一种永磁同步电机磁链与电感的测试方法及装置

本技术涉及电机，尤其是指一种永磁同步电机磁链与电感的测试方法及装置。

背景技术：

1、永磁同步电机因其高效率、高功率密度和宽调速范围等优点在工业领域得到广泛应用。为了实现对永磁同步电机的高性能控制,需要准确获得永磁同步电机的磁链和电感参数。磁链和电感参数是永磁同步电机数学模型的关键参数,其准确性直接影响永磁同步电机控制的性能。

2、现有技术中，获取磁链和电感的常用方法有有限元分析法、空载试验法和磁链计算法等。但是这些方法通常未考虑永磁同步电机的实际制造误差和材料性能偏差,计算结果与实际性能可能存在差异，并且这些方法未考虑铁心磁饱和和磁链交叉耦合效应，导致难以全面、精确地获得永磁同步电机在实际运行条件下的电感和磁链特性，从而影响测量精度。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种永磁同步电机磁链与电感的测试方法及装置，能提高测量永磁同步电机磁链与电感的准确性。

2、为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：

3、第一方面，本技术提供了一种永磁同步电机磁链与电感的测试方法，该方法包括：采集永磁同步电机的三相电流和转子位置信息，并根据三相电流和转子位置信息确定永磁同步电机的d-q轴电流；根据预先规划的电流工作点确定输入至永磁同步电机模型的电流指令，并基于电流指令和d-q轴电流的差值调节永磁同步电机所在的电流控制环，使得永磁同步电机所在的电流控制环工作在稳定状态，以获得控制永磁同步电机的d-q轴电压；当电流控制环工作在稳定状态时对永磁同步电机的电感进行测试，并执行如下手段，以获得d-q轴的交叉增量电感和自轴增量电感：固定d轴电流，并改变q轴电流；和，固定q轴电流，并改变d轴电流；根据d-q轴的交叉增量电感和自轴增量电感，以及定义的磁链建立路径对磁链方程进行积分，得到不同电流下的d-q轴磁链。

4、进一步地，当电流控制环工作在稳定状态时对永磁同步电机的电感进行测试，包括：从第一范围的d轴电流中选取若干数量的第一测试点，每个第一测试点表征的电流不同；选定一第一测试点，在第一设定时间间隔内，使得q轴电流线性变化，以获得d轴的交叉增量电感以及q轴的自轴增量电感；或，从第二范围的q轴电流中选取若干数量的第二测试点，每个第二测试点表征的电流不同；选定一第二测试点，在第二设定时间间隔内，使得d轴电流线性变化，以获得d轴的自轴增量电感以及q轴的交叉增量电感。

5、进一步地，第一范围为，在第一范围内选取第一测试点，其中，m属于正整数，表示永磁同步电机的最大定子电流， id表示d轴电流；获得表征d轴电流的第一函数式，第一函数式为：

6、；

7、式中，表示第x个第一测试点的d轴电流所对应的第一电流指令；第二范围为，在第二范围内选取第二测试点，其中，n属于正整数， iq表示q轴电流；获得表征q轴电流的第二函数式，第二函数式为：

8、；

9、式中，表示第n+y个第二测试点的q轴电流所对应的第二电流指令。

10、进一步地，当时，在固定的的情况下，在第一设定时间间隔内，使电流从线性变化到，q轴电流变换量为；和/或，当时，在固定的的情况下，在第一设定时间间隔内，使电流从线性变化到，q轴电流变换量为；根据如下关系式，分别计算和时的d轴的交叉增量电感以及q轴的自轴增量电感：

11、；

12、；

13、其中，和分别为永磁同步电机的d轴电压和q轴电压；r为定子电阻；和分别为d轴电流和q轴电流；d轴的交叉增量电感，表示q轴的自轴增量电感。

14、进一步地，当时，在固定的的情况下，在第二设定时间间隔内，使电流从线性变化到，d轴电流变换量为；根据如下关系式，分别计算时的d轴的自轴增量电感以及q轴的交叉增量电感：

15、；

16、；

17、其中，表示d轴的自轴增量电感，表示q轴的交叉增量电感。

18、进一步地，在对永磁同步电机进行测试时，永磁同步电机满足以下限制条件：

19、；

20、且，；

21、对于采用空间矢量脉宽调制的系统，，其中 vdc表示永磁同步电机的直流母线电压；是永磁同步电机的最大定子电流。

22、进一步地，当，时，d-q轴磁链满足如下关系式：

23、；

24、当，时，d-q轴磁链满足如下关系式：

25、；

26、其中，，分别表示不同组合电流下的d-q轴磁链。

27、进一步地，永磁同步电机模型，具体为：

28、（1）；

29、式中，和分别为永磁同步电机的d轴电压和q轴电压；r为定子电阻；和分别为d轴电流和q轴电流；和分别为d轴和q轴的自轴增量电感；和分别为d轴和q轴的交叉增量电感。

30、进一步地，确定永磁同步电机在同步旋转d-q坐标系中的非线性数学模型，非线性数学模型满足如下关系式：

31、（2）；

32、式中，表示永磁同步电机的角速度，表示d轴磁链，表示q轴磁链；在同步旋转d-q坐标系中，当永磁同步电机的d轴与永磁体的磁链对齐时，d轴磁链和q轴磁链可以表示为：

33、（3）；

34、式中，表示d轴磁链是d轴电流的函数，表示q轴磁链是q轴电流的函数，为永磁体产生的磁链；分别对d轴磁链和q轴磁链求导，并结合链式法则，得到如下关系式：

35、（4）；

36、将公式（4）代入公式（2）中，以获得永磁同步电机模型。

37、第二方面，本技术提供了一种永磁同步电机磁链与电感的测试装置，包括：采样单元，采样单元连接一永磁同步电机的输入端，并采样流经永磁同步电机的三相电流，采样单元还用于采样永磁同步电机转子的位置信息；计算单元，计算单元用于执行以下步骤：接收三相电流，并根据三相电流确定永磁同步电机的d-q轴电流；根据预先规划的电流工作点确定输入至永磁同步电机模型的电流指令，并基于电流指令和d-q轴电流的差值调节永磁同步电机所在的电流控制环，使得永磁同步电机所在的电流控制环工作在稳定状态，以获得控制永磁同步电机的d-q轴电压；根据永磁同步电机的d-q轴电压生成空间矢量脉宽调制信号；逆变单元，用于根据空间矢量脉宽调制信号输出三相交流电压，以驱动永磁同步电机按照电流指令运行；其中，当电流控制环工作在稳定状态时，计算单元对永磁同步电机的电感进行测试，并执行如下手段，以获得d-q轴的交叉增量电感和自轴增量电感：固定d轴电流，并改变q轴电流；和，固定q轴电流，并改变d轴电流；根据d-q轴的交叉增量电感和自轴增量电感，以及定义的磁链建立路径对磁链方程进行积分，得到不同电流下的d-q轴磁链。

38、与现有技术相比，本技术提出的磁同步电机磁链与电感的测试方法通过采集永磁同步电机的三相电流和转子位置信息，并根据三相电流和转子位置信息确定永磁同步电机的d-q轴电流。之后，根据预先规划的电流工作点确定输入至永磁同步电机模型的电流指令，并基于电流指令和d-q轴电流的差值调节永磁同步电机所在的电流控制环，使得永磁同步电机所在的电流控制环工作在稳定状态，以获得控制永磁同步电机的d-q轴电压。当电流控制环工作在稳定状态时对永磁同步电机的电感进行测试，获得d-q轴的交叉增量电感和自轴增量电感。最后，根据d-q轴的交叉增量电感和自轴增量电感，以及定义的磁链建立路径对磁链方程进行积分，得到不同电流下的d-q轴磁链。本技术提出的方法综合考虑铁心磁饱和和磁链交叉耦合效应，提高了永磁同步电机磁链与电感测量的准确性。