[发明专利]一种双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统

说明书

本发明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‑积分单元和电流决策单元；两套逆变器均对应有电流控制比例‑积分环节、坐标变换单元、失效概率计算单元、空间矢量脉宽调制单元和温度采样单元。该系统不仅将逆变器实时温度信息作为变量，还将离线的逆变器寿命信息、逆变器系统失效概率作为控制变量引入到热管理控制算法中，使得控制系统不仅根据实时的逆变器温度信息调整两套绕组电流大小，还将失效风险等预测性信息引入到控制系统中，达到从根源上防范逆变器系统过热的目的，真正实现主动意义地热管理，而非被动地调整逆变器温度。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种双三相永磁同步电机逆变器主动热管理系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

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。

所述系统包括：

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；

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；

每套所述逆变器均对应有：

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；

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；