[发明专利]一种永磁同步电机的温度异常在线监测与容错方法

说明书

本发明公开了一种永磁同步电机的温度异常在线监测与容错方法，属于电机控制的技术领域。本发明通过向电机直轴注入高频电压，提取直轴高频响应电流来实时计算电机的直轴高频电阻和高频电感。根据直轴高频电阻‑绕组温度关系表确定电机的绕组温度，根据直轴高频电感‑永磁体温度关系表确定电机的永磁体温度。如果监测到定子绕组温度异常，需要限制电机定子电流幅值，防止定子绕组温度进一步升高并导致电机损毁，如果监测到定子绕组温度在正常范围内而转子永磁体温度异常，需要限制电机的直轴去磁电流，避免永磁体的不可逆退磁。本发明可防止电机过温导致绕组绝缘失效或永磁体不可逆退磁，有效提高电机系统的运行寿命。

技术领域

本发明用于解决永磁同步电机的温度异常在线监测与容错运行的问题，属于电机测量、控制的技术领域。通过电机绕组温度和永磁体温度的在线监测，并根据温度异常状态进行容错控制，可防止电机过度温升导致的绝缘失效以及永磁体不可逆退磁，有效提高电机驱动系统的运行寿命。

背景技术

近年来，永磁同步电机因其功率密度高、效率高和瞬时功率大等优点，在工业机器人、电动汽车、航空航天等领域得到了广泛的应用。然而，由于永磁同步电机的负载工况复杂多变、运行环境和散热条件恶劣等原因，电机可能会出现温升过高的问题，并进一步对电机的寿命、运行性能和可靠性带来严重的隐患。

永磁同步电机的温度监测方法主要分为直接测量和间接估计两类。直接测量法通常需要在电机内部预先埋入温度传感器，改变了电机原本的机械、电磁结构特性，对电机的运行状态会带来一定的影响。而电机内部的环境条件十分恶劣，传感器极易发生故障且维修更换的成本较高。此外，电机转子部位难以直接采用传感器直接测量温度。因此，这类方法常用于实验室研究，在实际工业应用中会带来较大的成本压力。间接估计法则是利用电机特定参数与温度的数量关系来进行电机温度的在线监测。目前学者已提出了一些基于电机绕组电阻和磁链观测的温度估算方法。然而，这类方法多基于扩展卡尔曼滤波、最小二乘辨识、模型参考自适应等复杂算法，会带来较大的运算负担。此外，对电机温度异常的容错方法研究也鲜见报道。

发明内容

本发明的发明目的是提供了一种永磁同步电机的温度异常在线监测与容错方法。该方法引入高频信号注入法对电机直轴高频电阻和电感进行计算，基于直轴高频电阻-绕组温度与直轴高频电感-永磁温度的关系实现电机定子绕组和转子永磁体的温度异常在线监测，监测结果更为准确、可靠。随后，本发明针对电机定子绕组温度异常和永磁体温度异常给出了容错方法。该方法对于提高电机驱动系统的运行可靠性和寿命具有很重要的现实意义。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种永磁同步电机的温度异常在线监测与容错方法，包括三个步骤：

第一步，通过变频器向电机注入高频电压信号，提取直轴高频响应电流，实时计算电机的直轴高频电阻和直轴高频电感。

第二步，根据直轴高频电阻-绕组温度关系表确定电机绕组温度，根据直轴高频电感-永磁体温度关系表确定电机永磁体温度。

第三步，根据温度异常监测的结果确定是否需要进入容错运行。如果监测到电机绕组温度异常，需要限制电机定子电流幅值，防止定子绕组温度进一步升高并导致电机损毁，如果监测到定子绕组温度正常而转子永磁体温度异常，需要对电机的直轴去磁电流进行限幅，避免永磁体的不可逆退磁。

作为优选，所述第一步中，其中注入高频电压信号的频率通常取电机额定基波频率的10倍左右，幅值通常为变频器直流环节电压的10％以内。

作为优选，所述第二步中，其中，电机运行中直轴高频电阻与绕组温度存在关系式

R_dh(t_w)＝R_dh0(1+α(t_w-20℃))  (1)，