[发明专利]基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线检测的方法

说明书

本发明属于计算机系统技术领域，公开了一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线检测的方法，建立高性能PMSM定子温度在线计算方法，并在在线计算方法内加入最优信号注入策略；在现有的信号注入法的基础上加入矢量控制，形成新的信号注入法；在新的信号注入法中进行直流分量的提取；计算定子电阻和估计温度；得出实时温度观测的数据。本发明通过在线估计永磁同步电机定子绕组温度，不仅能够监测电机健康状况，防止过温发生，还可用于主动热管理等电机优化控制中，有利于提高电驱动系统性能。

技术领域

本发明属于计算机系统技术领域，尤其涉及一种基于信号注入的PMSM定子绕组温度在线检测的方法。

背景技术

随着全球能源危机和环境污染问题的日益突出，新能源汽车已成为国际汽车业的未来发展方向，其加速发展的号角已经吹响。近年来随着动力电池技术、电驱动技术的不断进步，电动汽车已成为未来新能源汽车的制高点与增长点，是各主要国家和汽车制造商的共同战略选择。可以坚信，在奔向绿色未来的里程中，电动汽车势必获得更广阔的发展前景。

电驱动系统是电动汽车的心脏，其水平高低直接影响电动汽车的整车性能。而驱动电机作为电驱动系统的核心部件和重要的动力输出源，是电动汽车的重要组成部分。一方面，电动汽车所需求的电机输出和回收功率不断提高，以满足不同工况不同车型的需求；另一方面，受到电动汽车内部空间和成本的限制，这就需要驱动电机向高性能和小尺寸方向发展。其中，永磁同步电机(PMSM)具有体积小、重量轻、效率高、调速范围宽、功率密度高以及动态响应快等众多优势，特别适用于电动汽车及其驱动系统，成为当前分析与应用的热点。然而，电动汽车运行工况复杂，在有限的散热条件下电机温度波动较大，而过高的温度将会导致定子绕组绝缘失效，降低电机运行寿命，对电动汽车的运行产生较大危害。根据IEEE工业应用社会(IEEE Industries Applications Society)和电力分析所(ElectricPower Research Institute)的调查表明，35％～40％的永磁电机都是由于定子绕组绝缘高温破坏、铁心破损和永磁体热稳定性消减导致电机寿命减少甚至终止，而导致这些问题产生的重要因素就是电机的温升过高。过高的温升对电机运行的安全性和使用寿命都存在着一定隐患，过去通常做法是对驱动系统中电机做降额使用，如在转矩/电流比值最大时留有足够的安全裕量。这样虽可避免温度引起的损伤，有益于延长寿命，却会在一定程度上限制电机乃至系统性能。为了有效避免这类问题，可实时观测电机定子绕组温度，不仅能够监测和预测电机健康状况，防止电机过温发生，提高电机利用率，还可集成于电机主动热优化控制中，是提高车辆经济性和动力性、保证关键部件安全运行和车辆行驶安全的重要途径，因而具有广阔的应用前景。

电机热过载作为定子绝缘失效的根源之一，在过去几十年中引起广泛关注。目前，不同类型的热过载监测和保护方法得到了发展，为电机运行提供热保护。国内外学者对电机热状态在线观测方法进行了深入分析，提出了一系列温度观测方法，主要分为温度测量和温度估计两种。其中，传统电机温度观测方法是通过在电机内部镶嵌温度传感器来实现，但该方法需要安装多个温度传感器，接线复杂，成本较高，并且存在由于较大的热时间常数使得无法反映电气频率尺度下的实时温度问题。相较之下，温度估计法无需安装温度传感器，为解决上述问题开辟了新的道路。近年来国内外学者从系统热模型和定子电阻参数辨识两个方面入手，对永磁同步电机定子绕组温度估计方法展开分析，取得一系列成果。