永磁同步电机电感参数测量方法
【专利摘要】本发明涉及一种永磁同步电机电感参数测量方法，属于电机驱动控制【技术领域】，目的是解决d轴机械定位不准、积分算法导致的测量偏差累积以及死区和导通压降导致的电感参数测量不准等问题。本方法在预定的温度下，对永磁同步电机实施三相开路操作，利用拖动单元将电机带动到预定转速，测量反电势、永磁体磁链和定子电阻，然后实施三相短路操作，利用直交轴电压为零的物理特征，根据直交轴电压方程和转矩公式计算直交轴电感，再实施三相开路操作并测量反电势，以测量前后反电势变化来判断转子温度是否在可接受的范围内。该方法可以消除逆变器死区和导通压降导致的电流波形畸变，无需d轴的机械定位，且所需机械装置少，易于实施。
【专利说明】永磁同步电机电感参数测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电机驱动控制【技术领域】，涉及一种永磁同步电机电感参数测量方法。
【背景技术】
[0002] 典型的电机驱动控制系统由逆变器、电机控制和电动机三部分组成。逆变器通过 保险丝和继电器与动力电池或与其他类型电源相连，通过脉宽调制技术（PWM)将直流电转 换为交流电用于驱动负载。在逆变器设备和电动机之间设有电流传感器用于检测三相电 流。在电动机上装有检测电机位置的传感器。电机控制算法部分根据系统的要求不同可以 选择开环或者闭环控制，由于基于磁场定向的闭环矢量控制精度高，响应快，鲁棒性好，因 此得到了广泛应用。永磁同步电机的矢量控制通过坐标变换后即可获得直交轴电流，从而 达到类似直流电机的磁链和转矩解耦的控制效果。永磁同步电机由于效率高，功率密度大， 恒功率区宽，而且内嵌式永磁同步电机由于磁阻效应产生的磁阻转矩可以大大提高电机的 转矩密度，因此得到了越来越多的应用。车用永磁同步电机以转矩控制模式为主，要实现 精确的转矩控制，必须做好基速区和弱磁区的电流轨迹规划，因此必须准确测量直交轴电 感参数。实际上永磁同步电机的直交轴电感参数是随电流变化而变化，如果将其作为常数 对待，必将影响电机的控制精度和稳定度。另外，矢量控制需要进行电压解耦控制，直交轴 电感是重要的输入参数，如果这两个参数不准，会直接影响前馈解耦的准确度和PI调节效 果，进而影响电机控制的精度及稳定度。基于上述考虑，必须对永磁同步电机电感参数进行 测量以确定其变化规律，以便实现更精准的电机控制。
[0003] 专利文献"一种永磁电机电感参数测量装置及方法"（申请号：200810027647. 8) 提出先将定子的任意两相短接，使转子磁极固定在磁极d轴与定子未被短接相的夹角为0 度或90度的位置，然后向定子未被短接相与其余任意一相所组成的串联电路施加电压脉 冲信号，记录总电流i、电压u信息和采样时间t信息，经过计算即可得到直交轴电感。该方 法对于极对数较多的电机来说，用机械方式对转子磁极定位的精度降低，另外，该方法无法 测量直交轴电流交叉耦合导致的电感饱和非线性情况。
[0004] 专利文献"表面式交流永磁同步电机的定子电感参数在线测量方法"（申请号：200910034483. 6)通过令电机定子A相与d轴重合，然后施加三相电压，使得转子q轴上的 输出电流信号为〇, d轴上输出正负交变的电流信号，经在线积分计算出d轴的磁链，再由d 轴的磁链对d轴电流进行在线微分，得到定子电感参数。但若d轴机械定位不准会导致电 感参数测量有偏差，其次，电流积分容易产生较大的直流偏置，会导致d轴磁链产生偏移， 此外，该方法未考虑测量过程中转子温升导致的磁链下降对电感参数测量的影响。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是永磁同步电机电感参数测量过程中对电机d轴机械 定位不准以及由于积分算法导致的测量偏差累积等问题；另外，用于解决参数测量过程中 由于逆变器死区和导通压降导致的电流波形畸变引起的电感参数测量不准确等问题。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的永磁同步电机电感参数测量方法包括拖动单 元、轴连接装置、转速转矩测量单元、永磁同步电机、电机位置传感器、定子温度传感器、相 电流传感器、三相线束、反电势检测单元、永磁体磁链检测单元、CLARK和PARK变换单元、定 子相电阻检测单元和直交轴电感计算单元组成。下述对各个部分进行描述，拖动单元用于 拖动永磁同步电机运转到设定转速；轴连接装置用于连接拖动单元与永磁同步电机的机 械接口；转速转矩测量单元用于测量在拖动单元与永磁同步电机之间机械连接轴上传递的 转速和转矩；永磁同步电机为被测对象，即为永磁体代替励磁绕组进行励磁的电机，通过机 械接口与轴连接装置相连；电机位置传感器用于检测电机转子的绝对位置；定子温度传感 器用于检测电机定子温度；相电流传感器用于检测电机三相电流中的任意两相；三相线束 是电机三相绕组的输出端，用于与外部设备相连，实现三相短路或者开路；反电势检测单元 用于检测电机任意两相的线反电势；永磁体磁链检测单元用于根据电机反电势和转速计算 永磁体磁链数值；CLARK和PARK变换单元用于将电机静止三相坐标系电流转换为两相旋转 坐标系的直交轴电流；定子相电阻检测单元用于接收定子温度传感器信号，并将其转换成 定子相电阻值；直交轴电感计算单元根据电机电感计算公式计算直交轴电感，并对试验前 后线反电势之差进行校核，确定电感参数测量数据的有效性。
[0007] 本发明的永磁同步电机电感参数测量过程如下：
[0008] 第一步：在预定的温度下，对所有相线执行开路操作；
[0009] 第二步：由拖动单元带动永磁同步电机运转到设定转速A，无负载，测量电机任意 两相的线反电势Vint，输入到直交轴电感计算单元和永磁体磁链检测单元；
[0010] 第三步：由永磁体磁链检测单元根据线反电势Vint和设定转速A计算永磁体磁链 数值并输入到直交轴电感计算单元；
[0011] 第四步：由拖动单元带动永磁同步电机转速降为零，对所有相线执行同时短路操 作；
[0012] 第五步：由拖动单元带动永磁同步电机运转到设定转速W ;
[0013] 第六步：测量永磁同步电机任意两相电流和位置信号，输入到CLARK和PARK变换 单元中，输出为永磁同步电机直交轴电流id和;
[0014] 第七步：由定子相电阻检测单元接收定子温度传感器信号并将其转换成定子相电 阻值，输入到直交轴电感计算单元；
[0015] 第八步：由转速转矩测量单元测量转速《和转矩Te，并输入到直交轴电感参数计 算单元；
[0016] 第九步：根据公式（1)、公式（2)和公式（3)中的任意两个，进行直交轴电感参数 计算；
【权利要求】
1. 一种永磁同步电机电感参数测量方法，其特征在于包括拖动单元、轴连接装置、转 速转矩测量单元、永磁同步电机、电机位置传感器、定子温度传感器、相电流传感器、三相线 束、反电势检测单元、永磁体磁链检测单元、CLARK和PARK变换单元、定子相电阻检测单元 和直交轴电感计算单元组成； 所述永磁同步电机电感参数测量方法包括如下步骤： 第一步：在预定的温度下，对所有相线执行开路操作； 第二步：由拖动单元带动永磁同步电机运转到设定转速A，无负载，测量电机任意两相 的线反电势Vint，输入到直交轴电感计算单元和永磁体磁链检测单元； 第三步：由永磁体磁链检测单元根据线反电势Vint和设定转速A计算永磁体磁链数值 并输入到直交轴电感计算单元； 第四步：由拖动单元带动永磁同步电机转速降为零，对所有相线执行同时短路操作； 第五步：由拖动单元带动永磁同步电机运转到设定转速《 ; 第六步：测量永磁同步电机任意两相电流和位置信号，输入到CLARK和PARK变换单元 中，输出为永磁同步电机直交轴电流id和; 第七步：由定子相电阻检测单元接收定子温度传感器信号并将其转换成定子相电阻 值，输入到直交轴电感计算单元； 第八步：由转速转矩测量单元测量转速《和转矩I；，并输入到直交轴电感参数计算单 元； 第九步：根据公式（1)、公式（2)和公式（3)中的任意两个，进行直交轴电感参数计算
其中，Ld、Ltl为d_q轴电感，R为电机定子相电阻，id、iq为d_q轴电流，（0为转子机械 转速，P为电机转子极对数，^为永磁体磁链，Te为电机输出转矩； 第十步：对所有相线执行开路操作； 第i^一步：由拖动单元带动永磁同步电机运转到设定转速A，无负载，测量电机任意两 相的线反电势Vmid，输入到直交轴电感计算单元； 第十二步：判断试验前后反电势之差AV，即AV= Ivint-VmidI,是否在预定的范围C内； 如是，则电感参数测量有效，转至第十三步；如否，降到预定温度后，返回第五步； 第十三步：判断设定转速《是否小于电机最高转速如是，则以一定步长增 加设定转速值，即《 = ? +A ?，返回第五步；如否，则已完成全转速范围的电感参数测量， 退出程序。
2. 根据权利要求1所述的永磁同步电机电感参数测量方法，其特征在于所述的第一步 和第十步中对所有相线执行开路操作，可以通过逆变器上、下桥臂同时断开实现，也可以通 过人工操作使电机三相线束断开实现。
3. 根据权利要求1所述的永磁同步电机电感参数测量方法，其特征在于所述的第四步 中对所有相线执行同时短路操作，既可以通过逆变器三相下桥臂同时短路或者上桥臂同时 短路实现，也可以通过人工操作使电机三相线束可靠短接实现。
4. 根据权利要求1所述的永磁同步电机电感参数测量方法，其特征在于所述的第十二 步中，判断试验前后反电势之差AV是否在预定的范围C内，"预定的范围C"根据转子所 使用的永磁材料在预定的温升情况下导致永磁同步电机的线反电势电压变化之差确定。
5. 根据权利要求1所述的永磁同步电机电感参数测量方法，其特征在于所述的第五步 中，设定转速《应满足永磁同步电机最高转速《max可以被《整除的条件。
6. 根据权利要求1所述的永磁同步电机电感参数测量方法，其特征在于所述的第十三 步中，一定步长A w应满足电机最_转速wmax可以被A w整除的条件。
【文档编号】G01R27/26GK104360171SQ201410652082
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月17日 优先权日:2014年11月17日
【发明者】曹艳玲, 曹萍, 刘国松 申请人:长春工程学院