，q轴磁链ψq；第七步，根据磁链公式(5)计算某一温度Tn下电机的d轴电流id’，q轴电流iq’；第八步，对比第二步测得的电机实际dq轴电流id，iq与第七步计算出得dq轴电流id’，iq’，将实际的dq轴电流与计算出的dq轴电流做差，结果输入积分控制器或PI控制器，积分控制器或PI控制器输出的反馈结果Δψd，Δψq输入到永磁同步电机dq轴电压数学模型中，使得计算出的dq轴电流id’，iq’与实际电流相等，积分控制器的输出结果为永磁同步电机实际dq轴磁链与Tn下磁链值的误差Δψd，Δψq；第九步，由公式(5)可以看出转子磁链的变化Δψf体现为d轴磁链的变化，即d轴磁链的误差值Δψd，知道了Δψf，因此可利用转子磁链与温度的对应关系(1)计算出永磁同步电机转子的实际温度。得到转子温度之后，可以利用转子的温度对电机的转矩输出进行补偿，同时可以监控电机的退磁情况，在电机有退磁风险时减小电机的输出功率以保护永磁同步电机永磁体。附图说明图1本专利技术的一种永磁同步电机转子温度在线估算方法的流程；图2永磁同步电机转子永磁体磁链与温度对应关系及拟合曲线；图3永磁同步电机整体控制策略及转子温度估算模块结构；图4永磁同步电机转子温度估算模块内部结构；图5永磁同步电机电压数学模型17第一内部结构；图6永磁同步电机电压数学模型17第二内部结构；图7积分控制器模块内部结构；图8温度计算模块内部结构；图中：永磁同步电机(PMSM)模块1、转子位置传感器2、定子温度传感器3、电压/电流监控模块4、Clarke变换模块5、Park变换模块6、转速计算模块7、转子温度观测模块8、滤波模块9、电压3/2变换模块10、转矩补偿/限制模块11、最大转矩电流比(MTPA)控制模块12、解耦模块13、逆Park变换
模块14、空间矢量调制(SVPWM)模块15、IGBT模块16、永磁同步电机电压数学模型17、积分控制器模块18、温度计算模块19、由定子温度查询定子电阻查表模块20、室温Tn＝25℃磁链Ψf大小21、积分器模块22、由电流id，iq查询电感Ld，Lq参数查表模块23、由磁链ψd，ψq查询电感Ld，Lq参数查表模块24。具体实施方式结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。实施例1图1为本专利技术提供的一种永磁同步电机转子温度在线估算方法的流程图。永磁体具有一定的温度特性，永磁体磁链Ψf大小随着温度的上升而减小。通过对永磁同步电机永磁体磁链的温度特性的标定可以获得磁链与温度的曲线，如图2所示。由图2可以看出磁链—温度曲线接近一条直线，优选的我们将其进行线性拟合，得到本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种永磁同步电机转子温度在线估算方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步，获取永磁同步电机转子温度与转子永磁体磁链的对应关系，并通过线性拟合得到转子温度与磁链对应关系式：Tr=ΔψfKbr+Tn---(1)]]>其中Tr为转子温度，Tn为温度，Δψf为随转子温度变化永磁体磁链的变化量，Kbr为拟合曲线斜率；第二步，由电流传感器获取永磁同步电机三相电流ia，ib，ic，然后经过Clarke变换及Park变换得到永磁同步电机的d轴电流id，q轴电流iq；第三步，通过电压传感器获取电机线电压Uab，Ubc；第四步，将电机线电压Uab，Ubc通过3/2坐标变换：UdUq=132cosθcosθ+3sinθ-2sinθ-sinθ+3cosθUabUbc---(2)]]>并经滤波后，得到d轴电压Ud，q轴电压Uq；第五步，建立永磁同步电机dq轴电压数学模型:Ud=Rsid+dψddt-ωψqUq=Rsiq+dψqdt+ωψd---(3)]]>经过公式变换得到dq轴磁链方程：ψd=∫(Ud-Rsid+ωΔψq)dtψq=∫(Uq-Rsiq-ωΔψd)dt---(4)]]>其中：ψd=Ldid+ψfψq=Lqiq---(5)]]>永磁同步电机d轴磁链ψd，q轴磁链ψq，转子电角速度ω，定子电阻Rs，d轴电流id，q轴电流iq，转子磁链ψf，d轴电感参数Ld，q轴电感参数Lq，Δψd，Δψq为估算出电机的磁链参数与Tn下磁链参数的误差值；第六步，通过永磁同步电机dq轴电压数学模型(4)计算出电机d轴磁链ψd，q轴磁链ψq；第七步，根据磁链公式(5)计算某一温度Tn下电机的d轴电流id’，q轴电流iq’；第八步，对比第二步测得的电机实际dq轴电流id，iq与第七步计算出得dq轴电流id’，iq’，将实际的dq轴电流与计算出的dq轴电流做差，结果输入积分控制器或PI控制器，积分控制器或PI控制器输出的反馈结果Δψd，Δψq输入到永磁同步电机dq轴电压数学模型中，使得计算出的dq轴电流id’，iq’与实际电流相等，积分控制器的输出结果为永磁同步电机实际dq轴磁链与Tn下磁链值的误差Δψd，Δψq；第九步，由公式(5)可以看出转子磁链的变化Δψf体现为d轴磁链的变化，即d轴磁链的误差值Δψd，知道了Δψf，因此可利用转子磁链与温度的对应关系(1)计算出永磁同步电机转子的实际温度。...
【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机转子温度在线估算方法，其特征在于，具体步骤如下：第一步，获取永磁同步电机转子温度与转子永磁体磁链的对应关系，并通过线性拟合得到转子温度与磁链对应关系式：Tr=ΔψfKbr+Tn---(1)]]>其中Tr为转子温度，Tn为温度，Δψf为随转子温度变化永磁体磁链的变化量，Kbr为拟合曲线斜率；第二步，由电流传感器获取永磁同步电机三相电流ia，ib，ic，然后经过Clarke变换及Park变换得到永磁同步电机的d轴电流id，q轴电流iq；第三步，通过电压传感器获取电机线电压Uab，Ubc；第四步，将电机线电压Uab，Ubc通过3/2坐标变换：UdUq=132cosθcosθ+3sinθ-2sinθ-sinθ+3cosθUabUbc---(2)]]>并经滤波后，得到d轴电压Ud，q轴电压Uq；第五步，建立永磁同步电机dq轴电压数学模型:Ud=Rsid+dψddt-ωψqUq=Rsiq+dψqdt+ωψd---(3)]]>经过公式变换得到dq轴磁链方程：ψd=∫(Ud-Rsid+ωΔψq)dtψq=&Int...
【专利技术属性】
技术研发人员：李岩，常城，赵慧超，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22
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