一种双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统技术方案

本发明专利技术提供了一种双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统，属于电机驱动及电力电子领域，包括两套逆变器、转速控制比例

【技术实现步骤摘要】
一种双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统


[0001]本专利技术属于电机驱动及电力电子领域，具体涉及一种双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统。

技术介绍

[0002]双冗余永磁同步电机以冗余性和高可靠性的优点，广泛应用于智能制造装备领域，特殊的应用领域对于电机的可靠性及使用寿命要求较高，由于双冗余永磁同步电机特殊的电机绕组结构需要两套逆变器提供电压，而逆变器会出现结温升高、发热严重的问题，导致逆变器寿命减少、系统性能变差。
[0003]双三相永磁同步电机驱动需要两套逆变器电路，其核心电力电子变换部件是功率半导体，同时却是最易损坏的部件。随着半导体器件制造技术的逐渐提高，其功率等级和密度也越来越高。在相同电流下，功率半导体器件所需承受的热负荷也会越高，若此时功率半导体的内部温度波动较大，产生较大的交变热应力，交变热应力会影响功率半导体器件的功率循环能力，显著降低功率半导体器件的寿命。更严重地，当交变热应力大小超出了功率半导体器件的结温安全范围就会发生失效，导致整个电机系统发生故障。
[0004]为了提高双三相永磁同步电机逆变器系统的可靠性和性能，可以对逆变器系统进行结温控制和效率优化，即进行主动热管理。目前，按照控制对象来分类，可以主要分为系统控制、功率控制、器件控制和门极控制四类。系统控制一般有用平行设备分担功率从而改善损耗分布，时间分布一般限制在10ns；功率控制可以通过采取减低负载电流、控制直流母线电压、改善功率循环等方式进行控制，其控制时间限制在1ms；器件控制通过包括改变开关频率、调整调制模式等方法，其时间限制在100us；门极控制主要是通过算法利用智能门极驱动代替脉冲的方式，其控制时间限制在1us。
[0005]目前有很多逆变器的主动热管理策略，虽然有很多研究结果，但在功率控制方法类型中，往往都是将逆变器的温度过高、两套逆变器温度相差过大作为控制算法的基本前提，对于整体延长系统寿命有一定的迟滞性。而且各类控制方法都是基于电机已发生的不良现象做出控制调整，其控制效果往往不具有预测性的特点，对从根源上防范逆变器过热问题有局限性，所以有必要针对双冗余永磁同步电机逆变器主动热管理控制方法展开研究。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统，所述逆变器为两套，分别对应双三相永磁同步电机的两套绕组，用于将直流电信号转换为三相交流电信号，供双三相永磁同步电机电机使用，下文出现的所有电机均为双三相永磁同步电机。
[0009]所述系统包括：
[0010]转速控制比例
‑
积分单元，其输出为电机q轴电流的总参考给定值Iq_ref；
[0011]电流决策单元，用于通过控制Iq_ref的分配改变两套绕组中电流的大小，实际控制逆变器的功率来改变两套逆变器由于温度升高受到的热应力；
[0012]每套所述逆变器均对应有：
[0013]电流控制比例
‑
积分单元，其输入为所述电流决策单元分配的电机q轴电流的参考给定值及其中一套绕组中d轴电流给定值，输出为其中一套绕组d轴和q轴的电压；
[0014]坐标变换单元，接收所述电流控制比例
‑
积分单元输出的绕组d轴和q轴的电压，并将所述电压变为电机定子侧α
‑
β坐标系下电压值；
[0015]空间矢量脉宽调制单元SVPWM，接收所述坐标变换单元输出的电机定子侧α
‑
β坐标系下电压值，并通过扇区判断、矢量作用时间计算，输出逆变器的控制信号；
[0016]温度采样单元，用于采集逆变器的结温值；
[0017]失效概率计算单元，接收来自温度采样单元的结温值，采用贝叶斯定理计算逆变器对应的失效风险概率值，并将失效风险概率值输出至所述电流决策单元。
[0018]优选地，所述转速控制比例
‑
积分单元的输入为电机实际转速N与给定转速N
_ref
的差值。
[0019]优选地，一套所述逆变器对应的电流控制比例
‑
积分单元的输入为电流决策单元分配的电机q轴电流的参考给定值Iq_ref1和一套绕组中d轴电流给定值Id_ref1；输出为该绕组d轴和q轴的电压U
q1
、U
d1
；
[0020]另一套所述逆变器对应的电流控制比例
‑
积分单元的输入为电流决策单元分配的电机q轴电流的参考给定值d_ref2和另一套绕组中d轴电流给定值Id_ref2；输出该绕组d轴和q轴的电压U
q2
、U
d2
；
[0021]所述坐标变换单元接收两套绕组q轴和d轴电压U
q1
、U
d1
和U
q2
、U
d2
，由同步旋转坐标系下的电压值，变为电机定子侧α
‑
β坐标系下电压值U
α
和U
β
。
[0022]优选地，所述失效概率计算单元计算失效风险概率值包括：
[0023]计算逆变器寿命预测值：根据逆变器的结温值，通过雨流计数法得到逆变器寿命预测值；
[0024]计算系统失效风险警戒阈值：将两套绕组对应逆变器的寿命预测值低于寿命预测平均值的90％的预测值作为失效风险警戒阈值；
[0025]计算失效风险概率：定义事件B是逆变器结温高于某个温度警戒阈值，通过温度采样单元采样得到的结温采样数值，规定高于所得结温平均值的10％为警戒阈值；定义事件A是系统失效风险高于某个警戒阈值；则概率P(B|A)是系统失效风险高于警戒阈值时逆变器结温高于温度警戒阈值的概率；概率P(A|B)是在逆变器温度高于警戒阈值时系统失效的概率；
[0026]利用贝叶斯估计定理：计算得到失效风险概率值P(A|B)作为变量输入到所述电流决策单元。
[0027]优选地，所述电流决策单元采用如下电流分配决策方案：
[0028]以逆变器中功率开关管的一般使用寿命为时间周期T，将时间周期T分成i份，每份
时间周期为T，计第i个时间周期为T
i
，i＝1，2，3
…
10；
[0029]定义m1和m2是两套逆变器的电流给定值Iq_ref的分配系数且，满足m1+m2＝1；
[0030]在周期T1内令m1＝m2，即Iq_ref1＝Iq_ref2＝0.5Iq_ref，电流等分；
[0031]在周期T1和周期T2内，失效概率计算单元所得失效风险概率为P(A|B)1和P(A|B)2，根据失效概率调整m1和m2大小，满足
[0032]在剩下的周期T3‑
T
10
中，采用同上的计算电流给定值Iq_ref的分配系数的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统，所述逆变器(8)为两套，分别对应电机的两套绕组，用于将直流电信号转换为三相交流电信号，供电机使用，其特征在于，所述系统包括：转速控制比例
‑
积分单元(1)，其输出为电机q轴电流的总参考给定值Iq_ref；电流决策单元(2)，用于通过控制Iq_ref的分配改变两套绕组中电流的大小，实际控制逆变器的功率来改变两套逆变器(8)由于温度升高受到的热应力；每套所述逆变器(8)均对应有：电流控制比例
‑
积分单元(3)，其输入为所述电流决策单元(2)分配的电机q轴电流的参考给定值及其中一套绕组中d轴电流给定值，输出为其中一套绕组d轴和q轴的电压；坐标变换单元(4)，接收所述电流控制比例
‑
积分单元(3)输出的绕组d轴和q轴的电压，并将所述电压变为电机定子侧α
‑
β坐标系下电压值；空间矢量脉宽调制单元SVPWM(6)，接收所述坐标变换单元(4)输出的电机定子侧α
‑
β坐标系下电压值，并通过扇区判断、矢量作用时间计算，输出逆变器的控制信号；温度采样单元(7)，用于采集逆变器(8)的结温值；失效概率计算单元(5)，接收来自温度采样单元(7)的结温值，采用贝叶斯定理计算逆变器对应的失效风险概率值，并将失效风险概率值输出至所述电流决策单元(2)。2.根据权利要求1所述的双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统，其特征在于，所述转速控制比例
‑
积分单元(1)的输入为电机实际转速N与给定转速N
_ref
的差值。3.根据权利要求1所述的双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统，其特征在于，一套所述逆变器(8)对应的电流控制比例
‑
积分单元(3)的输入为电流决策单元(2)分配的电机q轴电流的参考给定值Iq_ref1和一套绕组中d轴电流给定值Id_ref1；输出为该绕组d轴和q轴的电压U
q1
、U
d1
；另一套所述逆变器(8)对应的电流控制比例
‑
积分单元(3)的输入为电流决策单元(2)分配的电机q轴电流的参考给定值d_ref2和另一套绕组中d轴电流给定值Id_ref2；输出该绕组d轴和q轴的电压U
q2
、U
d2
；所述坐标变换单元(4)接收两套绕组q轴和d轴电压U
q1
、U
d1
和U
q2
、U
d2
，由同步旋转坐标系下的电压值，变为电机定子侧α
‑
β坐标系下电压值U
α
和U
β
。4.根据权利要求1所述的双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统，其特征在于，所述失效概率计算单元(5)计算失效风险概率值包括：计算逆变器寿命预测值：根据逆变器(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫浩，杨嘉诚，曾凡桂，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：