关键词：电动汽车;;永磁同步电机;;温度估计;;信号注入;;电阻辨识
摘 要：电动汽车运行工况十分复杂,并且散热条件有限,伴随着运行时间的增加,电机温度急剧升高,面临失效风险。在线监测电机温度,能够为电机运行提供有效热保护,有利于降低电机故障率,保证电机运行寿命,增强电动汽车电驱动系统的可靠性。本文以电动汽车用永磁同步电机为研究对象,对已有各种电机温度估计方法进行了分析,研究并提出一种基于直流电压信号注入实现永磁同步电机定子温度在线估计策略,同时还研究了最优信号注入策略,仿真和实验验证了上述策略与理论分析。本文详细分析了永磁同步电机的物理结构,通过简化和等效得到了电机数学模型。同时对永磁同步电机经典矢量控制策略和电机物理特性进行介绍,确定了电机温度在线估计策略的基本原理。在此基础上本文提出一种基于直流电压信号注入实现电机温度在线估计的新策略,即在矢量控制中通过向α轴注入直流电压信号实现电机定子电阻辨识,并结合金属材料温度与其阻值之间严格的线性关系实现电机实时温度估计。基于信号注入实现永磁同步电机温度估计策略在实施过程中需权衡温度估计精度和输出转矩脉动大小。为了精确辨识定子电阻,保证高温度估计精度,并降低信号注入对电机运行性能产生的负面影响,本文综合考虑了电机参数、负载和电机物理特性对温度估计精度和输出转矩脉动产生的影响,讨论最优的信号注入策略,并优化设定了注入信号的3要素(注入信号大小、信号注入时长以及信号注入周期)。本文在MATLAB/Simulink环境下搭建了永磁同步电机温度估计系统模型,并在电动汽车典型工况下对上述电机温度估计策略和优化策略进行仿真分析,同时采用DSP搭建了系统实验平台。仿真和实验结果表明本文所提出的电机温度估计策略可行,能够有效监测驱动电机温度,并且操作简单,无需额外安装温度传感器,也无需改变电机驱动系统的硬件结构,具有较高的工程应用价值。
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