[發明專利]一種永磁同步電機的溫度異常在線監測與容錯方法

在審

• 申請號: 202310268830.1
• 申請日: 2023-03-20
• 公開（公告）號: CN116208064A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 符紅軍;馬寶祥;張建忠;徐政
• 申請（專利權）人: 江蘇遠方動力科技有限公司;東南大學
• 主分類號: H02P29/64
• 分類號: H02P29/64;H02P29/66;H02P25/022;H02P21/14;H02P27/08
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 徐激波

本發明公開了一種永磁同步電機的溫度異常在線監測與容錯方法，屬于電機控制的技術領域。本發明通過向電機直軸注入高頻電壓，提取直軸高頻響應電流來實時計算電機的直軸高頻電阻和高頻電感。根據直軸高頻電阻?繞組溫度關系表確定電機的繞組溫度，根據直軸高頻電感?永磁體溫度關系表確定電機的永磁體溫度。如果監測到定子繞組溫度異常，需要限制電機定子電流幅值，防止定子繞組溫度進一步升高并導致電機損毀，如果監測到定子繞組溫度在正常范圍內而轉子永磁體溫度異常，需要限制電機的直軸去磁電流，避免永磁體的不可逆退磁。本發明可防止電機過溫導致繞組絕緣失效或永磁體不可逆退磁，有效提高電機系統的運行壽命。

技術領域

本發明用于解決永磁同步電機的溫度異常在線監測與容錯運行的問題，屬于電機測量、控制的技術領域。通過電機繞組溫度和永磁體溫度的在線監測，并根據溫度異常狀態進行容錯控制，可防止電機過度溫升導致的絕緣失效以及永磁體不可逆退磁，有效提高電機驅動系統的運行壽命。

背景技術

近年來，永磁同步電機因其功率密度高、效率高和瞬時功率大等優點，在工業機器人、電動汽車、航空航天等領域得到了廣泛的應用。然而，由于永磁同步電機的負載工況復雜多變、運行環境和散熱條件惡劣等原因，電機可能會出現溫升過高的問題，并進一步對電機的壽命、運行性能和可靠性帶來嚴重的隱患。

永磁同步電機的溫度監測方法主要分為直接測量和間接估計兩類。直接測量法通常需要在電機內部預先埋入溫度傳感器，改變了電機原本的機械、電磁結構特性，對電機的運行狀態會帶來一定的影響。而電機內部的環境條件十分惡劣，傳感器極易發生故障且維修更換的成本較高。此外，電機轉子部位難以直接采用傳感器直接測量溫度。因此，這類方法常用于實驗室研究，在實際工業應用中會帶來較大的成本壓力。間接估計法則是利用電機特定參數與溫度的數量關系來進行電機溫度的在線監測。目前學者已提出了一些基于電機繞組電阻和磁鏈觀測的溫度估算方法。然而，這類方法多基于擴展卡爾曼濾波、最小二乘辨識、模型參考自適應等復雜算法，會帶來較大的運算負擔。此外，對電機溫度異常的容錯方法研究也鮮見報道。

發明內容

本發明的發明目的是提供了一種永磁同步電機的溫度異常在線監測與容錯方法。該方法引入高頻信號注入法對電機直軸高頻電阻和電感進行計算，基于直軸高頻電阻-繞組溫度與直軸高頻電感-永磁溫度的關系實現電機定子繞組和轉子永磁體的溫度異常在線監測，監測結果更為準確、可靠。隨后，本發明針對電機定子繞組溫度異常和永磁體溫度異常給出了容錯方法。該方法對于提高電機驅動系統的運行可靠性和壽命具有很重要的現實意義。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種永磁同步電機的溫度異常在線監測與容錯方法，包括三個步驟：

第一步，通過變頻器向電機注入高頻電壓信號，提取直軸高頻響應電流，實時計算電機的直軸高頻電阻和直軸高頻電感。

第二步，根據直軸高頻電阻-繞組溫度關系表確定電機繞組溫度，根據直軸高頻電感-永磁體溫度關系表確定電機永磁體溫度。

第三步，根據溫度異常監測的結果確定是否需要進入容錯運行。如果監測到電機繞組溫度異常，需要限制電機定子電流幅值，防止定子繞組溫度進一步升高并導致電機損毀，如果監測到定子繞組溫度正常而轉子永磁體溫度異常，需要對電機的直軸去磁電流進行限幅，避免永磁體的不可逆退磁。

作為優選，所述第一步中，其中注入高頻電壓信號的頻率通常取電機額定基波頻率的10倍左右，幅值通常為變頻器直流環節電壓的10％以內。

作為優選，所述第二步中，其中，電機運行中直軸高頻電阻與繞組溫度存在關系式

R_dh(t_w)＝R_dh0(1+α(t_w-20℃))??(1)，