CN103746626A - 电机控制的堵转检测方法、装置和电机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于交流电机控制领域，尤其涉及一种无位置传感器的电机控制的堵转检测方法、装置和电机驱动装置。本发明提供的堵转检测装置和方法，通过一电流检测单元获取交流电机的相电流，经过估测计算后得到电机的估测转速。以该估测转速为判断参数，将其与预设阈值进行比较。当估测转速持续一段时间超过预设阈值时，判定电机堵转，并将判断结果反馈给控制单元，控制单元停止发送驱动信号，实现交流电机停机保护。该方案在对电机的转矩电流控制模式或者转速控制模式中均可应用，弥补了现有技术的不足。相应地，内置了上述堵转检测装置的电机驱动装置，可以实现转矩电流控制模式或者转速控制模式下的堵转检测，实用性强，并且安全可靠性高。

Description

电机控制的堵转检测方法、装置和电机驱动装置

技术领域

本发明属于交流电机控制领域，尤其涉及一种无位置传感器的电机控制的堵转检测方法、装置和电机驱动装置。

背景技术

电机在转速为零时，仍然输出扭矩即发生堵转。电机堵转的原因有很多，包括机械的或者人为的，例如：转子与定子接触被卡死、被驱动设备卡死、设备负荷太大电机无法驱动等等，都会造成堵转。

目前的交流电机，比如三相电机，其堵转保护主要通过采样相电流或者互感相电流的大小来判断电机的堵转现象。但是，部分电机由于其应用场合的特殊性，多采用无位置传感器的控制方案，例如空调器的风机。针对采用无位置传感器控制的场合，特别是转矩电流的控制方法，则无法通过该采样相电流或者互感相电流的方法来判断是否发生堵转。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的首先在于提供一种无位置传感器电机控制的堵转检测方法，以解决现有技术不能准确判断采用无位置传感器控制的电机是否发生堵转的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种无位置传感器电机控制的堵转检测方法，包括以下步骤：

获取交流电机的相电流；

根据所述相电流估测计算得出交流电机的估测转速；

将所述估测转速与预设阈值进行比较，当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判断确定交流电机发生堵转；

在确定交流电机发生堵转时，停止发送驱动信号，使得交流电机停机保护。

另一方面，本发明的目的还在于提供一种无位置传感器电机控制的堵转检测装置。具体而言，本发明提供的无位置传感器电机控制的堵转检测装置包括：

电流检测单元，用于获取交流电机的相电流；

滑模估测单元，用于根据所述电流检测单元获取的相电流估测计算得出交流电机的估测转速；

堵转判断单元，用于将所述估测转速与预设阈值进行比较，当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判断确定交流电机发生堵转；

控制单元，用于根据接收到的所述堵转判断单元的判断结果，继续发送或者停止发送驱动信号，在确定所述交流电机发生堵转时停止发送驱动信号。

本发明的目的还在于提供一种电机驱动装置，用于驱动交流电机，作为改进，所述电机驱动装置还包括一连接在交流电机及其驱动单元之间的如上所述的堵转检测装置。

根据本发明提供的无位置传感器的电机控制的堵转检测方法和装置，通过一电流检测单元获取交流电机的相电流，经过估测计算后得到交流电机的估测转速。以该估测转速为判断参数，将其与内置的预设阈值进行比较。因为堵转时，交流电机并非是完全静止的，而是呈现高频振动现象，因此，相电流快速发生变化，在估测中导致电机的估测转速很大。当估测转速持续一段时间超过预设的转速阈值时，判定电机堵转，并将判断结果反馈给控制单元，控制单元停止发送驱动信号，实现交流电机停机保护。该方案在对电机的转矩电流控制模式或者转速控制模式中均可应用，弥补了现有技术的不足。相应地，内置了上述电机控制的堵转检测装置的电机驱动装置，可以实现转矩电流控制模式或者转速控制模式下的堵转检测，实用性强，并且安全可靠性高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的无位置传感器电机控制的堵转检测方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的无位置传感器电机控制的堵转检测装置的结构框图；

图3是本发明实施例提供的滑模估测单元的示例结构框图；

图4是本发明实施例提供的堵转判断单元的的示例结构框图；

图5是本发明实施例提供的控制单元的示例结构框图；

图6是本发明实施例提供的电机驱动装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的无位置传感器的电机控制的堵转检测方法、装置和电机驱动装置，适用于包括单相或多相电机在内的交流电机，为了便于说明，下面的实施例仅以三相电机为例进行说明。但应该明白，该堵转检测方法、装置和电机驱动装置并不局限于三相电机，可以为单相或者其他多相电机。

本发明实施例首先提供一种无位置传感器电机控制的堵转检测方法，图1即是该堵转检测方法的实现流程图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

在步骤S10中，获取三相电机的相电流。

在本步骤中，获取相电流的方式有很多种，例如通过电流传感器就能直接检测出三相电机30的相电流。

在步骤S20中，根据所述相电流估测计算得出三相电机的估测转速。

在具体实施过程中，要由相电流得到估测转速，可以先对所述相电流进行clark变换，再将经过clark变换后的相电流进行滑模估测，计算得出三相电机的估测转速，即一般情况下，相电流与估测转速相对应。

在步骤S30中，将所述估测转速与预设阈值进行比较，当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判断确定三相电机发生堵转。

实际上，本步骤S30的具体实现过程可以分解为：

将所述估测转速与预设阈值进行比较；

若所述估测转速小于或等于预设阈值，返回获取三相电机相电流的步骤；

若所述估测转速大于预设阈值，开始计时；

当计时超过预设时间后，判断确定三相电机发生堵转。

在具体实现时，本步骤包括两个判断环节，一是判断估测转速与预设阈值的大小，二是判断估测转速大于预设阈值的时间是否大于预设时间。在第一个判断环节中得出估测转速大于预设阈值时才会进入第二个判断环节。若第二判断环节中发现估测转速大于预设阈值的时间在预设时间之内，也会继续执行获取三相电机相电流的步骤。

在步骤S40中，在确定三相电机发生堵转时，停止发送驱动信号，使得三相电机停机保护。

在本步骤中，一旦前置判断三相电机发生堵转时，控制单元即会停止发送驱动信号，使得三相电机停机保护。

根据本发明提供的无位置传感器电机控制的堵转检测方法，因为三相电机在堵转时并非完全静止，而是呈现高频振动现象，因此，相电流会快速发生变化，使得估测出的估测转速很大。当估测转速持续一段时间超过预设的转速阈值时，判定电机堵转，控制停止发送驱动信号，实现三相电机停机保护。该无位置传感器电机控制的堵转检测方法同样适用于对电机的转矩电流控制模式或者转速控制模式中，弥补了现有技术的不足。

图2是本发明实施例提供的堵转检测装置的结构框图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

无位置传感器电机控制的堵转检测装置10，连接在三相电机30及其驱动单元20之间，包括：

电流检测单元21，用于获取三相电机30的相电流I；

滑模估测单元22，接收所述电流检测单元21获取的相电流I，并根据该相电流I的大小估测、计算得出三相电机30的估测转速Vg；

堵转判断单元23，将所述估测转速Vg与内置的预设阈值Vm进行比较，当估测转速Vg在一预设时间T内持续大于预设阈值Vm时，判断确定三相电机30发生堵转；

控制单元24，接收堵转判断单元23的判断结果、根据三相电机30是否发生堵转而执行停止发送或者继续发送驱动信号给驱动单元20。在接收到确定三相电机30发生堵转的信息时，停止发送驱动信号，三相电机30实现停机保护。

根据本发明提供的无位置传感器电机控制的堵转检测装置，同样的，因为三相电机在堵转时并非完全静止，而是呈现高频振动现象，因此，相电流会快速发生变化，使得滑模估测单元估测出的估测转速很大。当估测转速持续一段时间超过预设的转速阈值时，判定电机堵转，并将判断结果反馈给控制单元，控制单元停止发送驱动信号，实现三相电机停机保护。该方案在对电机的转矩电流控制模式或者转速控制模式中均可应用，弥补了现有技术的不足。

在具体实现过程中，各个功能单元有若干种实施方式。例如，对于电流检测单元21来说，用一个或多个电流传感器就能直接检测出三相电机30的相电流I。

对于滑模估测单元22来说，根据相电流I计算出三相电机30的估测转速Vg，其可以包括clark变换模块221和转速估算模块222，如图3所示。其中，clark变换模块221用于对所述相电流I进行clark变换；转速估算模块222则用于将经过clark变换后的相电流I进行滑模估测，计算得出三相电机的估测转速Vg。

堵转判断单元23则可以包括比较模块231、时长判断模块232和确定模块233，如图4所示。其中，比较模块231用于将所述估测转速Vg与预设阈值Vm进行比较；时长判断模块232在估测转速Vg大于预设阈值Vm时，开始计时、并判断是否持续超过所述预设时间；确定模块233则在时长判断模块判断估测转速Vg持续大于预设阈值Vm时、确定三相电机发生堵转，并将信号发送给控制单元24。

需要注意的是，判断三相电机30是否堵转时，不能通过瞬间的检测结果判定，即不能根据某一时刻的估测转速Vg大于预设阈值Vm就判定电机堵转。考虑到使用环境和其他因素的影响，当估测转速Vg大于预设阈值Vm时，开始计时，持续超过一预设时间后才判定电机堵转。若在预设时间以内，估测转速Vg就降至预设阈值Vm以下时，则计时清零。

控制单元24包括判断模块241和停机保护模块242；其中，判断模块241用于根据堵转判断单元23的判断结果作出继续发送或者停止发送驱动信号的决定；停机保护模块242则用于当所述判断模块241作出停止发送驱动信号的决定时，令电机停机保护。可以理解的是，当堵转判断单元23判定电机堵转时，则控制单元24中的判断模块241决定停止发送驱动信号，停机保护模块242则停止发送驱动信号，三相电机30停机实现保护。

实际上，堵转判断单元23和控制单元24也可以集成于芯片上实现，本发明并不限制各个功能单元的实现方式。

本发明还提供一种电机驱动装置。图6即是本发明实施例提供的电机驱动装置的结构框图。同样地，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

一种电机驱动装置，与三相电机33相连，包括电源电路34和驱动单元32，作为改进，所述电机驱动装置还包括一连接在三相电机33及其驱动单元32之间的堵转检测装置310，该堵转检测装置310包括依次相连的：

电流检测单元311，用于获取三相电机的相电流；

滑模估测单元312，用于根据所述电流检测单元获取的相电流估测计算得出三相电机的估测转速；

堵转判断单元313，用于将所述估测转速与预设阈值进行比较，当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判断确定三相电机发生堵转；

控制单元314，用于根据接收到的所述堵转判断单元的判断结果、继续发送或者停止发送驱动信号给所述驱动单元，在确定三相电机发生堵转时停止发送驱动信号，使得三相电机停机保护。

相应地，上述的电机驱动装置中的滑模估测单元312包括：

clark变换模块，用于对所述相电流进行clark变换；

转速估算模块，用于将经过clark变换后的相电流进行滑模估测，计算得出三相电机的估测转速。

相应地，上述的电机驱动装置中的堵转判断单元313包括：

比较模块，用于将所述估测转速与预设阈值进行比较；

时长判断模块，用于当所述估测转速大于预设阈值时，开始计时并判断是否持续超过所述预设时间；

确定模块，用于当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判断确定三相电机发生堵转。

相应地，上述的电机驱动装置中的控制单元314包括：

判断模块，用于根据所述堵转判断单元的判断结果作出继续发送或者停止发送驱动信号的决定；

停机保护模块，当所述判断模块作出停止发送驱动信号的决定时，令电机停机保护。

根据本发明提供的无位置传感器的电机控制的堵转检测装置和方法，通过一电流检测单元获取交流电机的相电流，经过估测计算后得到交流电机的估测转速。以该估测转速为判断参数，将其与内置的预设阈值进行比较。因为堵转时，交流电机并非是完全静止的，而是呈现高频振动现象，因此，相电流快速发生变化，在估测中导致电机的估测转速很大。当估测转速持续一段时间超过预设的转速阈值时，判定电机堵转，并将判断结果反馈给控制单元，控制单元停止发送驱动信号，实现交流电机停机保护。该方案在对电机的转矩电流控制模式或者转速控制模式中均可应用，弥补了现有技术的不足。相应地，内置了上述堵转检测装置的电机驱动装置，可以实现转矩电流控制模式或者转速控制模式下的堵转检测，实用性强，并且安全可靠性高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种无位置传感器电机控制的堵转检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取交流电机的相电流；

根据所述相电流估测计算得出交流电机的估测转速；

将所述估测转速与预设阈值进行比较，当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判断确定交流电机发生堵转；

在确定交流电机发生堵转时，停止发送驱动信号，使得交流电机停机保护。

2.如权利要求1所述的无位置传感器电机控制的堵转检测方法，其特征在于，根据所述相电流估测计算得出交流电机的估测转速的步骤具体为：

对所述相电流进行clark变换；

将经过clark变换后的相电流进行滑模估测，计算得出交流电机的估测转速。

3.如权利要求1所述的无位置传感器电机控制的堵转检测方法，其特征在于，将所述估测转速与预设阈值进行比较，当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判断确定交流电机发生堵转的步骤具体为：

将所述估测转速与预设阈值进行比较；

若所述估测转速小于或等于预设阈值，返回获取交流电机相电流的步骤；

若所述估测转速大于预设阈值，开始计时；

当计时超过预设时间后，判断确定交流电机发生堵转。

4.一种无位置传感器电机控制的堵转检测装置，其特征在于，所述堵转检测装置包括：

电流检测单元，用于获取交流电机的相电流；

滑模估测单元，用于根据所述电流检测单元获取的相电流估测计算得出交流电机的估测转速；

堵转判断单元，用于将所述估测转速与预设阈值进行比较，当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判断确定交流电机发生堵转；

控制单元，用于根据接收到的所述堵转判断单元的判断结果，继续发送或者停止发送驱动信号，在确定所述交流电机发生堵转时停止发送驱动信号。

5.如权利要求4所述的无位置传感器电机控制的堵转检测装置，其特征在于，所述滑模估测单元包括：

clark变换模块，用于对所述相电流进行clark变换；

转速估算模块，用于将经过clark变换后的相电流进行滑模估测，计算得出交流电机的估测转速。

6.如权利要求4所述的无位置传感器电机控制的堵转检测装置，其特征在于，所述堵转判断单元包括：

比较模块，用于将所述估测转速与预设阈值进行比较；

时长判断模块，用于当所述估测转速大于预设阈值时，开始计时并判断是否持续超过所述预设时间；

确定模块，用于当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判定交流电机发生堵转。

7.如权利要求4所述的无位置传感器电机控制的堵转检测装置，其特征在于，所述控制单元包括：

判断模块，用于根据所述堵转判断单元的判断结果作出继续发送或者停止发送驱动信号的决定；

停机保护模块，当所述判断模块作出停止发送驱动信号的决定时，令电机停机保护。

8.如权利要求4所述的无位置传感器电机控制的堵转检测装置，其特征在于，所述交流电机为三相电机。

9.一种电机驱动装置，用于驱动交流电机，其特征在于，所述电机驱动装置具有堵转检测装置，所述堵转检测装置包括：

电流检测单元，用于获取交流电机的相电流；

滑模估测单元，用于根据所述电流检测单元获取的相电流估测计算得出交流电机的估测转速；

堵转判断单元，用于将所述估测转速与预设阈值进行比较，当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判断确定交流电机发生堵转；

控制单元，用于根据接收到的所述堵转判断单元的判断结果、继续发送或者停止发送驱动信号，在确定交流电机发生堵转时停止发送驱动信号。

10.如权利要求9所述的电机驱动装置，其特征在于，所述滑模估测单元包括：

clark变换模块，用于对所述相电流进行clark变换；

转速估算模块，用于将经过clark变换后的相电流进行滑模估测，计算得出交流电机的估测转速。

11.如权利要求9所述的电机驱动装置，其特征在于，所述堵转判断单元包括：

比较模块，用于将所述估测转速与预设阈值进行比较；

时长判断模块，用于当所述估测转速大于预设阈值时，开始计时并判断是否持续超过所述预设时间；

确定模块，用于当所述估测转速在一预设时间内持续大于所述预设阈值时，判断确定交流电机发生堵转。

12.如权利要求9所述的电机驱动装置，其特征在于，所述控制单元包括：

判断模块，用于根据所述堵转判断单元的判断结果作出继续发送或者停止发送驱动信号的决定；

停机保护模块，当所述判断模块作出停止发送驱动信号的决定时，令电机停机保护。

13.如权利要求9所述的电机驱动装置，其特征在于，所述交流电机为三相电机。

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