一种感应电机主动热控制方法技术

本发明专利技术公开了一种感应电机主动热控制方法。该方法步骤如下：首先，借助仿真平台建立感应电机双闭环矢量控制模型，并由计算得到双电流闭环的PI参数；然后通过热平衡原理建立感应电机温升数学模型；最后，在上述控制系统的基础上加入温度闭环控制，并通过试凑法获得合适的PI参数，最终得到感应电机主动热控制模型，利用PI控制器对感应电机温度进行控制。本发明专利技术能够保障感应电机在安全温度下运行，并且可以有效减少由温度引起的电机控制器故障发生率，同时提高电机带载能力，在电动汽车领域有着重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种感应电机主动热控制方法
本专利技术涉及电机控制
，特别是一种感应电机主动热控制方法。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，MOSFET、IGBT等功率器件在电机领域得到了广泛的运用。其封装尺寸逐渐减小，但功率等级和热流密度却逐步提高，易发生因高温引起的各种失效故障，从而影响电机控制器的使用寿命和可靠性。因此，有必要通过实时获知感应电机的工作温度，实现相应的主动热控制和过热保护，提高其运行可靠性。电动汽车的实际运行中，通常根据转矩电流的大小，来间接保障电机在安全温度范围内运行。当转矩电流达到保护值时，即采用过流保护措施使电机停止工作。实际上，电机控制器温度与转矩电流并不是简单的线性关系。例如，在电动汽车爬坡过程中，转矩电流会迅速升高以增加出力，此时温度往往不会超出安全值。但是，如果转矩电流超出过流保护值，则电机运行会被终止。这样，过流保护不仅没有在温度保护方面没有预期作用，而且会导致电动汽车爬坡失败。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够保障感应电机在安全温度下运行的感应电机主动热控制方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种感应电机主动热控制方法，包括以下步骤：步骤1，建立感应电机矢量控制仿真模型；步骤2，计算得到双电流闭环PI参数；步骤3，根据热平衡原理，建立感应电机的温升数学模型；步骤4，在双电流闭环外围加入温度闭环，利用PI控制器对感应电机温度进行控制。进一步地，步骤1所述的建立感应电机矢量控制仿真模型，具体如下：将M轴与转子磁链ψr方向重合，T轴定子电流产生转子转矩，M轴定子电流产生转子的励磁磁场，从而在定子上实现了转矩电流和励磁电流的解耦，交流异步电机等效为了一台直流电机，转子上的磁链如下式：其中，ψrM、ψrT分别为转子磁链在M轴、T轴上的分量，等效转子电压、等效定子电压均为0；isM、isT分别为两相同步旋转坐标轴中M轴、T轴上的等效定子电流，irM、irT分别为两相同步旋转坐标轴中M轴、T轴上的等效转子电流，Lm和Lr分别为电机的励磁电感和转子电感；将式(1)代入感应电机电压方程，得：其中，usM和usT为两相同步旋转坐标轴中M轴、T轴上的等效定子电压；Rs、Rr分别为定子绕组电阻、转子绕组电阻；Ls为定子电感；p为微分符号，代表d/dt；ωs、ωf分别为电机的同步角速度、转差角速度；将式(2)代入感应电机电磁转矩方程，得：其中，Te和np分别为电机的电磁转矩和极对数；另外，再由式(3)，得：其中，为转子绕组时间常数，ωf为转差角速度；式(4)的物理意义是：转子磁链ψr唯一由转子电流在M轴上的等效电流分量isM决定；式(5)的物理意义是：当转子磁链ψr恒定时，电机的转差角频率ωf唯一由定子转矩电流分量决定；所述矢量控制模型为电流双闭环控制，分别为转矩电流内环和励磁电流外环。进一步地，步骤2所述计算得到双电流闭环PI参数，双电流闭环分别为转矩电流内环和励磁电流外环，PI参数相同且由计算得到，具体公式为：KP＝(Rτc)/(2Tsf)＝L/(2Tsf)(6)Ki＝Kp/τc＝R/(2Tsf)(7)其中，Kp为电流闭环的比例系数，Ki为电流闭环的积分系数，R为感应电机的电枢回路电阻即定子漏感和定子电阻之和，Tsf为一节惯性环节的时间常数，L为感应电机的电枢回路电感，零点对消极点常数τc＝L/R。进一步地，步骤3所述的感应电机温升数学模型为：T＝k0+(k1Iq2-k2)t(8)其中，T为电机控制器温度，Iq为转矩电流，k0、k1、k2均为常数，t为电机运行时间。进一步地，步骤4所述在双电流闭环外围加入温度闭环，利用PI控制器对感应电机温度进行控制，具体如下：所述的温度闭环中，温度给定Temp*为控制系统所用功率器件的温度上限值；温度反馈为感应电机温升模型的输出值；PI控制器参数分别为：温度闭环的比例系数Kp1，温度闭环的积分系数Ki1，均由试凑法得到。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：(1)通过加入温度闭环来实现感应电机的主动热控制，可以将电机温度合理控制在一定范围内，进而减少功率器件等因温度过高引起的故障发生，提高电机的运行可靠性；(2)能够保障感应电机在安全温度下运行，在有效减少由温度引起的电机控制器故障发生的同时，提高电机带载能力，在电动汽车领域有着重要意义。附图说明图1为本专利技术感应电机主动热控制方法的原理框图。图2为转子磁场定向示意图。图3为转子磁链观测模型图。图4为电流闭环的传递函数示意图。图5为感应电机主动热控制的控制框图。具体实施方式以下结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本专利技术。应当理解，尽管结合其优选的具体实施方案描述了本专利技术，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本专利技术的范围。在电动汽车领域，通常设有过流保护，以避免因大电流造成功率器件过热而烧毁。实际上，电机温度和转矩电流并非简单的线性关系，比如在电动汽车爬坡时，转矩电流会迅速升高甚至达到过流保护值。但此时温度可能并未超出安全值，不会对功率器件造成显著影响，所以此时开启过流保护而停止电机运行显然是不合理的。本专利技术在矢量控制的基础上，通过实时反馈感应电机运行时的温度值，通过PI调节器完成对定子励磁电流幅值、转矩电流幅值等参数的在线自调节，使系统运行于全局效率最大的工作特性曲线。结合图1，本专利技术感应电机主动热控制方法，步骤如下：步骤1，建立感应电机矢量控制仿真模型，具体如下：所述的感应电机控制系统，是基于转子磁场定向的矢量控制系统，具体为：在MT坐标系中，M轴和T轴相互垂直，且以一定的同步角速度ωs旋转。理论上，定子磁通势Fs可以分解在空间中任意两个正交的M和T轴上，但为了使定子磁通势Fs在M轴上的分量专门用于产生转子的励磁磁场，可以将M轴与转子磁链ψr方向重合，如图2所示。这样一来，定子磁通势Fs在T轴上的分量将用于抵消转子磁通势Fr在T轴上的分量，而这个分量是对应产生转矩的。换言之，将M轴与转子磁链ψr方向重合，T轴定子电流产生转子转矩，M轴定子电流产生转子的励磁磁场，从而在定子上实现了转矩电流和励磁电流的解耦。又因为MT坐标轴是旋转的，其定子电流isM和isT都是直流，故在转子磁场定向后，交流异步电机等效为了一台直流电机，转子上的磁链如下式：其中，ψrM、ψrT分别为转子磁链在M轴、T轴上的分量，等效转子电压、等效定子电压均为0；isM、isT分别为两相同步旋转坐标轴中M轴、T轴上的等效定子电流，irM、irT分别为两相同步旋转坐标轴中M轴、T轴上的等效转子电流，Lm和Lr分别为电机的励磁电感和转子电感；将式(1)代入感应电机电压方程，得：其中，usM和usT为两相同步旋转坐标轴中M轴、T轴上的等效定子电压；Rs、Rr分别为定子绕组电阻、转子绕组电阻；Ls为定子电感；p为微分符号，代表d/dt；ωs、ωf分别为电机的同步角速度、转差角速度；将式(2)代入感应电机电磁转矩方程，得：其中，Te和np分别为电机的电磁转矩和极对数；另外，再由式(3)，得：其中，为转子绕组时间常数，ωf为转差角速度。式(4)的物理意义是：转子磁链ψr唯一由转子电流在M轴上的等效电流分量isM决定；式(5)的物理意义是：当转子磁链ψr恒定时，电机的转差角频率ωf唯一由定子转矩电流分量决定；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应电机主动热控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立感应电机矢量控制仿真模型；步骤2，计算得到双电流闭环PI参数；步骤3，根据热平衡原理，建立感应电机的温升数学模型；步骤4，在双电流闭环外围加入温度闭环，利用PI控制器对感应电机温度进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种感应电机主动热控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立感应电机矢量控制仿真模型；步骤2，计算得到双电流闭环PI参数；步骤3，根据热平衡原理，建立感应电机的温升数学模型；步骤4，在双电流闭环外围加入温度闭环，利用PI控制器对感应电机温度进行控制。2.根据权利要求1所述的感应电机主动热控制方法，其特征在于，步骤1所述的建立感应电机矢量控制仿真模型，具体如下：将M轴与转子磁链ψr方向重合，T轴定子电流产生转子转矩，M轴定子电流产生转子的励磁磁场，从而在定子上实现了转矩电流和励磁电流的解耦，交流异步电机等效为了一台直流电机，转子上的磁链如下式：其中，ψrM、ψrT分别为转子磁链在M轴、T轴上的分量，等效转子电压、等效定子电压均为0；isM、isT分别为两相同步旋转坐标轴中M轴、T轴上的等效定子电流，irM、irT分别为两相同步旋转坐标轴中M轴、T轴上的等效转子电流，Lm和Lr分别为电机的励磁电感和转子电感；将式(1)代入感应电机电压方程，得：其中，usM和usT为两相同步旋转坐标轴中M轴、T轴上的等效定子电压；Rs、Rr分别为定子绕组电阻、转子绕组电阻；Ls为定子电感；p为微分符号，代表d/dt；ωs、ωf分别为电机的同步角速度、转差角速度；将式(2)代入感应电机电磁转矩方程，得：

【专利技术属性】
技术研发人员：张旭东，于杏，应展烽，顾亚洲，张尚坤，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32