CN110620535A - 永磁同步电机定子电阻在线测量方法、装置、介质及电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机定子电阻在线测量方法，包括：获取永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角；利用阻抗角计算永磁同步电机的定子电阻。可见，在本申请中，是以永磁同步电机定子电阻的阻抗角去计算定子电阻的电阻值，在计算过程中免去了永磁同步电机模型中电感和反电势等因素的干扰，所以，通过本发明中的方法，能够获取到精度更高的定子电阻的电阻值。相应的，本发明还公开了一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置、介质及永磁同步电机，同样具有上述有益效果。

Description

永磁同步电机定子电阻在线测量方法、装置、介质及电机

技术领域

本发明涉及永磁电机牵引技术领域，特别涉及永磁同步电机定子电阻在线测量方法、装置、介质及电机。

背景技术

在永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor)的故障类型当中，永磁同步电机的定子温度过高，会引起永磁同步电机的故障，或者是烧毁永磁同步电机，所以，对永磁同步电机定子电阻的测量极为重要，通过对永磁同步电机定子电阻的测量，可以及时避免永磁同步电机发生故障。

在现有技术当中，一般是使用离线的方式来识别永磁同步电机的定子电阻，但是永磁同步电机在运转的过程中，定子电阻变化较大，因此，通过离线的方式并不能准确测量得到定子电阻的电阻值，或者是利用永磁同步电机模型，通过各种观测器来在线检测永磁同步电机定子电阻的电阻值，但是这种方法又容易受到永磁同步电机其它参数对定子电阻的影响，如电感、反电势等，从而导致对永磁同步电机的识别结果不准确。由此可见，如何利用一种更好的方法来获取永磁同步电机在运转过程中定子电阻的电阻值，以降低永磁同步电机发生故障的概率，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种永磁同步电机定子电阻在线测量方法、装置、介质及永磁同步电机，以提高永磁同步电机定子电阻的测量精度，并有效降低永磁同步电机定子发生故障的概率。其具体方案如下：

一种永磁同步电机定子电阻在线测量方法，包括：

获取永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角；

利用所述阻抗角计算所述永磁同步电机的定子电阻。

优选的，所述获取永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角的过程，包括：

获取所述永磁同步电机在运转状态下，在同步旋转坐标系下的第一运动方程；

其中，所述第一运动方程的表达式为：

式中，u_d、u_q分别为所述永磁同步电机在所述同步旋转坐标系下的直轴电压和交轴电压，i_d、i_q分别为所述永磁同步电机在所述同步旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流，R_s为所述永磁同步电机的定子电阻的电阻值，L_d、L_q分别为所述永磁同步电机的定子的直轴电感值和交轴电感值，w_e为所述永磁同步电机的转子的电角速度，ψ_f为反电势常数，p为微分算子；

当在所述永磁同步电机的直轴上注入一个超过预设阈值的电压时，则对所述第一运动方程进行调整，得到第二运动方程；

其中，所述电压的表达式为：

式中，u_dh、u_qh分别为注入直轴和交轴的电压，U_s为在所述直轴上注入所述电压时的电压幅值，w_h为在所述直轴上注入所述电压时的电压角速度，t为时间；

所述第二运动方程的表达式为：

式中，R_s为所述永磁同步电机的定子电阻的电阻值，j为复矢量旋转正向90°，w_h为在所述直轴上注入所述电压时的电压角速度，L_d、L_q分别为所述永磁同步电机的定子的直轴电感值和交轴电感值，u_dh、u_qh分别在所述直轴和所述交轴上注入的电压，i_dh、i_qh分别为在所述直轴和所述交轴上注入电压后产生的响应电流；

根据所述电压和所述第二运动方程，获取永磁同步电机的直轴和交轴在注入所述电压后产生的响应电流；

其中，所述响应电流的表达式为：

式中，i_dh、i_qh分别为所述直轴和所述交轴在注入所述电压后产生的响应电流，I_dh为电流幅值，w_h为所述直轴在注入所述电压后的电压角速度，θ_z为所述定子电阻的阻抗角；

获取所述电压和所述响应电流在所述同步旋转坐标系中的表达式，得到目标电压和目标电流；

其中，所述目标电压的表达式为：

式中，u_dqh为所述目标电压，U_s为在所述直轴上注入所述电压时的电压幅值，w_h为所述直轴在注入所述电压后的电压角速度，t为时间；

所述目标电流的表达式为：

式中，i_dqh为所述目标电流，I_dh为电流幅值，j为复矢量旋转正向90°，w_h所述直轴在注入所述电压的电压角速度，t为时间，θ_z为所述定子电阻的阻抗角；

提取所述目标电流中的正序电流，并将所述正序电流中的谐波进行滤除，得到滤波电流；

利用所述滤波电流，获取所述永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角；

其中，所述阻抗角的余弦表达式为：

式中，θ_z为所述定子电阻的阻抗角，i_dhf和i_qhf分别为滤波后的直轴电流和交轴电流。

优选的，所述提取所述目标电流中的正序电流，并将所述正序电流中的谐波进行滤除，得到滤波电流的过程，包括：

通过预设因子提取所述目标电流中的正序电流，并通过低通滤波器将所述正序电流中的谐波进行滤除，得到所述滤波电流；

其中，所述预设因为的表达式为：

式中，j为复矢量旋转正向90°，w_h为在所述直轴上注入所述电压时的电压角速度，t为时间；

所述滤波电流的表达式为：

式中，i_dqhf为所述滤波电流，I_dh为电流幅值，j为复矢量旋转正向90°，θ_z为所述定子电阻的阻抗角。

优选的，所述利用所述阻抗角计算所述永磁同步电机的定子电阻的过程，包括：

将所述阻抗角输入至阻抗计算模型，输出得到所述定子电阻；

其中，所述阻抗计算模型的表达式为：

式中，R_s为所述永磁同步电机的定子电阻的电阻值，Z为所述永磁同步电机的阻抗值，θ_z为所述定子电阻的阻抗角，U_s为在所述直轴上注入所述电压时的电压幅值，I_dqhf为滤波后的电流幅值，i_dhf为滤波后的直轴电流，i_qhf为滤波后的交轴电流。

相应的，本发明还公开了一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置，包括：

阻抗角获取模块，用于获取永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角；

电阻值计算模块，用于利用所述阻抗角计算所述永磁同步电机的定子电阻。

相应的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述公开的一种永磁同步电机定子电阻在线测量的步骤。

相应的，本发明还公开了一种永磁同步电机定子电阻的在线测量装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如前述公开的一种永磁同步电机定子电阻在线测量的步骤。

相应的，本发明还公开了一种永磁同步电机，包括前述公开的一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置。

可见，在本发明中，因为是以永磁同步电机定子电阻的阻抗角去计算定子电阻的电阻值，在计算过程中免去了永磁同步电机的电感以及反电势等因素的干扰，所以，通过此种方法，能够获取到精度更高的定子电阻的电阻值，并且，能够有效降低永磁同步电机定子发生故障的概率。相应的，本发明还公开了一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置、介质及永磁同步电机，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种永磁同步电机定子电阻在线测量方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种永磁同步电机定子电阻在线测量方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置的结构图；

图4为本发明实施例提供的另一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种永磁同步电机定子电阻在线测量方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S11：获取永磁同步电机在运行状态下定子电阻的阻抗角；

步骤S12：利用阻抗角计算永磁同步电机定子的电阻值。

在永磁电机控制领域，定子电阻作为永磁电机本体的参数，能否准确的获取到定子电阻对永磁电机的控制性能有很大的影响，并且，因为在封闭式永磁电机当中无法安装温度传感器，所以，对永磁同步电机定子电阻的在线测量较为困难。但是，如果能够在线测量得到永磁同步电机的定子电阻，不仅能够提高工作人员对永磁同步电机的控制性能，还能够通过定子电阻的变化状态推算出永磁同步电机定子绕组的温度，从而可以有效的避免永磁同步电机潜在故障的发生。

可以理解的是，在永磁同步电机运转的过程中，永磁同步电机定子绕组的温度会发生变化，所以，定子电阻的电阻值也会受到相应的影响。但是，永磁同步电机的定子电阻的阻抗角、阻抗值和电阻值的关系是固定不变的，而定子电阻的阻抗值也是可以预先得到的，所以，如果通过计算能够得到永磁同步电机的阻抗角时，就可以通过定子电阻的阻抗角、阻抗值和电阻值之间的关系，来在线测量出定子电阻的电阻值，显然，在通过定子电阻的阻抗角、阻抗值和电阻值计算定子电阻的电阻值的过程中，没有涉及到永磁同步电机其它参数的干扰，所以，通过此种方法能够得到精度更高的定子电阻的电阻值。

在本实施例中，首先是获取永磁同步电机在运行状态下定子电阻的阻抗角，然后利用获取到的阻抗角计算得到永磁同步电机定子电阻的电阻值，可见，利用本实施例中的方法，因为是以永磁同步电机定子电阻的阻抗角去计算定子电阻的电阻值，在计算过程中免去了永磁同步电机的电感以及反电势等因素的干扰，所以，通过此种方法，能够获取到精度更高的定子电阻的电阻值，并且，能够有效降低永磁同步电机定子发生故障的概率。

基于上述实施例，本实施例对上一实施例进行进一步的说明与优化，如图2所示，具体的，上述步骤S11：获取永磁同步电机定子电阻运行状态下的阻抗角的过程，包括步骤S111至步骤S116。

步骤S111：获取永磁同步电机在运转状态下，在同步旋转坐标系下的第一运动方程；

其中，第一运动方程的表达式为：

式中，u_d、u_q分别为永磁同步电机在同步旋转坐标系下的直轴电压和交轴电压，i_d、i_q分别为永磁同步电机在同步旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流，R_s为永磁同步电机的定子电阻的电阻值，L_d、L_q分别为永磁同步电机的定子的直轴电感值和交轴电感值，w_e为永磁同步电机的转子的电角速度，ψ_f为反电势常数，p为微分算子；

步骤S112：当在永磁同步电机的直轴上注入一个超过预设阈值的电压时，则对第一运动方程进行调整，得到第二运动方程；

其中，电压的表达式为：

式中，u_dh、u_qh分别为注入直轴和交轴的电压，U_s为在直轴上注入电压时的电压幅值，w_h为在直轴上注入电压时的电压角速度，t为时间；

第二运动方程的表达式为：

式中，R_s为永磁同步电机的定子电阻的电阻值，j为复矢量旋转正向90°，w_h为在直轴上注入所述电压时的电压角速度，L_d、L_q分别为永磁同步电机的定子的直轴电感值和交轴电感值，u_dh、u_qh分别在直轴和交轴上注入的电压，i_dh、i_qh分别为在直轴和交轴上注入电压后产生的响应电流；

具体的，步骤S112：当在永磁同步电机的直轴上注入一个超过预设阈值的电压时，则对第一运动方程进行调整，得到第二运动方程的过程，包括：

当在直轴上注入一个超过预设阈值的电压时，则忽略掉第一运动方程中的w_eψ_f，并将p替换为jw_h，得到第二运动方程。

可以理解的是，永磁同步电机在电磁规律的作用下，在不同的坐标空间系当中，会有不同的表达模型，在本实施例中，是获取永磁同步电机在运转状态下，在同步旋转坐标系下的运动方程，也即，第一运动方程。

而且，如果在永磁同步电机的直轴上注入一个超过预设阈值的电压正弦量时，也即，当注入直轴的高频电压分量频率远远大于永磁同步电机的运行频率时，就可以将第一运动方程中的w_eψ_f就可以忽略不计，与此同时，还可以将微分算子p替换为jw_h，那么，此时第一运动方程就可以变换为第二运动方程。需要说明的是，此处超过预设阈值的电压正弦量代表的就是一个高频电压，而且，该高频电压能够根据实际情况进行具体的调整，此处应以达到实际应用为目的。

步骤S113：根据电压和第二运动方程，获取永磁同步电机的直轴和交轴在注入电压后产生的响应电流；

其中，响应电流的表达式为：

式中，i_dh、i_qh分别为直轴和交轴在注入电压后产生的响应电流，I_dh为电流幅值，w_h为直轴在注入电压后的电压角速度，θ_z为定子电阻的阻抗角；

步骤S114：获取电压和响应电流在同步旋转坐标系中的表达式，得到目标电压和目标电流；

其中，目标电压的表达式为：

式中，u_dqh为目标电压，U_s为在直轴上注入电压时的电压幅值，w_h为直轴在注入电压后的电压角速度，t为时间；

目标电流的表达式为：

式中，i_dqh为目标电流，I_dh为电流幅值，j为复矢量旋转正向90°，w_h直轴在注入电压的电压角速度，t为时间，θ_z为定子电阻的阻抗角；

需要说明的是，在步骤S114当中，由于永磁同步电机的交轴上没有注入超过预设阈值的电压，所以，就可以直接得到目标电压的表达式。

步骤S115：提取目标电流中的正序电流，并将正序电流中的谐波进行滤除，得到滤波电流；

具体的，步骤S115：提取目标电流中的正序电流，并将正序电流中的谐波进行滤除，得到滤波电流的过程，包括：

通过预设因子提取目标电流中的正序电流，并通过低通滤波器将正序电流中的谐波进行滤除，得到滤波电流；

其中，预设因为的表达式为：

式中，j为复矢量旋转正向90°，w_h为在直轴上注入电压时的电压角速度，t为时间；

滤波电流的表达式为：

式中，i_dqhf为滤波电流，I_dh为电流幅值，j为复矢量旋转正向90°，θ_z为定子电阻的阻抗角。

可以理解的是，在得到目标电流之后，因为目标电流当中会存在一些谐波的干扰，所以，在本实施例中，是通过步骤S115将目标电流中的谐波进行滤除，得到过滤后的电流，以此来保证后续计算过程中永磁同步电机定子电阻的准确性。需要说明的是，此处通过预设因子提取目标电流中的正序电流，是指将目标电流i_dqh乘以然后，再通过一个低通滤波器来获取滤波电流i_dqhf。

步骤S116：利用滤波电流，获取永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角；

其中，阻抗角的余弦表达式为：

式中，θ_z为定子电阻的阻抗角，i_dhf和i_qhf分别为滤波后的直轴电流和交轴电流。

相应的，上述实施例步骤S12：利用阻抗角计算永磁同步电机定子的电阻值的过程，包括步骤S121。

步骤S121：将阻抗角输入至阻抗计算模型，输出得到定子电阻；

其中，阻抗计算模型的表达式为：

式中，R_s为永磁同步电机的定子电阻的电阻值，Z为永磁同步电机的阻抗值，θ_z为定子电阻的阻抗角，U_s为在直轴上注入电压时的电压幅值，I_dqhf为滤波后的电流幅值，i_dhf为滤波后的直轴电流，i_qhf为滤波后的交轴电流。

显然，通过本实施例中的方法，就可以得到永磁同步电机在运行过程中定子电阻的电阻值，在整个计算过程中，并没有涉及到永磁同步电机的电感和反电势等参数，所以，利用本实施例中的方法，能够大大提高对永磁同步电机定子电阻的测量准确度，而且，本实施例中的方法，不需要额外的测量观测器，实现过程简单易行，同时也提高了工作人员的工作效率。

相应的，本发明还公开了一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置，如图2所示，该装置包括：

阻抗角获取模块21，用于获取永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角；

电阻值计算模块22，用于利用阻抗角计算所述永磁同步电机的定子电阻。

相应的，本发明还公开了另一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置，如图3所示，该装置包括：

存储器31，用于存储计算机程序；

处理器32，用于执行计算机程序时实现如前述公开的一种永磁同步电机定子电阻在线测量的步骤。

相应的，本发明还公开了一种永磁同步电机，包括前述公开的一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种永磁同步电机定子电阻在线测量方法、装置、介质及永磁同步电机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种永磁同步电机定子电阻在线测量方法，其特征在于，包括：

获取永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角；

利用所述阻抗角计算所述永磁同步电机的定子电阻。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角的过程，包括：

获取所述永磁同步电机在运转状态下，在同步旋转坐标系下的第一运动方程；

其中，所述第一运动方程的表达式为：

式中，u_d、u_q分别为所述永磁同步电机在所述同步旋转坐标系下的直轴电压和交轴电压，i_d、i_q分别为所述永磁同步电机在所述同步旋转坐标系下的直轴电流和交轴电流，R_s为所述永磁同步电机的定子电阻的电阻值，L_d、L_q分别为所述永磁同步电机的定子的直轴电感值和交轴电感值，w_e为所述永磁同步电机的转子的电角速度，ψ_f为反电势常数，p为微分算子；

当在所述永磁同步电机的直轴上注入一个超过预设阈值的电压时，则对所述第一运动方程进行调整，得到第二运动方程；

其中，所述电压的表达式为：

式中，u_dh、u_qh分别为注入直轴和交轴的电压，U_s为在所述直轴上注入所述电压时的电压幅值，w_h为在所述直轴上注入所述电压时的电压角速度，t为时间；

所述第二运动方程的表达式为：

式中，R_s为所述永磁同步电机的定子电阻的电阻值，j为复矢量旋转正向90°，w_h为在所述直轴上注入所述电压时的电压角速度，L_d、L_q分别为所述永磁同步电机的定子的直轴电感值和交轴电感值，u_dh、u_qh分别在所述直轴和所述交轴上注入的电压，i_dh、i_qh分别为在所述直轴和所述交轴上注入电压后产生的响应电流；

根据所述电压和所述第二运动方程，获取所述永磁同步电机的直轴和交轴在注入所述电压后产生的响应电流；

其中，所述响应电流的表达式为：

式中，i_dh、i_qh分别为所述直轴和所述交轴在注入所述电压后产生的响应电流，I_dh为电流幅值，w_h为所述直轴在注入所述电压后的电压角速度，θ_z为所述定子电阻的阻抗角；

获取所述电压和所述响应电流在所述同步旋转坐标系中的表达式，得到目标电压和目标电流；

其中，所述目标电压的表达式为：

式中，u_dqh为所述目标电压，U_s为在所述直轴上注入所述电压时的电压幅值，w_h为所述直轴在注入所述电压后的电压角速度，t为时间；

所述目标电流的表达式为：

式中，i_dqh为所述目标电流，I_dh为电流幅值，j为复矢量旋转正向90°，w_h所述直轴在注入所述电压的电压角速度，t为时间，θ_z为所述定子电阻的阻抗角；

提取所述目标电流中的正序电流，并将所述正序电流中的谐波进行滤除，得到滤波电流；

利用所述滤波电流，获取所述永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角；

其中，所述阻抗角的余弦表达式为：

式中，θ_z为所述定子电阻的阻抗角，i_dhf和i_qhf分别为滤波后的直轴电流和交轴电流。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述提取所述目标电流中的正序电流，并将所述正序电流中的谐波进行滤除，得到滤波电流的过程，包括：

通过预设因子提取所述目标电流中的正序电流，并通过低通滤波器将所述正序电流中的谐波进行滤除，得到所述滤波电流；

其中，所述预设因为的表达式为：

式中，j为复矢量旋转正向90°，w_h为在所述直轴上注入所述电压时的电压角速度，t为时间；

所述滤波电流的表达式为：

式中，i_dqhf为所述滤波电流，I_dh为电流幅值，j为复矢量旋转正向90°，θ_z为所述定子电阻的阻抗角。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用所述阻抗角计算所述永磁同步电机的定子电阻的过程，包括：

将所述阻抗角输入至阻抗计算模型，输出得到所述定子电阻；

其中，所述阻抗计算模型的表达式为：

式中，R_s为所述永磁同步电机的定子电阻的电阻值，Z为所述永磁同步电机的阻抗值，θ_z为所述定子电阻的阻抗角，U_s为在所述直轴上注入所述电压时的电压幅值，I_dqhf为滤波后的电流幅值，i_dhf为滤波后的直轴电流，i_qhf为滤波后的交轴电流。

5.一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置，其特征在于，包括：

阻抗角获取模块，用于获取永磁同步电机在运转状态下定子电阻的阻抗角；

电阻值计算模块，用于利用所述阻抗角计算所述永磁同步电机的定子电阻。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述的永磁同步电机定子电阻在线测量的步骤。

7.一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的一种永磁同步电机定子电阻在线测量的步骤。

8.一种永磁同步电机，其特征在于，包括如权利要求7的一种永磁同步电机定子电阻在线测量装置。