一种永磁同步电机的转子温度监测方法及系统的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种永磁同步电机的转子温度监测方法及系统，该方法及系统首先获取永磁同步电机定子的a相的线电流和b相的线电流，分别作为第一线电流和第二线电流，同时还获取定子的a相和b相之间的线电压，然后将第一线电流、第二线电流、线电压、永磁体同步电机的电感参数、转子的永磁体的温度特性方程代入预设的转子永磁体温度表达式，计算得到转子温度。本转子温度监测方法及系统无需通过在转子中预埋温度传感器对转子永磁体的温度进行监测，能够避免通过配置温度传感器对转子永磁温度进行监测带来的系统的可靠性低的问题。
【专利说明】一种永磁同步电机的转子温度监测方法及系统
【技术领域】
[0001] 本申请涉及电机【技术领域】，更具体地说，涉及一种永磁同步电机的转子温度监测 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 在现有的永磁同步电机中，必须配置温度传感器对电机的温度进行监测。不同永 磁材料会表现出不同的温度特性，但总的来说永磁体的磁场强度会随温度的升高而线性减 弱，温度降低后又线性增强。温度在一定范围内这种线性变化总是存在的，但是当温度高到 超过一个临界温度（又称居里温度）永磁体的磁场强度将急剧降低甚至失去磁性，且这个 过程是不可逆的，即温度回落到居里温度以下时永磁体磁场强度也不会再恢复，永磁体已 经遭受不可逆的损坏，这也是为什么要实时监控永磁电机转子的永磁体的温度从而进行保 护的原因。温度监测的目的在于，一是通过监视电机温度，防止电机温度过高而导致永磁体 失磁；二是通过监视电机温度而推导永磁体磁链的变化，从而补偿永磁体磁链参数来矫正 永磁电机的力矩输出。
[0003] 但是现有的永磁同步电机中温度传感器的安装会带来一些问题，主要是专门的温 度传感器使用不仅增加了系统成本，而且增加了系统故障点，降低了系统的可靠性。
[0004] 另外，温度传感器只能安装在永磁电机的定子铁芯上，而转子与定子铁芯之间会 有热传导的延时，因此对永磁体的保护及磁链参数补偿就做不到及时与准确。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本申请提供一种永磁同步电机的转子温度监测方法，用于对永磁同步 电机的转子温度进行监测，以避免配置温度传感器对电机转子的温度进行监测带来的系统 可靠性低的问题。
[0006] 为了实现上述目的，现提出的方案如下：
[0007] -种永磁同步电机的转子温度监测方法，包括如下步骤：
[0008] 获取所述永磁同步电机的定子的a相线电流，作为第一线电流；
[0009] 获取所述定子的b相的线电流，作为所述第二线电流；
[0010] 获取所述定子的a相与b相之间的线电压；
[0011] 获取所述永磁同步电机的转子的转速；
[0012] 将所述第一线电流、所述第二线电流、所述线电压、所述转速、所述永磁同步电机 的电感参数和所述转子的永磁体的温度特性方程代入预设的转子温度表达式，计算得到所 述转子温度。
[0013] 优选的，所述温度特性方程通过如下步骤获得：
[0014] 在所述永磁同步电机完全冷态下，测量并记录当前的环境温度，并将所述环境温 度作为第一转子温度；
[0015] 将所述永磁同步电机开路拖动至其额定转速，测量所述永磁同步电机的线电压， 将所述端电压作为第一线电压；
[0016] 将所述永磁同步电机运行至其额定功率，待所述永磁同步电机的温度进入稳定 后，测量所述永磁同步电机的定子的温度，并作为第二转子温度；
[0017] 在上一步骤基础上使所述永磁同步电机空载，并将其转速稳定在所述额定转速， 测量所述永磁同步电机的线电压，并作为第二线电压；
[0018] 根据所述第一转子温度、所述第一线电压、所述第二转子温度、所述第二线电压和 所述额定转速推导出所述温度特性方程。
[0019] 优选的，所述将所述永磁同步电机运行至其额定功率，待所述永磁同步电机的温 度进入稳定后，测量所述永磁同步电机的定子的温度，并作为第二转子温度，包括 ：
[0020] 将所述永磁同步电机运行至所述额定功率，待所述永磁同步电机的温度进入稳定 后，通过预埋在所述永磁同步电机的定子铁芯中的温度传感器测量所述定子的温度，并作 为所述第二转子温度。
[0021] 优选的，所述根据所述第一转子温度、所述第一线电压、所述第二转子温度、所述 第二线电压和所述额定转速推导出所述转子温度表达式，包括：
[0022] 根据所述第一转子温度、所述第一线电压、所述第二转子温度、所述第二线电压和 所述额定转速计算出所述永磁同步电机的永磁体的磁链表达式；
[0023] 根据所述磁链表达式计算出摄氏零度时的永磁体磁链；
[0024] 根据所述磁链表达式和所述永磁体磁链计算得到所述转子温度表达式。
[0025] 优选的，所述根据所述磁链表达式和所述永磁体磁链计算得到所述转子温度表达 式，包括：
[0026] 将线电压表达式变换到静止两相α β坐标系下的静止两相电压表达式；
[0027] 定义扩展反电动势表达式；
[0028] 将所述扩展反电动势表达式代入所述静止两相电压表达式，经变换得到转子永磁 体磁链表达式；
[0029] 将所述永磁体磁链代入所述永磁体磁链表达式得到所述转子温度表达式。
[0030] 一种永磁同步电机的转子温度监测系统，包括：
[0031] 第一获取模块，用于获取所述永磁同步电机的定子的a相线电流，作为第一线电 流；
[0032] 第二获取模块，用于获取所述定子的b相的线电流，作为所述第二线电流；
[0033] 第三获取模块，获取所述定子的a相与b相之间的线电压；
[0034] 第四获取模块，用于获取所述永磁同步电机的转子的转速；
[0035] 计算推导模块，用于将所述第一线电流、所述第二线电流、所述线电压、所述转速、 所述永磁同步电机的电感参数和所述转子的永磁体的温度特性方程代入预设的转子温度 表达式，计算得到所述转子温度。
[0036] 优选的，所述计算推导模块包括：
[0037] 第一检测单元，用于在所述永磁同步电机完全冷态下，测量并记录当前的环境温 度，并将所述环境温度作为第一转子温度；
[0038] 第二检测单元，用于将所述永磁同步电机开路拖动至其额定转速，测量所述永磁 同步电机的线电压，将所述端电压作为第一线电压；
[0039] 所述第一检测单元还用于将所述永磁同步电机运行至其额定功率，待所述永磁同 步电机的温度进入稳定后，测量所述永磁同步电机的定子的温度，并作为第二转子温度；
[0040] 所述第二检测单元还用于在将所述永磁同步电机运行至所述额定功率后使所述 永磁同步电机空载，并将其转速稳定在所述额定转速，测量所述永磁同步电机的线电压，并 作为第二线电压；
[0041] 逻辑运算单元，用于根据所述第一转子温度、所述第一线电压、所述第二转子温 度、所述第二线电压和所述额定转速计算出所述温度特性方程。
[0042] 优选的，还包括：
[0043] 温度传感器，设置在所述永磁同步电机的定子铁芯内，用于当所述永磁同步电机 运行至所述额定功率，待所述永磁同步电机的温度进入稳定后，测量所述第二转子温度。
[0044] 优选的，所述逻辑运算单元包括：
[0045] 第一计算子单元，用于根据所述第一转子温度、所述第一线电压、所述第二转子温 度、所述第二线电压和所述额定转速计算出所述永磁同步电机的永磁体的磁链表达式；
[0046] 第二计算子单元，用于根据所述磁链表达式计算出摄氏零度时的永磁体磁链；
[0047] 第三计算子单元，用于根据所述磁链表达式和所述永磁体磁链计算得到所述转子 温度表达式。
[0048] 优选的，所述第三计算子单元包括：
[0049] 第一变换电路，用于将线电压表达式变换到静止两相α β坐标系下的静止两相 电压表达式；
[0050] 定义电路，用于定义扩展反电动势表达式；
[0051] 第二变换电路，用于将所述扩展反电动势表达式代入所述静止两相电压表达式， 经变换得到转子永磁体磁链表达式；
[0052] 第三变换电路，用于将所述永磁体磁链代入所述永磁体磁链表达式得到所述转子 温度表达式。
[0053] 从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种永磁同步电机的转子温度检测方 法及系统，该方法和系统首先获取永磁同步电机定子的a相的线电流和b相的线电流，分别 作为第一线电流和第二线电流，同时还获取定子的a相和b相之间的线电压，然后将第一线 电流、第二线电流、线电压、永磁体同步电机的电感参数、转子的永磁体的温度特性方程代 入预设的转子永磁体温度表达式，计算得到转子温度。由于本方法及系统无需通过在转子 中预埋温度传感器对转子永磁体的温度进行监测，能够避免通过配置温度传感器对转子的 温度进行监测带来的系统的可靠性低的问题。
[0054] 另外，由于本检测方法及系统不是通过直接对定子铁芯的温度进行测量，也就不 会因为定子铁芯与转子之间因为热传导而存在延时，从而能够及时获取转子的温度，并进 一步通过转子温度推导永磁体的磁链参数，从而能够对永磁体进行及时保护及磁链参数补 偿。
【专利附图】
【附图说明】
[0055] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0056] 图1为本申请实施例提供的一种永磁同步电机的转子温度监测方法的流程图；
[0057] 图2为本申请提供的永磁体的温度特性方程的推导过程的流程图；
[0058] 图3为本申请另一实施例提供的一种永磁同步电机的转子温度监测系统的结构 图。
【具体实施方式】
[0059] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，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作出创造性劳动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。
[0060] 实施例一
[0061] 图1为本申请实施例提供的一种永磁同步电机的转子温度监测方法的流程图。
[0062] 首先建立永磁同步电机稳态数学模型：
[0063] 电流坐标变换公式
【权利要求】
1. 一种永磁同步电机的转子温度监测方法，其特征在于，包括如下步骤： 获取所述永磁同步电机的定子的a相线电流，作为第一线电流； 获取所述定子的b相的线电流，作为所述第二线电流； 获取所述定子的a相与b相之间的线电压； 获取所述永磁同步电机的转子的转速； 将所述第一线电流、所述第二线电流、所述线电压、所述转速、所述永磁同步电机的电 感参数和所述转子的永磁体的温度特性方程代入预设的转子温度表达式，计算得到所述转 子温度。
2. 如权利要求1所述的转子温度监测方法，其特征在于，所述温度特性方程通过如下 步骤获得： 在所述永磁同步电机完全冷态下，测量并记录当前的环境温度，并将所述环境温度作 为第一转子温度； 将所述永磁同步电机开路拖动至其额定转速，测量所述永磁同步电机的线电压，将所 述端电压作为第一线电压； 将所述永磁同步电机运行至其额定功率，待所述永磁同步电机的温度进入稳定后，测 量所述永磁同步电机的定子的温度，并作为第二转子温度； 在上一步骤基础上使所述永磁同步电机空载，并将其转速稳定在所述额定转速，测量 所述永磁同步电机的线电压，并作为第二线电压； 根据所述第一转子温度、所述第一线电压、所述第二转子温度、所述第二线电压和所述 额定转速推导出所述温度特性方程。
3. 如权利要求2所述的转子温度监测方法，其特征在于，所述将所述永磁同步电机运 行至其额定功率，待所述永磁同步电机的温度进入稳定后，测量所述永磁同步电机的定子 的温度，并作为第二转子温度，包括： 将所述永磁同步电机运行至所述额定功率，待所述永磁同步电机的温度进入稳定后， 通过预埋在所述永磁同步电机的定子铁芯中的温度传感器测量所述定子的温度，并作为所 述第二转子温度。
4. 如权利要求2所述的转子温度监测方法，其特征在于，所述根据所述第一转子温度、 所述第一线电压、所述第二转子温度、所述第二线电压和所述额定转速推导出所述转子温 度表达式，包括： 根据所述第一转子温度、所述第一线电压、所述第二转子温度、所述第二线电压和所述 额定转速计算出所述永磁同步电机的永磁体的磁链表达式； 根据所述磁链表达式计算出摄氏零度时的永磁体磁链； 根据所述磁链表达式和所述永磁体磁链计算得到所述转子温度表达式。
5. 如权利要求4所述的转子温度监测方法，其特征在于，所述根据所述磁链表达式和 所述永磁体磁链计算得到所述转子温度表达式，包括 ： 将线电压表达式变换到静止两相α β坐标系下的静止两相电压表达式； 定义扩展反电动势表达式； 将所述扩展反电动势表达式代入所述静止两相电压表达式，经变换得到转子永磁体磁 链表达式； 将所述永磁体磁链代入所述永磁体磁链表达式得到所述转子温度表达式。
6. -种永磁同步电机的转子温度监测系统，其特征在于，包括： 第一获取模块，用于获取所述永磁同步电机的定子的a相线电流，作为第一线电流； 第二获取模块，用于获取所述定子的b相的线电流，作为所述第二线电流； 第三获取模块，获取所述定子的a相与b相之间的线电压； 第四获取模块，用于获取所述永磁同步电机的转子的转速； 计算推导模块，用于将所述第一线电流、所述第二线电流、所述线电压、所述转速、所述 永磁同步电机的电感参数和所述转子的永磁体的温度特性方程代入预设的转子温度表达 式，计算得到所述转子温度。
7. 如权利要求6所述的转子温度监测方法，其特征在于，所述计算推导模块包括： 第一检测单元，用于在所述永磁同步电机完全冷态下，测量并记录当前的环境温度，并 将所述环境温度作为第一转子温度； 第二检测单元，用于将所述永磁同步电机开路拖动至其额定转速，测量所述永磁同步 电机的线电压，将所述端电压作为第一线电压； 所述第一检测单元还用于将所述永磁同步电机运行至其额定功率，待所述永磁同步电 机的温度进入稳定后，测量所述永磁同步电机的定子的温度，并作为第二转子温度； 所述第二检测单元还用于在将所述永磁同步电机运行至所述额定功率后使所述永磁 同步电机空载，并将其转速稳定在所述额定转速，测量所述永磁同步电机的线电压，并作为 第二线电压； 逻辑运算单元，用于根据所述第一转子温度、所述第一线电压、所述第二转子温度、所 述第二线电压和所述额定转速计算出所述温度特性方程。
8. 如权利要求7所述的转子温度监测系统，其特征在于，还包括： 温度传感器，设置在所述永磁同步电机的定子铁芯内，用于当所述永磁同步电机运行 至所述额定功率，待所述永磁同步电机的温度进入稳定后，测量所述第二转子温度。
9. 如权利要求7所述的转子温度监测系统，其特征在于，所述逻辑运算单元包括： 第一计算子单元，用于根据所述第一转子温度、所述第一线电压、所述第二转子温度、 所述第二线电压和所述额定转速计算出所述永磁同步电机的永磁体的磁链表达式； 第二计算子单元，用于根据所述磁链表达式计算出摄氏零度时的永磁体磁链； 第三计算子单元，用于根据所述磁链表达式和所述永磁体磁链计算得到所述转子温度 表达式。
10. 如权利要求9所述的转子温度监测系统，其特征在于，所述第三计算子单元包括： 第一变换电路，用于将线电压表达式变换到静止两相α β坐标系下的静止两相电压 表达式； 定义电路，用于定义扩展反电动势表达式； 第二变换电路，用于将所述扩展反电动势表达式代入所述静止两相电压表达式，经变 换得到转子永磁体磁链表达式； 第三变换电路，用于将所述永磁体磁链代入所述永磁体磁链表达式得到所述转子温度 表达式。
【文档编号】H02P21/14GK104158463SQ201410452142
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】冯江华, 尚敬, 许峻峰, 文宇良, 刘雄, 张朝阳, 肖磊, 何亚屏, 南永辉, 郑汉锋 申请人:南车株洲电力机车研究所有限公司