永磁同步电机的三相最大ASC电流轨迹的计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种永磁同步电机的三相最大ASC电流轨迹的计算方法及系统，计算方法包括以下步骤：将d轴电压U

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机的三相最大ASC电流轨迹的计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及电机控制领域，尤其涉及一种永磁同步电机的三相最大ASC电流轨迹的计算方法及系统。

技术介绍

[0002]主动短路(Active short circuit，简称ASC)，主要就是将电机的UVW三相短路(通过IGBT的开关，实现上三桥臂短路或下三桥臂短路)，是一种电机系统的安全保护机制。在一些严重故障情况，通过ASC三相短路的方式，保护或防止控制器电气系统产生进一步的损坏。
[0003]在永磁同步电机进入ASC时，会产生较大的瞬态电流，最大的瞬态电流有可能会损坏控制器的IGBT模块，因此若可根据电机参数估算出最大瞬态电流的具体大小，就可以判断出当前使用的IGBT模块是否扛得住最大的ASC瞬态电流。而在现有技术中，一般的标定方法无法得到最大的ASC瞬态电流。
[0004]因此，需要对永磁同步电机进入ASC后，三相最大ASC电流轨迹进行预测和计算，可对实际工况下的任意时刻的最大ASC电流进行获取。

技术实现思路

[0005]为了克服上述技术缺陷，本专利技术的目的在于提供一种永磁同步电机的三相最大ASC电流轨迹的计算方法及系统，可节省大量台架和人力等测试资源对永磁同步电机的三相最大ASC电流轨迹进行估算。
[0006]本专利技术公开了一种永磁同步电机的三相最大ASC电流轨迹的计算方法，包括以下步骤：
[0007]将永磁同步电机在转子定向d轴和q轴坐标系下的d轴电压U
d
和q轴电压U
q
求解为永磁同步电机进入ASC后，d轴和q轴坐标系下的d轴电流i
d
和q轴电流i
q
的微分方程，其中微分方程的变量为进入ASC时的瞬态d轴电流、瞬态q轴电流及永磁同步电机的转速；
[0008]建立永磁同步电机进入ASC后d轴电流i
d
和q轴电流i
q
变换为三相电流的电流轨迹表达式，其中将永磁同步电机在进入ASC时的转子角度视为电流轨迹表达式的变量；
[0009]对三相电流的电流轨迹表达式关于转子角度求导，以得到三相电流关于转子角度的极值点表达式；
[0010]基于d轴电流I
d
和q轴电流I
q
的微分方程、电流轨迹表达式、极值点表达式建立三相ASC电流轨迹表达式，并选取一转速、采样间隔和瞬态d轴电流、瞬态q轴电流，确定于第n采样间隔下三相电流处于峰值，及于峰值的三相电流所对应的d轴电流i
d
和q轴电流i
q
；
[0011]基于第n采样间隔所确定的采样时长、选取的转速计算永磁同步电机进入ASC后的初始相位，并基于初始相位、采样时长、选取的转速、瞬态d轴电流、瞬态q轴电流和微分方程确定当前工况下的三相最大ASC电流轨迹。
[0012]优选地，将永磁同步电机在转子定向d轴和q轴坐标系下的d轴电压U
d
和q轴电压U
q
求解为永磁同步电机进入ASC后，d轴和q轴坐标系下的d轴电流I
d
和q轴电流I
q
的微分方程的步骤包括：
[0013]建立永磁同步电机在转子定向d轴和q轴坐标系下的d轴电压U
d
和q轴电压U
q
的如下电压方程：
[0014][0015]其中L
d
为d轴上的定子电感，L
q
为q轴上的定子电感，Ψ
f
为永磁同步电机的转子磁链，R
s
永磁同步电机的定子电阻，ω为永磁同步电机的转速；
[0016]基于的d轴电压U
d
和q轴电压U
q
均为0，将电压方程转化为如下关于电流的微分方程：
[0017]其中其中
[0018]设定一如下辅助变量
[0019]使得微分方程可简化为如下齐次方程：
[0020][0021]将矩阵A转化为约当标准型：其中：
[0022][0023][0024]将J和T按照如下表达式近似表示：
[0025]使得辅助变量近似表示为
[0026]简化辅助变量的近似表示得到如下d轴电流i
d
和q轴电流i
q
的微分方程：
[0027]其中为进入ASC时的瞬态d轴电流，为进入ASC时的瞬态q轴电流。
[0028]优选地，建立永磁同步电机进入ASC后d轴电流i
d
和q轴电流i
q
变换为三相电流的电流轨迹表达式的步骤包括：
[0029]建立如下d轴电流i
d
和q轴电流i
q
经反Park变换和反Clarke变换后的三相电流的如下电流轨迹表达式：
[0030]其中为θ永磁同步电机在进入ASC时的转子角度，其中所述转子角度为转速和时间的乘积与初始角度的和；
[0031]对三相电流的电流轨迹表达式关于转子角度求导，以得到三相电流关于转子角度的极值点表达式的步骤包括：
[0032]以电流轨迹表达式中转子角度为变量求导，得到如下极值点表达式：
[0033][0034]优选地，基于d轴电流I
d
和q轴电流I
q
的微分方程、电流轨迹表达式、极值点表达式建立三相ASC电流轨迹表达式，并选取一转速、采样间隔和瞬态d轴电流、瞬态q轴电流，确定于第n采样间隔下三相电流处于峰值，及于峰值的三相电流所对应的d轴电流i
d
和q轴电流i
q
的步骤包括：
[0035]将极值点表达式代入电流轨迹表达式，以得到关于d轴电流于时域下的表达id(t)和q轴电流于时域下的表达iq(t)的如下三相ASC电流轨迹表达式：
[0036][0037]选取一转速、采样间隔、瞬态d轴电流和瞬态q轴电流，并统计于所有采样时刻下三相电流处于峰值时的第n采样间隔，及于峰值的三相电流、三相电流所对应的d轴电流i
d
和q轴电流i
q
的值。
[0038]优选地，基于第n采样间隔所确定的采样时长、选取的转速计算永磁同步电机进入ASC后的初始相位，并基于初始相位、采样时长、选取的转速、瞬态d轴电流、瞬态q轴电流和微分方程确定当前工况下的三相最大ASC电流轨迹的步骤包括：
[0039]将三相电流所对应的d轴电流i
d
和q轴电流i
q
的值、所选取的转速、第n采样间隔确定的采样时长代入极值点表达式及转速
‑
角度关系，以计算得到永磁同步电机进入ASC后的初始相位InitTheat；
[0040]基于转速
‑
角度关系将初始相位InitTheat代入三相ASC电流轨迹表达式，以得到如下当前工况下的关于d轴电流i
d
和q轴电流i
q
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机的三相最大ASC电流轨迹的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：将永磁同步电机在转子定向d轴和q轴坐标系下的d轴电压U
d
和q轴电压U
q
求解为永磁同步电机进入ASC后，d轴和q轴坐标系下的d轴电流i
d
和q轴电流i
q
的微分方程，其中所述微分方程的变量为进入ASC时的瞬态d轴电流、瞬态q轴电流及永磁同步电机的转速；建立永磁同步电机进入ASC后d轴电流i
d
和q轴电流i
q
变换为三相电流的电流轨迹表达式，其中将永磁同步电机在进入ASC时的转子角度视为电流轨迹表达式的变量；对所述三相电流的电流轨迹表达式关于所述转子角度求导，以得到三相电流关于转子角度的极值点表达式；基于所述d轴电流I
d
和q轴电流I
q
的微分方程、电流轨迹表达式、极值点表达式建立三相ASC电流轨迹表达式，并选取一转速、采样间隔和瞬态d轴电流、瞬态q轴电流，确定于第n采样间隔下三相电流处于峰值，及于峰值的三相电流所对应的d轴电流i
d
和q轴电流i
q
；基于第n采样间隔所确定的采样时长、选取的转速计算永磁同步电机进入ASC后的初始相位，并基于所述初始相位、采样时长、选取的转速、瞬态d轴电流、瞬态q轴电流和微分方程确定当前工况下的三相最大ASC电流轨迹。2.如权利要求1所述的计算方法，其特征在于，将永磁同步电机在转子定向d轴和q轴坐标系下的d轴电压U
d
和q轴电压U
q
求解为永磁同步电机进入ASC后，d轴和q轴坐标系下的d轴电流I
d
和q轴电流I
q
的微分方程的步骤包括：建立永磁同步电机在转子定向d轴和q轴坐标系下的d轴电压U
d
和q轴电压U
q
的如下电压方程：其中L
d
为d轴上的定子电感，L
q
为q轴上的定子电感，Ψ
f
为永磁同步电机的转子磁链，R
s
永磁同步电机的定子电阻，ω为永磁同步电机的转速；基于的d轴电压U
d
和q轴电压U
q
均为0，将所述电压方程转化为如下关于电流的微分方程：其中其中设定一如下辅助变量设定一如下辅助变量使得微分方程可简化为如下齐次方程：
将矩阵A转化为约当标准型：其中：其中：将J和T按照如下表达式近似表示：使得辅助变量近似表示为简化辅助变量的近似表示得到如下d轴电流i
d
和q轴电流i
q
的微分方程：其中为进入ASC时的瞬态d轴电流，为进入ASC时的瞬态q轴电流。3.如权利要求2所述的计算方法，其特征在于，建立永磁同步电机进入ASC后d轴电流i
d
和q轴电流i
q
变换为三相电流的电流轨迹表达式的步骤包括：建立如下d轴电流i
d
和q轴电流i
q
经反Park变换和反Clarke变换后的三相电流的如下电流轨迹表达式：
其中为θ永磁同步电机在进入ASC时的转子角度，其中所述转子角度为转速和时间的乘积与初始角度的和；对所述三相电流的电流轨迹表达式关于所述转子角度求导，以得到三相电流关于转子角度的极值点表达式的步骤包括：以电流轨迹表达式中转子角度为变量求导，得到如下极值点表达式：4.如权利要求3所述的计算方法，其特征在于，基于所述d轴电流I
d
和q轴电流I
q
的微分方程、电流轨迹表达式、极值点表达式建立三相ASC...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘森林，王海鑫，
申请(专利权)人：上海临港电力电子研究有限公司，
类型：发明
国别省市：