CN103151983A - 永磁伺服电机的加热方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种永磁伺服电机的加热方法及系统，该加热方法包括以下步骤：步骤S1、检测该永磁伺服电机的温度；步骤S2、判断该温度所在的区间；步骤S3、断开该永磁伺服电机的电源，并返回步骤S1；步骤S4、设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机；步骤S5、设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作。本发明就是利用电机在扭矩输出为零电机不转动的情况下给电机预热，使轴承与轴瓦轴承受热均匀后，再使电机开始正常工作从而避免了电机轴承损坏。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电变桨伺服系统的加热方法及系统，特别是涉及一种永磁伺服电机的加热方法及系统。
背景技术
在风电变桨伺服系统中，特别是在北方严寒的环境中，电机运行过程时，由于铜损、铁损、涡流等因素引起的损耗都会转换为热能，电机的散热能力成为制约其S1工作制（连续工作制）输出功率的主要因素。在低温环境下运行时，只要电机在运行，一般不必担心其性能与寿命受到低温的影响。但如果在低温环境下长时间停机后，重新启机，则需重点关注低温因素。这是因为在低温环境下长时间停机后，重新启动，由于轴承与轴瓦轴承导热性有差异，突然的从低温升到高温，轴在转动中会造成轴承与轴瓦轴承与滚珠之间的配合间隙不正常，时间一长就会出现烧瓦或滚珠破损的现象，造成电机转子与定子摩擦增大运行阻力，严重时会导致电机堵转烧毁。而且在过低的温度下润滑液粘稠甚至冻结系统工作负荷增加导致润滑不良，加速轴承损坏。
对于永磁伺服电机而言，在精确矢量控制模式下，d轴电流Id=0，电机电流Is等于q轴电流Iq，与输出转矩成近似线性关系。所谓矢量控制模式就是通过电机的等效电路来得出一些磁链方程，包括定子磁链，气隙磁链，转子磁链，其中气隙磁链是连接定子和转子的．一般的感应电机转子电流不易测量，所以通过气隙来中转，把它变成定子电流．然后，用坐标变换，通过3/2变换，变成静止的d-q坐标，再通过磁链方程产生的单位矢量来得到旋转坐标下的类似于直流机的转矩电流分量和磁场电流分量，这样就实现了解耦控制，加快了系统的响应速度，最后再经过2/3变换，产生三相交流电去控制电机，从而实现精确的矢量控制。
如果在静止状态，通过简单地输出电流来加热电机，则同时电机有转矩输出，与制动器的制动扭矩相抗，这方案在常温下也可以成立，前提是电机转矩和桨叶偏心转矩之和必须小于制动扭矩。在低温环境下，这种简单的加热方案是有风险的。由于极低温条件下，电机轴承的润滑脂可能凝结，受力状态下可能造成轴承寿命下降；制动器法兰面可能结冰，造成扭矩下降，电机输出转矩，有可能驱动桨叶进行不必要的转动，影响整机安全。因此，简单地输出电机电流的加热方式不可取。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中缺乏简单有效的加热方式、在电机运行不受影响的情况下加热电机的缺陷，提供一种利用电机在扭矩输出为零电机不转动的情况下给电机预热，使轴承与轴瓦轴承受热均匀后，再使电机开始正常工作从而避免了电机轴承损坏的简单有效的永磁伺服电机的加热方法及系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种永磁伺服电机的加热方法，该永磁伺服电机包括一制动器，其特点在于，该加热方法包括以下步骤：
步骤S1、检测该永磁伺服电机的温度；
步骤S2、判断该温度所在的区间，若该温度落入一第一区间，进入步骤S3；若该温度落入一第二区间，进入步骤S4；若该温度落入一第三区间，进入步骤S5；
步骤S3、该制动器处于制动状态，断开该永磁伺服电机的电源，并返回步骤S1；
步骤S4、设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至该温度达到一第二阈值；
步骤S5、设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作，其中，
该第一区间为小于一第一阈值的温度区间，该第一阈值表示该永磁伺服电机的最低工作温度，该第二区间为该第一阈值和该第二阈值之间的温度区间，该第二阈值表示该永磁伺服电机的正常工作温度，该第三区间为大于该第二阈值的温度区间。
对于伺服电机而言，要实现精确矢量控制，其前提是要精确检测转子位置。如果电气零位不准确，就会造成Id不为0，电机发热增加，转矩系数下降。如果电气零位相差90度，则电机输出Is=Id,Iq=0,输出转矩为0。这样对于静止状态加热而言，电机出的力就是输出转矩，输出转矩为零即电机静止，由此利用输出电流来为该永磁伺服电机加热，同时又避免了加热时该永磁伺服电机的运行可能造成的事故，实现了该永磁伺服电机的静止加热。
优选地，步骤S4包括以下步骤：
步骤S41、设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机；
步骤S42、再次检测该永磁伺服电机的温度，判断该温度是否落入一第四区间或者一第五区间，若落入该第四区间，进入步骤S43；若落入该第五区间，进入步骤S44，
步骤S43、设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作直至再次温度检测；
步骤S44、设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至再次温度检测，
其中，该第四区间为一第三阈值与该第二阈值之间的温度区间，该第五区间为该第一阈值与该第三阈值之间的温度区间，该第三阈值介于该第一阈值和该第二阈值之间。
也就是说，在电机的加热过程中，温度第一次从该第一阈值上升至第二阈值的过程中，电气零位为90°，电机始终加热，而在温度大于该第二阈值之后，由于停止了加热步骤，在电机正常运行的过程中，温度又可以能会回落，然而为了防止在临界点的多次跳变，在温度的回落过程中，电机并非是始终加热的，只有当温度回落至该第五区间时（即相对温度较低的区间）才开始加热电机，有效防止了在临界点的多次跳变，实现了电机加热和正常使用之间的平衡。
优选地，该第一阈值为-20℃，该第二阈值为10℃，该第三阈值为0℃。
当温度低于该第一阈值时，即使发送开机命令至该电机，该电机的制动器也依然处于制动状态，该电机无法开机。只有温度高于该第一阈值，发送开机命令后，该制动器才可以松开，此时，视温度所落入的具体区间来执行对应的操作。制动器松开后，该电机才能够正常运行。
优选地，步骤S1中以一预设频率检测该永磁伺服电机的温度。
优选地，防止了在临界点的不断跳变的永磁伺服电机的加热方法包括以下步骤：
首次检测该电机的温度，并且判断该温度落入的范围，若落入该第一区间，则该制动器处于制动状态，断开该永磁伺服电机的电源，等待再次温度检测；若温度落入该第二区间，则设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至该温度达到该第二阈值后，停止加热，使电机正常运行；若落入该第三区间，则设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作；
该电机的加热过程中，再次检测该电机温度时，针对温度落入该第二区间的情况，还包括以下步骤：
判断再次检测的温度所落入的区间，若落入该第五区间（即相对温度较低的区间），才开始加热电机；若落入该第四区间，则使电机正常运行，不加热电机。
例如，首次检测温度之后，加热电机使电机的温度超过了10℃之后，停止加热，电机正常工作。此时，电机的温度可以会回落，在再次检测温度时，倘若回落到8℃，则落入了该第四区间，此时电机还是正常工作，并不加热；倘若回落幅度较大，例如回落至了-5℃，则加热电机直至电机达到10℃，也是就说，在这种情况下，在整个-5-10℃的区间内，电机始终加热。
本发明还提供一种永磁伺服电机的加热系统，该永磁伺服电机包括一制动器，其特点在于，该加热系统包括一温度传感装置、一控制装置和一启动装置，其中，
该温度传感装置用于检测该永磁伺服电机的温度；
该控制装置用于判断该温度所在的区间并且根据该温度所在的区间启用该启动装置；
该启动装置用于在该温度落入一第一区间中时使该制动器处于制动状态并断开该永磁伺服电机的电源；在该温度落入一第二区间中时设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至该温度达到一第二阈值；以及在该温度落入一第三区间中时设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源以使该永磁伺服电机正常工作，其中，
该第一区间为小于一第一阈值的温度区间，该第一阈值表示该永磁伺服电机的最低工作温度，该第二区间为该第一阈值和该第二阈值之间的温度区间，该第二阈值表示该永磁伺服电机的正常工作温度，该第三区间为大于该第二阈值的温度区间。
优选地，该控制装置还用于判断该温度是否落入一第四区间或者一第五区间，若落入该第四区间，控制该启动装置设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作直至再次温度检测；若落入该第五区间，则控制该启动装置设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至再次温度检测，
其中，该第四区间为一第三阈值与该第二阈值之间的温度区间，该第五区间为该第一阈值与该第三阈值之间的温度区间，该第三阈值介于该第一阈值和该第二阈值之间。
优选地，该第一阈值为-20℃，该第二阈值为10℃，该第三阈值为0℃。
优选地，该温度传感装置用于以一预设频率检测该永磁伺服电机的温度。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明就是利用电机在扭矩输出为零电机不转动的情况下给电机预热，使轴承与轴瓦轴承受热均匀后，再使电机开始正常工作从而避免了电机轴承损坏。本发明通过更改电气零位，人为地把系统的实际零位改为超前或滞后90度，使电机在通有电流的情况下没有转矩输出从而达到电机预热的目的，简单有效，丝毫不影响电机的正常运行。
2、本发明通过对第三阈值的设置，避免了加热系统在临界点的多次跳变，使得电机得以正常运行。
附图说明
图1为本发明一实施例的永磁伺服电机的加热方法的流程图。
图2为本发明一实施例的永磁伺服电机的加热系统的结构框图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
参考图1和图2，介绍本发明一实施例所述的永磁伺服电机的加热方法及系统。
该永磁伺服电机的加热方法，包括以下步骤：
步骤S1、检测该永磁伺服电机的温度；
步骤S2、判断该温度所在的区间，若该温度落入一第一区间，进入步骤S3；若该温度落入一第二区间，进入步骤S4；若该温度落入一第三区间，进入步骤S5；
步骤S3、该制动器处于制动状态，断开该永磁伺服电机的电源，并返回步骤S1；
步骤S4、设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至该温度达到一第二阈值；
步骤S5、设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作，其中，
该第一区间为小于一第一阈值的温度区间，该第一阈值表示该永磁伺服电机的最低工作温度，该第二区间为该第一阈值和该第二阈值之间的温度区间，该第二阈值表示该永磁伺服电机的正常工作温度，该第三区间为大于该第二阈值的温度区间。
对于本发明所述的静止状态加热而言，电机出的力就是输出转矩，输出转矩为零即电机静止，由此利用输出电流来为该永磁伺服电机加热，同时又避免了加热时该永磁伺服电机的运行可能造成的事故，实现了该永磁伺服电机的静止加热。
其中，为了防止在临界点处的多次频繁跳变，步骤S4包括以下步骤：
步骤S41、设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机；
步骤S42、再次检测该永磁伺服电机的温度，判断该温度是否落入一第四区间或者一第五区间，若落入该第四区间，进入步骤S43；若落入该第五区间，进入步骤S44，
步骤S43、设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作直至再次温度检测；
步骤S44、设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至再次温度检测，
其中，该第四区间为一第三阈值与该第二阈值之间的温度区间，该第五区间为该第一阈值与该第三阈值之间的温度区间，该第三阈值介于该第一阈值和该第二阈值之间。具体来说，该第一阈值为-20℃，该第二阈值为10℃，该第三阈值为0℃。
另外，以一预设频率检测该永磁伺服电机的温度，随后根据检测结果进入不同的流程分支，以使该永磁伺服电机得以在低温环境下正常运行。
参考图2，该永磁伺服电机的加热系统，包括一温度传感装置1、一控制装置2和一启动装置3，其中，
该温度传感装置1用于检测该永磁伺服电机的温度；
该控制装置2用于判断该温度所在的区间并且根据该温度所在的区间启用该启动装置；
该启动装置3用于在该温度落入一第一区间中时使该制动器处于制动状态并断开该永磁伺服电机的电源；在该温度落入一第二区间中时设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至该温度达到一第二阈值；以及在该温度落入一第三区间中时设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源以使该永磁伺服电机正常工作，其中，
该第一区间为小于一第一阈值的温度区间，该第一阈值表示该永磁伺服电机的最低工作温度，该第二区间为该第一阈值和该第二阈值之间的温度区间，该第二阈值表示该永磁伺服电机的正常工作温度，该第三区间为大于该第二阈值的温度区间。
其中，该控制装置2还用于判断该温度是否落入一第四区间或者一第五区间，若落入该第四区间，控制该启动装置3设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作直至再次温度检测；若落入该第五区间，则控制该启动装置3设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至再次温度检测，
其中，该第四区间为一第三阈值与该第二阈值之间的温度区间，该第五区间为该第一阈值与该第三阈值之间的温度区间，该第三阈值介于该第一阈值和该第二阈值之间。
具体来说，该第一阈值为-20℃，该第二阈值为10℃，该第三阈值为0℃。
另外，该温度传感装置1用于以一预设频率检测该永磁伺服电机的温度。
本发明就是利用电机在扭矩输出为零电机不转动的情况下给电机预热，使轴承与轴瓦轴承受热均匀后，再使电机开始正常工作从而避免了电机轴承损坏。本发明通过更改电气零位，人为地把系统的实际零位改为超前或滞后90度，使电机在通有电流的情况下没有转矩输出从而达到电机预热的目的，简单有效，丝毫不影响电机的正常运行。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种永磁伺服电机的加热方法，该永磁伺服电机包括一制动器，其特征在于，该加热方法包括以下步骤：
步骤S1、检测该永磁伺服电机的温度；
步骤S2、判断该温度所在的区间，若该温度落入一第一区间，进入步骤S3；若该温度落入一第二区间，进入步骤S4；若该温度落入一第三区间，进入步骤S5；
步骤S3、该制动器处于制动状态，断开该永磁伺服电机的电源，并返回步骤S1；
步骤S4、设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至该温度达到一第二阈值；
步骤S5、设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作，其中，
该第一区间为小于一第一阈值的温度区间，该第一阈值表示该永磁伺服电机的最低工作温度，该第二区间为该第一阈值和该第二阈值之间的温度区间，该第二阈值表示该永磁伺服电机的正常工作温度，该第三区间为大于该第二阈值的温度区间。
2.如权利要求1所述的永磁伺服电机的加热方法，其特征在于，步骤S4包括以下步骤：
步骤S41、设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机；
步骤S42、再次检测该永磁伺服电机的温度，判断该温度是否落入一第四区间或者一第五区间，若落入该第四区间，进入步骤S43；若落入该第五区间，进入步骤S44，
步骤S43、设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作直至再次温度检测；
步骤S44、设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至再次温度检测，
其中，该第四区间为一第三阈值与该第二阈值之间的温度区间，该第五区间为该第一阈值与该第三阈值之间的温度区间，该第三阈值介于该第一阈值和该第二阈值之间。
3.如权利要求2所述的永磁伺服电机的加热方法，其特征在于，该第一阈值为-20℃，该第二阈值为10℃，该第三阈值为0℃。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的永磁伺服电机的加热方法，其特征在于，步骤S1中以一预设频率检测该永磁伺服电机的温度。
5.一种永磁伺服电机的加热系统，该永磁伺服电机包括一制动器，其特征在于，该加热系统包括一温度传感装置、一控制装置和一启动装置，其中，
该温度传感装置用于检测该永磁伺服电机的温度；
该控制装置用于判断该温度所在的区间并且根据该温度所在的区间启用该启动装置；
该启动装置用于在该温度落入一第一区间中时使该制动器处于制动状态并断开该永磁伺服电机的电源；在该温度落入一第二区间中时设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至该温度达到一第二阈值；以及在该温度落入一第三区间中时设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源以使该永磁伺服电机正常工作，其中，
该第一区间为小于一第一阈值的温度区间，该第一阈值表示该永磁伺服电机的最低工作温度，该第二区间为该第一阈值和该第二阈值之间的温度区间，该第二阈值表示该永磁伺服电机的正常工作温度，该第三区间为大于该第二阈值的温度区间。
6.如权利要求5所述的永磁伺服电机的加热系统，其特征在于，该控制装置还用于判断该温度是否落入一第四区间或者一第五区间，若落入该第四区间，控制该启动装置设置该永磁伺服电机的电气零位为0°并接通该永磁伺服电机的电源，该永磁伺服电机正常工作直至再次温度检测；若落入该第五区间，则控制该启动装置设置该永磁伺服电机的电气零位为90°并接通该永磁伺服电机的电源以加热该永磁伺服电机直至再次温度检测，
其中，该第四区间为一第三阈值与该第二阈值之间的温度区间，该第五区间为该第一阈值与该第三阈值之间的温度区间，该第三阈值介于该第一阈值和该第二阈值之间。
7.如权利要求6所述的永磁伺服电机的加热系统，其特征在于，该第一阈值为-20℃，该第二阈值为10℃，该第三阈值为0℃。
8.如权利要求5-7中任意一项所述的永磁伺服电机的加热系统，其特征在于，该温度传感装置用于以一预设频率检测该永磁伺服电机的温度。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130612 |