WO2024120487A1 - 一种永磁同步电机性能的标定方法 - Google Patents

一种永磁同步电机性能的标定方法 Download PDF

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马永志
刘朝辉
邹广才
原诚寅
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北京国家新能源汽车技术创新中心有限公司
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    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of motors, and in particular to a method for calibrating the performance of a permanent magnet synchronous motor.
  • the calibration method of the performance of the permanent magnet synchronous motor currently mostly adopts the method of full-scan test calibration on the bench, that is, within the full speed range, the bench scans each speed, each current, and each current phase angle test, but this workload is large, and requires the calibration personnel to be highly professional and experienced, because high-speed calibration is more dangerous, and it is easy to cause dangerous conditions such as out-of-control running, communication interruption, and excessive temperature rise and burning.
  • the present invention provides a new permanent magnet synchronous motor performance calibration method. Machine performance calibration method.
  • the present invention adopts the following technical solutions:
  • a method for calibrating the performance of a permanent magnet synchronous motor comprising the following steps:
  • the motor to be calibrated is installed on a test bench, the motor to be calibrated is connected to a motor controller, and the motor controller is connected to a high-voltage DC power supply;
  • the range of the full current I is 0-peak current
  • the range of the full phase angle ⁇ is 0-90°
  • the current I increases by one tenth of the peak current each time starting from 0, and the phase angle ⁇ increases by 5° each time starting from 0, that is, there are multiple groups of corresponding current I and phase angle ⁇ .
  • step 2 testing the motor to be calibrated once under each set of corresponding current I and phase angle ⁇ , and recording the torque, d-axis voltage U d1 , and q-axis voltage U q1 each time after the motor to be calibrated runs stably, thereby obtaining multiple sets of data.
  • a two-dimensional torque table is obtained by tabulating multiple groups of data obtained by the test, and the maximum torque T 1 and the corresponding phase angle ⁇ 1 of each current in the low-speed non-weakening magnetic region are obtained by comparison and sorting.
  • step 3 also includes:
  • R is the stator winding resistance, measured by a resistance meter
  • ⁇ e is the electrical angular velocity, which is related to the rotational speed
  • n is the rotational speed.
  • U d2 R ⁇ I d - ⁇ e ⁇ q
  • U q2 R ⁇ I q + ⁇ e ⁇ d
  • multiple groups of U d2 and U q2 corresponding to different speeds n 2 different currents I 2 and phase angles ⁇ are obtained;
  • sqrt is the square root
  • phase angle ⁇ 2 value is the optimal phase angle ⁇ 2 at different high speeds and different currents.
  • U dc is the direct current high voltage, which is a performance parameter of the motor system
  • K is the weak magnetic coefficient, which is a control parameter of the motor system
  • the value of the mechanical torque T at different speeds at full speed in step 4 is the difference between the optimal torque and the no-load torque T3 .
  • the performance of the motor to be calibrated is tested at a low speed in the low-speed weak magnetic field area, and the optimal performance parameters are found out based on the test data; for the high-speed weak magnetic field area, the optimal performance parameters corresponding to different high speeds are obtained through calculation and interpolation; finally, the optimal performance parameters of the motor to be calibrated in the full speed range are completed, and the calibration of the motor performance is completed.
  • a permanent magnet synchronous motor performance calibration method provided by the present invention tests the performance parameters of the motor to be calibrated at full current and full phase angle at a low speed, and obtains the optimal performance parameters of the motor to be calibrated in the low-speed non-weakening magnetic zone, without the need to calibrate each speed in the low-speed non-weakening magnetic zone;
  • a permanent magnet synchronous motor performance calibration method obtaineds the optimal performance parameters at different high speeds in the high-speed weak magnetic field area by calculation and interpolation based on the relevant data tested at low speed, thereby avoiding the performance parameters of the motor to be calibrated at high speed, making the calibration process safer, more reliable and faster;
  • the present invention provides a method for calibrating the performance of a permanent magnet synchronous motor, which makes the optimal torque finally measured more accurate by testing the no-load torque at different speeds.
  • FIG1 is a flow chart of a method for calibrating the performance of a permanent magnet synchronous motor provided by the present invention.
  • the present invention discloses a method for calibrating the performance of a permanent magnet synchronous motor, which specifically comprises the following steps:
  • the current I starts from 0 and gradually increases from 40A to a peak current of 400A, and is set to 11 values;
  • the current phase angle ⁇ starts from 0 and gradually increases from 5° to 90°, and is set to 19 values, that is, the current I and the phase angle ⁇ are set to 209 groups in total;
  • R is the stator winding resistance, measured by a resistance meter
  • ⁇ e is the electrical angular velocity, which is related to the rotation speed
  • U d2 R ⁇ I d - ⁇ e ⁇ q
  • U q2 R ⁇ I q + ⁇ e ⁇ d
  • U s sqrt(U d2 ⁇ U d2 +U q2 ⁇ U q2 ), 209 sets of U s are obtained.
  • sqrt is the square root
  • phase angle ⁇ value is the optimal current phase angle ⁇ 2 for different currents corresponding to different high speeds n 2 .
  • U dc is the DC high voltage, which is a performance parameter of the motor system
  • K is the weak magnetic coefficient, which is a control parameter of the motor system
  • the purpose is to find the optimal performance parameters, that is, the optimal performance, at different speeds in the full speed range; by dividing the full speed range into a low-speed non-weak magnetic zone and a high-speed weak magnetic zone, a comprehensive test of the motor to be calibrated is performed on a low speed in the low-speed non-weak magnetic zone to find out the optimal performance parameters of the low-speed non-weak magnetic zone, and for the high-speed weak magnetic zone, the optimal performance corresponding to different high speeds is derived through relevant calculations to complete the entire calibration process.

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Abstract

本发明涉及电机技术领域，具体公开了一种永磁同步电机性能的标定方法，该标定方法具体步骤为：S1：将待标定电机安装于台架上，待标定电机与电机控制器相连，电机控制器与高压直流电源相连；S2：在低转速n1下，全电流I、全相位角θ逐个测试电机力矩、电压，得到低速非弱磁区每个电流的最大力矩T1及对应的相位角θ1；S3：通过插值法处理得到高速弱磁区的不同转速n2的每个电流的最优相位角θ2及对应的力矩T2；S4：测试全转速区的不同转速下的空载力矩T3；S5：计算出全转速区的不同转速下的机械力矩T，整理成表格完成标定。通过该种标定方法找出待标定电机在全转速区下的最佳性能参数，整个标定过程安全可靠、步骤快捷、准确度高。

Description

一种永磁同步电机性能的标定方法 技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种永磁同步电机性能的标定方法。
背景技术
随着新能源汽车的日益兴起，永磁同步电机以其效率高、体积小、功率密度大等优点越来越广泛地应用在新能源汽车上。为了实现对永磁同步电机的精准、安全控制，需要对永磁同步电机的性能进行标定。
为了保证永磁同步电机在整个运行范围内能够具有最佳性能且能够安全运行，需要利用测试台架对其进行测试，测试时需要对电机整个转速和转矩运行范围内的指定工作点进行电流的准确标定。永磁同步电机性能的标定方法，目前大多采用台架全扫描测试标定的方法，即全转速范围内，台架上扫描每个转速、每个电流、每个电流相位角的测试，但是这个工作量很大，而且需要标定人员的专业性强、经验丰富，因为高速标定时比较危险，容易出现失控飞车、通讯中断、温升过大烧毁等危险状况。还有的利用电机工程师提供的电机仿真数据进行标定，此方法方便快捷，但仿真的数据不够精确，而且会忽略到饱和效应、端部效应以及实际中的材料性能偏差、制造一致性等问题，所以这种方法的精确度不够，有时偏差较大。
因此需要一种更加安全可靠、方便快捷、精确度高的标定方法来对永磁同步电机的性能进行标定。
发明内容
为了克服现有技术中永磁同步电机性能的标定方法中存在的步骤繁琐、工作量大、存在危险以及标定不准确等问题，本发明提供出一种新的永磁同步电 机性能的标定方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种永磁同步电机性能的标定方法，该种标定方法包括以下步骤：
S1：将待标定电机安装于台架上，待标定电机与电机控制器相连，电机控制器与高压直流电源相连；
S2：在低转速n1下，全电流I、全相位角θ逐个测试电机力矩、电压，得到低速非弱磁区的每个电流的最大力矩T1及对应的相位角θ1；
S3：通过插值法处理得到高速弱磁区的不同转速n2的不同电流的最优相位角θ2及对应力矩T2；
S4：测试全转速区的不同转速下的空载力矩T3，即空载损耗力矩；
S5：计算出全转速区的不同转速下的机械力矩T，整理成表格完成标定。
进一步的，所述全电流I的范围为0-峰值电流，全相位角θ的范围为0-90°，电流I从0开始每次增加峰值电流的十分之一，相位角θ从0开始每次增加5°，即对应的电流I和相位角θ设置有多组。
进一步的，根据公式Id＝I·Cos(90°+θ)，Iq＝I·Sin(90°+θ)，计算出每组电流I对应的电流Id和电流Iq。
进一步的，所述步骤2中的逐个测试具体步骤为：在每组对应的电流I和相位角θ下，对待标定电机进行一次测试，待待标定电机运行稳定后并记录每次的力矩、d轴电压Ud1、q轴电压Uq1，进而得到多组数据。
优选的，通过将测试得到的多组数据进行制表得到力矩二维表，对比整理得到在低速非弱磁区的每个电流的最大力矩T1及对应的相位角θ1。
由于在永磁同步电机理论中，在恒力矩区(低速非弱磁区)范围内的不同 转速下，相同电流产生相同的力矩，因此可通过低转速n1的测试得出低速非弱磁区的每个电流的最大力矩T1及对应的相位角θ1。
进一步的，所述步骤3还包括：
S31：计算出在低转速n1下，全电流I(0-峰值电流)、全相位角θ(0-90°)对应的直轴磁链Ψd和交轴磁链Ψq，该步计算过程公式为：
得到多组Ψd和Ψq，
其中，R为定子绕组阻值，通过电阻仪测得，ωe为电角速度，与转速有关，n为转速，
S32：计算出不同高转速n2在全电流I(0-峰值电流)、全相位角θ(0-90°)下对应的d轴电压Ud2、q轴电压Uq2，该步计算公式为：
Ud2＝R·Id-ωe·ψq，Uq2＝R·Iq+ωe·ψd，得到不同转速n2不同电流I2和相位角θ对应下的多组Ud2和Uq2；
S33：在高速弱磁区，计算出不同高转速n2在全电流I(0-峰值电流)、全相位角θ(0-90°)对应的相电压Us，该步计算公式为：
Us＝sqrt(Ud2·Ud2+Uq2·Uq2)，得到多组Us，
其中，sqrt为开根号；
S34：在高速弱磁区，不同高转速n2在全电流I(0-峰值电流)下，利用插值法寻求能满足的相位角θ2数值，即为在不同高转速、不同电流下的最优相位角θ2，
其中，Udc直流高压，属于电机***性能参数，K为弱磁系数，属于电机***控制参数；
S35：根据不同高转速n2在不同电流下的最优相位角θ2，在S2中的力矩二维表结合插值法得到对应力矩T2。
进一步的，所述步骤4的全转速的不同转速下的机械力矩T的值为最优力矩与空载力矩T3的差值。
由此可见，在该标定过程中，通过对低速弱磁区的一个低转速进行待标定电机性能的测试，根据测试得到的数据找出最优性能参数；对于高速弱磁区，则通过计算和插值法处理得出不同高转速下对应的最优性能参数；最终完成待标定电机在全转速区的最优性能参数，至此完成电机性能的标定。
本发明至少具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种永磁同步电机性能的标定方法，该标定方法通过在一个低转速下测试出待标定电机在全电流、全相位角下的性能参数，整理得出待标定电机在低速非弱磁区的最优性能参数，无需对低速非弱磁区的每个转速进行标定；
2、本发明提供的一种永磁同步电机性能的标定方法，该标定方法根据测试出的低转速下的相关数据，通过计算以及插值法处理得到在高速弱磁区不同高转速下的最优性能参数，避免了测试高转速的待标定电机的性能参数，使得标定过程更加安全可靠、更加快捷；
3、本发明提供的一种永磁同步电机性能的标定方法，通过测试出不同转速下的空载力矩，使得最终测得的最优力矩更加准确。
附图说明
图1为本发明提供的一种永磁同步电机性能的标定方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。
实施例一
本发明公开了一种永磁同步电机性能的标定方法，该种标定方法具体包括以下步骤：
S1：将待标定电机安装于台架上，设置待标定电机与电机控制器相连，电机控制器与高压直流电源相连，对待标定电机通入相位角为θ的电流I；
S21：电流I从0开始按照40A逐渐增大到峰值电流400A设置有11个数值，电流相位角θ从0开始按照5°逐渐增大到90°设置有19个数值，即电流I和相位角θ一共设置有209组；
S22：控制待标定电机的转速为100转/分，逐个测试每组情况，待待标定电机运行稳定后记录此时每组对应的电机力矩T1、d轴电压Ud1、q轴电压Uq1、相位角θ、电流I，将电机力矩T1、d轴电压Ud1、q轴电压Uq1制成与相位角θ、电流I一一对应的表格，如下所示：
表1
表2
表3
S23：根据表1、表2和表3可找出每个电流的最大力矩值T1，并得出最大力矩T1对应的相位角θ1，根据永磁同步电机理论，在恒力矩区(非弱磁区)范围内的不同转速下，相同电流产生相同的力矩，所以力矩T1、相位角θ1即为低速非弱磁区在不同电流下的最优控制性能参数；
S31：根据公式Id＝I·Cos(90°+θ)，Iq＝I·Sin(90°+θ)，计算出每组电流I对应的电流Id和电流Iq；
S31：计算出在100转/分下，全电流I(0-400A)、全相位角θ(0-90°)即209组对应的直轴磁链Ψd和交轴磁链Ψq，该步计算过程公式为：
得到209组Ψd和Ψq，
其中，R为定子绕组阻值，通过电阻仪测得，ωe为电角速度，与转速有关，
S32：在高速弱磁区，计算出不同高转速n2在全电流I(0-400A)、全相位角θ(0-90°)下对应的d轴电压Ud2、q轴电压Uq2，该步计算公式为：
Ud2＝R·Id-ωe·ψq，Uq2＝R·Iq+ωe·ψd，得到不同高转速n2不同电流I和不同相位角θ对应下的209组Ud2和Uq2；
S33：在高速弱磁区，计算出不同高转速n2在全电流I(0-峰值电流)、全相位角θ(0-90°)对应的相电压Us，该步计算公式为：
Us＝sqrt(Ud2·Ud2+Uq2·Uq2)，得到209组Us，
其中，sqrt为开根号；
S34：在不同电流下，利用插值法寻求209组Us中能满足的相位角θ数值，即为不同高转速n2对应的不同电流的最优电流相位角θ2，
其中，Udc为直流高压，属于电机***性能参数，K为弱磁系数，属于电机***控制参数；
S35：在不同高转速n2下，根据不同电流的最优相位角θ2，在表1的力矩二维表结合插值算法得到对应的力矩T2，即得到高转速区的不同转速下不同电流的最优相位角和最优力矩；
S4：测试全转速区的不同转速下的空载力矩T3，即空载损耗力矩，将待标定电机的三相线缆处于悬空状态，将待标定电机控制在不同转速下进行空载运行，得出对应转速下的空载力矩T3；
S5：计算出全转速区的不同转速下的机械力矩T，对于低速弱磁区机械力矩T＝T1-T3，对于高速弱磁区机械力矩T＝T2-T3，将全转速区下的不同转速下的最优性能参数整理成表格即完成标定。
综上所述可知，在本发明提供的永磁同步电机性能的标定方法中，目的在于找出全转速区不同转速下的最优性能参数即最佳性能；通过将全转速区分为低速非弱磁区和高速弱磁区，对低速非弱磁区的一个低转速进行待标定电机的全方面测试找出低速非弱磁区的最优性能参数，对高速弱磁区的则通过相关计算推导出不同高转速对应的最优性能，完成整个标定过程。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

  1. 一种永磁同步电机性能的标定方法，其特征在于，该种标定方法包括以下步骤：
    S1：将待标定电机安装于台架上，待标定电机与电机控制器相连，电机控制器与高压直流电源相连；
    S2：在低转速n1下，全电流I、全相位角θ逐个测试电机力矩、电压，得到低速非弱磁区的每个电流的最大力矩T1及对应的相位角θ1；
    S3：通过插值法处理得到高速弱磁区的不同转速n2的每个电流的最优相位角θ2及对应的力矩T2；
    S4：测试全转速区的不同转速下的空载力矩T3，即空载损耗力矩；
    S5：计算出全转速区的不同转速下的机械力矩T，整理成表格完成标定。
  2. 根据权利要求1所述的一种永磁同步电机性能的标定方法，其特征在于，所述全电流I为0-峰值电流，全相位角θ为0-90°，电流I从0开始每增加峰值电流的十分之一，相位角θ从0开始每增加5°，即对应的电流I和相位角θ设置有多组。
  3. 根据权利要求2所述的一种永磁同步电机性能的标定方法，其特征在于，根据公式Id＝I·Cos(90°+θ)，Iq＝I·Sin(90°+θ)，计算出每组电流I对应的电流Id和电流Iq。
  4. 根据权利要求3所述的一种永磁同步电机性能的标定方法，其特征在于，所述步骤2中的逐个测试具体步骤为：在每组对应的电流I和相位角θ下，对待标定电机进行一次测试，运行稳定后并记录每次的力矩、d轴电压Ud1、q轴电压Uq1，得到多组数据。
  5. 根据权利要求4所述的一种永磁同步电机性能的标定方法，其特征在于， 通过将测试得到的多组数据进行制表得到力矩二维表，对比整理得到在低速非弱磁区的每个电流的最大力矩T1及对应的相位角θ1。
  6. 根据权利要求5所述的一种永磁同步电机性能的标定方法，其特征在于，所述步骤3还包括：
    S31：计算出在低转速n1下，全电流I、全相位角θ对应的直轴磁链Ψd和交轴磁链Ψq，该步计算过程公式为：
    得到多组Ψd和Ψq，
    其中，R为定子绕组阻值，通过电阻仪测得，ωe为电角速度与转速有关，n为转速，
    S32：计算全电流I、全相位角θ下对应的d轴电压Ud2、q轴电压Uq2，该步计算公式为：
    Ud2＝R·Id-ωe·ψq，Uq2＝R·Iq+ωe·ψd，得到不同转速n2中全电流I、全相位角θ对应下的多组Ud2和Uq2；
    S33：在高速弱磁区，计算出不同高转速n2在全电流I、全相位角θ对应的相电压Us，该步计算公式为：
    Us＝sqrt(Ud2·Ud2+Uq2·Uq2)，得到多组Us，
    其中，sqrt为开根号；
    S34：在高速弱磁区，对不同高转速n2在全电流I内，利用插值法寻求能满足的相位角θ2，即θ2为不同高转速n2对应全电流I的每个电流对应的最优相位角θ2，
    其中，Udc直流高压，属于电机***性能参数，K为弱磁系数，属于电机系 统控制参数；
    S35：根据最优电流相位角θ2，在S1中的力矩二维表结合插值法得到对应力矩T2。
  7. 根据权利要求6所述的一种永磁同步电机性能的标定方法，其特征在于，所述步骤4的全转速的不同转速下的机械力矩T的值为最优力矩与空载力矩T3的差值。
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