[發(fā)明專利]一種高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度的實(shí)時監(jiān)測方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210316914.3
• 申請日: 2022-03-29
• 公開（公告）號: CN114679114A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉凱歌;鄧智泉;許欣;龐古才
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H02P29/66
• 分類號: H02P29/66;H02P21/14;H02P25/022;G01K7/36
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發(fā)明公開了一種高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度的實(shí)時監(jiān)測方法，包括包括以下步驟：(1)在高速永磁電機(jī)冷卻至室溫的狀態(tài)下，測量并記錄此時的環(huán)境溫度，記為t₁；獲取環(huán)境溫度為t₁時永磁體剩余磁通密度B_r(t₁)；(2)獲取高速永磁電機(jī)定子的三相的相電流值并將其轉(zhuǎn)化為兩相坐標(biāo)系下的直軸電流I_d、交軸電流I_q；獲取高速永磁電機(jī)負(fù)載氣隙電勢E_δ；計(jì)算出高速永磁電機(jī)空載反電動勢E₀；(3)根據(jù)高速永磁電機(jī)空載反電動勢E₀獲取空載主磁通φ_δ0；(4)利用空載主磁通φ_δ0計(jì)算實(shí)時溫度為t₂時永磁體剩余磁通密度B_r(t₂)；(5)根據(jù)實(shí)時溫度為t₂時永磁體剩余磁通密度B_r(t₂)，最終得到轉(zhuǎn)子的實(shí)時溫度t₂。本發(fā)明可以在運(yùn)行的過程中實(shí)時監(jiān)測高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高速電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度的實(shí)時監(jiān)測方法。

背景技術(shù)

高速永磁電機(jī)溫度監(jiān)測對象主要為定子繞組和轉(zhuǎn)子永磁體兩部分，也是電機(jī)核心部件溫度的監(jiān)測。在監(jiān)測高速永磁電機(jī)溫度時，比較容易監(jiān)測非旋轉(zhuǎn)部分的溫度，而與之對應(yīng)的轉(zhuǎn)子永磁體溫度監(jiān)測，是針對旋轉(zhuǎn)物體的溫度監(jiān)測，在技術(shù)上具有較大挑戰(zhàn)性。高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子的散熱條件比較差，過高的溫升會導(dǎo)致永磁體退磁甚至出現(xiàn)不可逆退磁等現(xiàn)象。因而高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度的實(shí)時監(jiān)測，對電機(jī)的安全運(yùn)行監(jiān)控是十分重要的。另外，轉(zhuǎn)子溫度的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)，對于電機(jī)設(shè)計(jì)優(yōu)化也是必不可少的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

現(xiàn)有技術(shù)中，轉(zhuǎn)子永磁體溫度監(jiān)測技術(shù)可以通過紅外熱成像儀(僅限于表貼式、內(nèi)嵌式永磁同步電機(jī))、紅外熱傳感器與滑環(huán)信號傳輸相結(jié)合來監(jiān)測永磁體的溫度。后者雖然較大地改變了電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)特性，且監(jiān)測成本昂貴；使用紅外熱成像儀監(jiān)測永磁體溫度對永磁同步電機(jī)的類型有嚴(yán)格要求，且必須在離線的條件下進(jìn)行監(jiān)測。現(xiàn)有技術(shù)中還采用參數(shù)估算法測量轉(zhuǎn)子溫度，是通過估算永磁同步電機(jī)定子繞組電阻和永磁體磁鏈等與溫度相關(guān)的參數(shù)，利用這些參數(shù)與溫度之間的近似線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)永磁同步電機(jī)溫度在線監(jiān)測的目的。這種方法是基于定子和轉(zhuǎn)子溫度相等的假設(shè)，與實(shí)際并不相符，不能準(zhǔn)確反映轉(zhuǎn)子溫度，且時間上存在較大延遲，不能滿足轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)測的要求。

反電勢法測量轉(zhuǎn)子溫度，是基于鋁鎳鈷、鐵氧體、釹鐵硼等永磁體隨著工作溫度的升高，在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)可逆退磁的現(xiàn)象，并且永磁體的溫度系數(shù)在一定范圍內(nèi)為定值。高速永磁電機(jī)的等效氣隙較大，為保證高速永磁電機(jī)能產(chǎn)生足夠的磁場強(qiáng)度，永磁體材料通常采用具有較高矯頑力的釹鐵硼或釤鈷。高速永磁電機(jī)主要利用釹鐵硼、釤鈷合金兩類永磁體材料，二者的溫度系數(shù)在電機(jī)正常運(yùn)行的溫度范圍內(nèi)為常值，不隨溫度的變化而變化，保證了轉(zhuǎn)子溫度的準(zhǔn)確性。釹鐵硼溫度系數(shù)為-0.13％/K～-0.09％/K，釤鈷合金溫度系數(shù)-0.01％/K～-0.03％/K。永磁體溫度升高,其剩余磁通密度減少,此時測量得到的永磁體反電勢也降低；永磁體剩余磁通密度的溫度系數(shù)在一定范圍內(nèi)不會隨著溫度的變化而變化，可以得到剩余磁通密度和溫度的關(guān)系；考慮到反電勢和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相關(guān),此方法對反電勢積分得到線圈的磁通,推導(dǎo)線圈磁通和永磁體剩余磁通密度的表達(dá)式可進(jìn)一步推導(dǎo)線圈磁通和永磁體溫度的計(jì)算公式。但是，實(shí)驗(yàn)時為了得到僅由永磁體作用的反電勢，需要給電機(jī)斷電，難以在運(yùn)行的過程中對轉(zhuǎn)子永磁體溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對以上缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度的實(shí)時監(jiān)測方法，可以在運(yùn)行的過程中獲取高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)時溫度，從而避免出現(xiàn)運(yùn)行過程中過高的溫升導(dǎo)致永磁體退磁甚至出現(xiàn)不可逆退磁等現(xiàn)象。

技術(shù)方案：為解決上述問題，本發(fā)明提供一種高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子溫度的實(shí)時監(jiān)測方法，包括以下步驟：