[发明专利]一种高速永磁电机转子温度的实时监测方法

说明书

本发明公开了一种高速永磁电机转子温度的实时监测方法，包括包括以下步骤：(1)在高速永磁电机冷却至室温的状态下，测量并记录此时的环境温度，记为t₁；获取环境温度为t₁时永磁体剩余磁通密度B_r(t₁)；(2)获取高速永磁电机定子的三相的相电流值并将其转化为两相坐标系下的直轴电流I_d、交轴电流I_q；获取高速永磁电机负载气隙电势E_δ；计算出高速永磁电机空载反电动势E₀；(3)根据高速永磁电机空载反电动势E₀获取空载主磁通φ_δ0；(4)利用空载主磁通φ_δ0计算实时温度为t₂时永磁体剩余磁通密度B_r(t₂)；(5)根据实时温度为t₂时永磁体剩余磁通密度B_r(t₂)，最终得到转子的实时温度t₂。本发明可以在运行的过程中实时监测高速永磁电机转子温度。

技术领域

本发明涉及高速电机技术领域，具体是涉及一种高速永磁电机转子温度的实时监测方法。

背景技术

高速永磁电机温度监测对象主要为定子绕组和转子永磁体两部分，也是电机核心部件温度的监测。在监测高速永磁电机温度时，比较容易监测非旋转部分的温度，而与之对应的转子永磁体温度监测，是针对旋转物体的温度监测，在技术上具有较大挑战性。高速永磁电机转子的散热条件比较差，过高的温升会导致永磁体退磁甚至出现不可逆退磁等现象。因而高速永磁电机转子温度的实时监测，对电机的安全运行监控是十分重要的。另外，转子温度的实时监测数据，对于电机设计优化也是必不可少的基础数据。

现有技术中，转子永磁体温度监测技术可以通过红外热成像仪(仅限于表贴式、内嵌式永磁同步电机)、红外热传感器与滑环信号传输相结合来监测永磁体的温度。后者虽然较大地改变了电机的机械结构特性，且监测成本昂贵；使用红外热成像仪监测永磁体温度对永磁同步电机的类型有严格要求，且必须在离线的条件下进行监测。现有技术中还采用参数估算法测量转子温度，是通过估算永磁同步电机定子绕组电阻和永磁体磁链等与温度相关的参数，利用这些参数与温度之间的近似线性关系，实现永磁同步电机温度在线监测的目的。这种方法是基于定子和转子温度相等的假设，与实际并不相符，不能准确反映转子温度，且时间上存在较大延迟，不能满足转子温度监测的要求。

反电势法测量转子温度，是基于铝镍钴、铁氧体、钕铁硼等永磁体随着工作温度的升高，在一定温度范围内出现可逆退磁的现象，并且永磁体的温度系数在一定范围内为定值。高速永磁电机的等效气隙较大，为保证高速永磁电机能产生足够的磁场强度，永磁体材料通常采用具有较高矫顽力的钕铁硼或钐钴。高速永磁电机主要利用钕铁硼、钐钴合金两类永磁体材料，二者的温度系数在电机正常运行的温度范围内为常值，不随温度的变化而变化，保证了转子温度的准确性。钕铁硼温度系数为-0.13％/K～-0.09％/K，钐钴合金温度系数-0.01％/K～-0.03％/K。永磁体温度升高,其剩余磁通密度减少,此时测量得到的永磁体反电势也降低；永磁体剩余磁通密度的温度系数在一定范围内不会随着温度的变化而变化，可以得到剩余磁通密度和温度的关系；考虑到反电势和转子转速相关,此方法对反电势积分得到线圈的磁通,推导线圈磁通和永磁体剩余磁通密度的表达式可进一步推导线圈磁通和永磁体温度的计算公式。但是，实验时为了得到仅由永磁体作用的反电势，需要给电机断电，难以在运行的过程中对转子永磁体温度进行实时监测。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种高速永磁电机转子温度的实时监测方法，可以在运行的过程中获取高速永磁电机转子实时温度，从而避免出现运行过程中过高的温升导致永磁体退磁甚至出现不可逆退磁等现象。

技术方案：为解决上述问题，本发明提供一种高速永磁电机转子温度的实时监测方法，包括以下步骤：