一種同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法，包括以下步驟：檢測(cè)同步電機(jī)的三相電流；判斷三相電流之間的關(guān)系是否滿足預(yù)定條件；以及如果三相電流之間的關(guān)系不滿足所述預(yù)定條件，則判斷所述同步電機(jī)失步。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，根據(jù)檢測(cè)的三相電流，實(shí)時(shí)計(jì)算出三相電流之間的關(guān)系，正常情況下正轉(zhuǎn)時(shí)的同步電機(jī)的三相電流應(yīng)該為幅值相等且相位互差120度的正弦波。當(dāng)判斷出現(xiàn)三相電流的幅值不相等或者相位互差不為120度的正弦波時(shí)便可以判斷為電機(jī)已經(jīng)失步，從而可進(jìn)行關(guān)波等進(jìn)一步保護(hù)處理，由此防止故障損害的進(jìn)一步擴(kuò)大，降低損失并提高安全性。
【專利說(shuō)明】—種同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)控制【技術(shù)領(lǐng)域】。特別涉及一種同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁同步電機(jī)(PMSM)的控制方法分為有位置傳感器控制和無(wú)位置傳感器控制，對(duì)于有位置傳感器的電機(jī)控制來(lái)說(shuō)，電機(jī)的磁場(chǎng)位置是通過(guò)位置傳感器檢測(cè)確定的。而無(wú)位置傳感器控制的轉(zhuǎn)子位置是通過(guò)軟件中的位置估算模塊來(lái)估算的。失步是相對(duì)于同步來(lái)定義的，即定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁鋼磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)不同步。在PMSM系統(tǒng)中，系統(tǒng)負(fù)載過(guò)高或電機(jī)本身性能下降等原因會(huì)導(dǎo)致失步出現(xiàn)，電機(jī)失步后，其轉(zhuǎn)速一般是不可控的，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果，從而來(lái)帶嚴(yán)重的損失以及安全隱患。通常而言，電機(jī)失步包括以下三種情況:
[0003]1、失步后無(wú)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng):即定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子都不旋轉(zhuǎn)。
[0004]2、失步后電機(jī)反轉(zhuǎn):因負(fù)載沖擊或其他原因，致使電機(jī)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
[0005]3、失步后轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn):即轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)而定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。
[0007]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種可精確判斷同步電機(jī)是否發(fā)生失步的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法，包括以下步驟:檢測(cè)同步電機(jī)的三相電流；判斷所述三相電流之間的關(guān)系是否滿足預(yù)定條件；以及如果所述三相電流之間的關(guān)系不滿足所述預(yù)定條件，則判斷所述同步電機(jī)失步。
[0009]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法，根據(jù)檢測(cè)的三相電流，實(shí)時(shí)計(jì)算出三相電流之間的關(guān)系。正常情況下正轉(zhuǎn)時(shí)的同步電機(jī)的三相電流應(yīng)該為幅值相等且相位互差120度的正弦波。當(dāng)判斷出現(xiàn)三相電流的幅值不相等或者相位互差不為120度的正弦波時(shí)便可以判斷為電機(jī)已經(jīng)失步，從而可進(jìn)行關(guān)波等進(jìn)一步保護(hù)處理，由此防止故障損害的進(jìn)一步擴(kuò)大，降低損失并提高安全性。
[0010]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法的流程圖；
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法中同步電機(jī)發(fā)生第一失步類型的失步時(shí)的三相電流的波形圖；
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法中同步電機(jī)發(fā)生第二失步類型的失步時(shí)的三相電流的波形圖；
[0015]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法的流程圖；
[0016]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法中同步電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的電角度的波形圖；以及
[0017]圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法中同步電機(jī)發(fā)生第三失步類型的失步時(shí)的電角度的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0019]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0020]此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0021]在本發(fā)明的描述中，除非另有規(guī)定和限定，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。
[0022]以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法。
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法的流程圖。
[0024]如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0025]步驟S101，檢測(cè)同步電機(jī)的三相電流。具體地，通過(guò)電流霍爾傳感器檢測(cè)電流，將三相中任意兩相的引線分別穿過(guò)一個(gè)霍爾傳感器，當(dāng)線束中有電流經(jīng)過(guò)時(shí)，在霍爾傳感器中就會(huì)感應(yīng)出與實(shí)際電流等比例的電壓信號(hào)，通過(guò)DSP對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，然后根據(jù)變換比例將電壓信號(hào)還原成實(shí)際的電流，在得到上述任意兩相的電流后，根據(jù)以下公式計(jì)算另外一相電流，該公式為:
[0026]IA+IB+Ic=0,
[0027]其中，14、&和Ic表示A、B和C三相電流中。
[0028]步驟S102，判斷三相電流之間的關(guān)系是否滿足預(yù)定條件。具體地，判斷三相電流之間的關(guān)系是否滿足預(yù)定條件的步驟包括:
[0029]第一步，判斷三相電流中每一相電流的幅值是否為相等的正弦波。
[0030]第二步，如果是則繼續(xù)判斷三相電流中每一相電流的周期是否為相同的正弦波。
[0031]第三步，如果是則繼續(xù)判斷三相電流之間的相位互差是否為120度的正弦波。
[0032]第四步，如果三相電流之間的互差為120度的正弦波，則判斷三相電流之間的關(guān)系滿足所述預(yù)定條件。[0033]步驟S103，如果三相電流之間的關(guān)系不滿足所述預(yù)定條件，則判斷同步電機(jī)失步。
[0034]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法，根據(jù)檢測(cè)的三相電流，實(shí)時(shí)計(jì)算出三相電流之間的關(guān)系。正常情況下正轉(zhuǎn)時(shí)的同步電機(jī)的三相電流應(yīng)該為幅值相等且相位互差120度的正弦波。當(dāng)判斷出現(xiàn)三相電流的幅值不相等或者相位互差不為120度的正弦波時(shí)便可以判斷為電機(jī)已經(jīng)失步，從而可進(jìn)行關(guān)波等進(jìn)一步保護(hù)處理，由此防止故障損害的進(jìn)一步擴(kuò)大，降低損失并提高安全性。
[0035]對(duì)于同步電機(jī)的失步而言，失步包括多種類型。例如:(I)無(wú)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的失步，即定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子均不旋轉(zhuǎn)的失步。(2)電機(jī)反轉(zhuǎn)的失步，即同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的失步。(3)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)的失步，即轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)而定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的失步。針對(duì)上述三種情況，本發(fā)明實(shí)施例的方法還能夠判斷同步電機(jī)失步類型，由此方便查找導(dǎo)致失步的原因，從而進(jìn)行相應(yīng)的處理，避免類似失步的再次發(fā)生，提高安全性并降低損失。
[0036]進(jìn)一步地，在判斷三相電流之間的關(guān)系不滿足預(yù)定條件之后，還包括:根據(jù)三相電流之間的關(guān)系判斷同步電機(jī)失步類型，其中，同步電機(jī)失步類型包括第一失步類型和第二失步類型。以下以第一失步類型為無(wú)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的失步，即定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子均不旋轉(zhuǎn)的失步，第二失步類型為轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)的失步，即轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)而定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的失步進(jìn)行類型判斷。
[0037]更為具體地，如果判斷三相電流中每相電流均為直流，則判定為第一失步類型的失步。這是由于在無(wú)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的失步，即定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子均不旋轉(zhuǎn)的失步時(shí)，失步時(shí)的出現(xiàn)特殊位置和負(fù)載情況，推算出來(lái)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的值不正常。此時(shí)，根據(jù)無(wú)位置算法的速度估算和角度推算，得到速度增量為零，故角度的增量也為零，當(dāng)用于控制的電角度不變時(shí)，三相電流呈現(xiàn)直流現(xiàn)象，因此，當(dāng)判定三相電流呈直流后，則可判定是由于定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子均不旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的失步。
[0038]如圖2所示，是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法中同步電機(jī)發(fā)生第一失步類型的失步時(shí)的三相電流的波形圖。從圖2中可以看出，當(dāng)發(fā)生第一失步類型的失步時(shí)，三相電流中每相電流均為直流電。圖2中僅示出了其中兩相電流的波形。
[0039]否則，計(jì)算三相電流中每相電流的最大值，并判斷三個(gè)最大值中最大的一個(gè)和最小的一個(gè)的比值是否大于或等于預(yù)定閾值，如果是，則判定為第二失步類型的失步。具體地，對(duì)于一個(gè)周期內(nèi)三相電流取絕對(duì)值，求出每相的最大值，優(yōu)選地，為了提高電流檢測(cè)精度，可連續(xù)多次獲取三相電流的每一項(xiàng)的最大值，例如取5次，然后將每一相電流對(duì)應(yīng)的5個(gè)最大值進(jìn)行排序，取中間值作為后續(xù)比較時(shí)的最大值，這樣，提高電流檢測(cè)的精度，避免誤判的發(fā)生。另外，上述該預(yù)設(shè)閾值通常設(shè)為1.3左右。為了進(jìn)一步提高判斷的準(zhǔn)確性，可進(jìn)行多次獲取上述三個(gè)最大值和最小值，且每一次的比值均大于或等于該預(yù)定閾值后，判定為三相電失衡，即判定同步電機(jī)失步。具體地，因電機(jī)堵轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)子位置靜止不動(dòng)，轉(zhuǎn)子磁鋼的磁場(chǎng)固定不變，而處于磁極位置處的磁場(chǎng)強(qiáng)度最大。如果在停止的那一瞬間，Q軸感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)仍存在的話，根據(jù)無(wú)位置角度和速度的算法，仍能計(jì)算出定子轉(zhuǎn)速和角度增量，所以角度仍然會(huì)類似正常變化。角度的變化使合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子繞組后會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。根據(jù)以下公式可知在給定U相同的情況下，電流I的大小是由磁場(chǎng)強(qiáng)度B決定的，所以，三相定子線圈繞組處于不同的磁場(chǎng)下，直接造成了電流大小的不一樣，從而出現(xiàn)了三相電流不平衡(三相電流失衡)的現(xiàn)象，而對(duì)于三相電流失衡的判定，為三個(gè)最大值中最大的一個(gè)和最小的一個(gè)的比值如果大于或等于1.3時(shí)，則可判定三相電流失衡，因此從電流的變換可判斷出同步電機(jī)是否出現(xiàn)第三失步類型的失步。其中，公式為:
[0040]U=R*I+L*dI/dt+N*BLV。
[0041]根據(jù)三相電流值，實(shí)時(shí)計(jì)算出三相電流的關(guān)系。正常情況下三相電流應(yīng)該為幅值相等相位互差120度的正弦波。當(dāng)出現(xiàn)三相電流不平衡時(shí)，即可以判斷為電機(jī)已經(jīng)失步，從而能夠及時(shí)處理后續(xù)的補(bǔ)救工作，避免事故的發(fā)生并降低損失。
[0042]如圖3所示，是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法中同步電機(jī)發(fā)生第二失步類型的失步時(shí)的三相電流的波形圖。圖3中，僅僅示出了 A、C相電流波形，從波形圖中可以看出，發(fā)生第二失步類型的失步后，三相電流的幅值出現(xiàn)一大一小的情況，而相位仍正常變化。
[0043]同步電機(jī)的失步類型還包括第三失步類型。以下以第三失步類型為電機(jī)反轉(zhuǎn)的失步，即同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的失步為例進(jìn)行類型判斷。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0044]步驟S401，如果三相電流之間的關(guān)系滿足所述預(yù)定條件，則進(jìn)一步檢測(cè)同步電機(jī)的電角度，其中，電角度至少包括間隔預(yù)定時(shí)間檢測(cè)的第一和第二電角度且第二電角度的檢測(cè)時(shí)間晚于第一電角度的檢測(cè)時(shí)間。在該實(shí)例中，預(yù)定時(shí)間可以為但不限于:在無(wú)位置控制算法中的一個(gè)程序控制周期，即一個(gè)程序周期，第一電角度為一個(gè)周期內(nèi)的電角度，而第二電角度為下一周期內(nèi)的電角度。檢測(cè)電角度的條件為在控制進(jìn)入閉環(huán)控制之后，例如，首先判斷是否對(duì)同步電機(jī)的控制進(jìn)入了閉環(huán)控制階段，如果是則檢測(cè)用于同步電機(jī)控制的電角度(Theta)。具體地，檢測(cè)同步電機(jī)的電角度的步驟包括:
[0045]第一步，獲取α-β坐標(biāo)系中α軸的第一電壓和第一電流以及β軸的第二電壓和第二電流。即在無(wú)位置控 制算法中，經(jīng)過(guò)電流內(nèi)環(huán)的PI調(diào)節(jié)和坐標(biāo)變換，可以得到α、β軸的電壓^和乂0、電流Ia和Ie，其中，第一電壓為Va、第一電流為Ia，第二電壓為Ve、第二電流為Ie。
[0046]第二步，根據(jù)第一電SVa、第一電流Ia、第二電壓Ve和第二電流Ie得到感應(yīng)電
動(dòng)勢(shì)。例如根據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種同步電機(jī)的失步檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟: 檢測(cè)同步電機(jī)的三相電流； 判斷所述三相電流之間的關(guān)系是否滿足預(yù)定條件；以及 如果所述三相電流之間的關(guān)系不滿足所述預(yù)定條件，則判斷所述同步電機(jī)失步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述判斷三相電流之間的關(guān)系是否滿足預(yù)定條件的步驟包括: 判斷所述三相電流中每一相電流的幅值是否為相等的正弦波； 如果是則繼續(xù)判斷所述三相電流中每一相電流的周期是否為相同的正弦波； 如果是則繼續(xù)判斷所述三相電流之間的相位互差是否為120度的正弦波；以及如果所述三相電流之間的互差為120度的正弦波，則判斷所述三相電流之間的關(guān)系滿足所述預(yù)定條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在判斷所述三相電流之間的關(guān)系不滿足所述預(yù)定條件之后，還包括:根據(jù)所述三相電流之間的關(guān)系判斷所述同步電機(jī)失步類型，其中，所述同步電機(jī)失步類型包括第一失步類型和第二失步類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于， 如果判斷所述三相 電流中每相電流均為直流，則判定為第一失步類型的失步； 否則，計(jì)算所述三相電流中每相電流的最大值，并判斷三個(gè)最大值中最大的一個(gè)和最小的一個(gè)的比值是否大于或等于預(yù)定閾值，如果是，則判定為第二失步類型的失步。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述同步電機(jī)的失步類型還包括第三失步類型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括: 如果所述三相電流之間的關(guān)系滿足所述預(yù)定條件，則進(jìn)一步檢測(cè)同步電機(jī)的電角度，其中，所述電角度至少包括間隔預(yù)定時(shí)間檢測(cè)的第一和第二電角度且所述第二電角度的檢測(cè)時(shí)間晚于第一電角度的檢測(cè)時(shí)間； 將所述第二電角度與所述第一電角度做差； 判斷差值是否小于第一預(yù)定角度； 如果所述差值小于所述第一預(yù)定角度，則進(jìn)一步判斷所述差值是否小于第二預(yù)定角度； 如果判斷所述差值小于所述第二預(yù)定角度，則判定為第三失步類型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述預(yù)定時(shí)間為一個(gè)程序周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述檢測(cè)同步電機(jī)的電角度的步驟包括: 獲取α-β坐標(biāo)系中α軸的第一電壓和第一電流以及β軸的第二電壓和第二電流； 根據(jù)所述第一電壓、第一電流、第二電壓和第二電流得到感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)； 根據(jù)所述感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和同步電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)得到同步電機(jī)的瞬時(shí)角速度；以及 對(duì)所述瞬時(shí)角速度進(jìn)行積分以得到所述電角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一預(yù)定角度由以下公式得到: θ =ΡωΤ, 其中，Θ為所述第一預(yù)定角度，所述P為同步電機(jī)極對(duì)數(shù)，ω為機(jī)械角速度，T為所述預(yù)定時(shí)間，所述第二預(yù)定角度為O。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在判斷所述同步電機(jī)失步之后，還包括:關(guān)斷PWM波以對(duì)所述同步電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。
【文檔編號(hào)】H02P8/38GK103701377SQ201210367290
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月27日
【發(fā)明者】羅輝, 杜智勇, 周旭光, 張?chǎng)析? 陳星 , 楊桃桃, 程立品 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司