CN104660138A - 永磁同步电机的零速保护装置及零速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种永磁同步电机的零速保护装置，其包括：反电势检测模块，用于实时检测永磁同步电机的反电势；零速判断模块，零速判断模块与反电势检测模块相连，用于对永磁同步电机的反电势与预设阈值进行比较，并根据比较结果判断永磁同步电机是否处于零速状态；零速保护模块，零速保护模块与零速判断模块相连，当永磁同步电机处于零速状态时，零速保护模块输出零速保护信号以关闭输入至永磁同步电机的控制信号。因此，该永磁同步电机的零速保护装置能够检测出永磁同步电机的零速状态，从而避免永磁同步电机在零速下通电而引起的过热或退磁现象。本发明还公开了一种永磁同步电机的零速检测方法。

Description

永磁同步电机的零速保护装置及零速检测方法

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种永磁同步电机的零速保护装置以及一种永磁同步电机的零速检测方法。

背景技术

永磁同步电机因具有功率惯量比大、效率高、调速范围宽等优点而得到越来越广泛的应用。永磁同步电机通常采用矢量控制以提高其效率。然而，矢量控制需要获取永磁同步电机转子的位置信息，例如，可以通过编码器、旋转变压器等角位置传感器直接测量出电机转子的角度，但是，这些角度传感器则会增加系统的成本。此外，在一些特殊的应用场合，例如在压缩机控制中，因其高温、高压的工况环境，角度传感器无法安装。因此，提出了无位置传感器的矢量控制，从而可以大大降低系统的成本。

相关技术中，无位置传感器的矢量控制通常根据永磁同步电机的电流、电压检测值，并通过位置估计器来估算出转子位置。但其存在的缺点是，永磁同步电机需要具有一定的转速，以保证反电势或磁通变化率在可检测范围内。一旦永磁同步电机的转速为零，位置估计器就无法估算出准确的位置估计值。若此时变频模块仍对永磁同步电机输电，则可能在错误的方向上对永磁同步电机输入电压，从而引起永磁同步电机过热甚至是退磁现象。

发明内容

本发明的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术缺陷。

为此，本发明的一个目的在于提出一种永磁同步电机的零速保护装置。该永磁同步电机的零速保护装置能够及时检测出永磁同步电机的零速状态，并在永磁同步电机处于零速状态时实施保护，从而避免永磁同步电机因零速而引起的过热或退磁现象。

本发明的另一个目的在于提出一种永磁同步电机的零速检测方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种永磁同步电机的零速保护装置，包括：反电势检测模块，用于实时检测所述永磁同步电机的反电势；零速判断模块，所述零速判断模块与所述反电势检测模块相连，用于对所述永磁同步电机的反电势与预设阈值进行比较，并根据比较结果判断所述永磁同步电机是否处于零速状态；零速保护模块，所述零速保护模块与所述零速判断模块相连，当所述永磁同步电机处于所述零速状态时，所述零速保护模块输出零速保护信号以关闭输入至所述永磁同步电机的控制信号。

根据本发明实施例提出的永磁同步电机的零速保护装置，通过反电势检测模块实时检测永磁同步电机的反电势，并利用零速判断模块对永磁同步电机的反电势与预设阈值进行比较，根据比较结果判断永磁同步电机是否处于零速状态，当判断永磁同步电机处于零速状态时，零速保护模块输出零速保护信号以关闭输入至永磁同步电机的控制信号，从而关闭变频模块的输出，达到保护永磁同步电机的目的。因此，该永磁同步电机的零速保护装置能够及时检测出永磁同步电机的零速状态，并在永磁同步电机处于零速状态时实施保护，从而避免永磁同步电机因零速而引起的过热或退磁现象。

在本发明的一个实施例中，所述反电势检测模块根据所述永磁同步电机的相电流、相电压和反电势模型以对所述永磁同步电机的反电势进行实时检测。

具体地，所述反电势检测模块根据以下公式获得所述永磁同步电机的反电势：

${E_{\mathrm{ex}}}^{\′}=\sqrt{{(v_{\mathrm{\γ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\γ}}+\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\δ}})}^2+{(v_{\mathrm{\δ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\δ}}-\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\γ}})}^2}$

其中，E_ex′为所述永磁同步电机的反电势，v_γ、v_δ为γ-δ轴坐标系下的γ轴电压、δ轴电压，i_γ、i_δ为所述γ-δ轴坐标系下的γ轴电流、δ轴电流，R为所述永磁同步电机每相绕组的电阻值，L_q为d-q轴坐标系下的q轴电感，为所述永磁同步电机的转子转速估计值。

具体地，所述γ-δ轴坐标系为与所述永磁同步电机的转子估计角度固连的坐标系。

在本发明的一个实施例中，当所述永磁同步电机的反电势小于等于所述预设阈值时，所述零速判断模块判断所述永磁同步电机处于所述零速状态；当所述永磁同步电机的反电势大于所述预设阈值时，所述零速判断模块判断所述永磁同步电机处于正常运行状态。

为达到上述的目的，本发明另一方面实施例提出了一种永磁同步电机的零速检测方法，包括以下步骤：检测所述永磁同步电机的相电流，并检测直流母线电压以获得所述永磁同步电机的相电压；根据所述永磁同步电机的相电流、相电压和反电势模型以对所述永磁同步电机的反电势进行实时检测；对所述永磁同步电机的反电势与预设阈值进行比较，并根据比较结果判断所述永磁同步电机是否处于零速状态。

根据本发明实施例提出的永磁同步电机的零速检测方法，通过检测永磁同步电机的相电流，并检测直流母线电压以获得永磁同步电机的相电压，进而根据永磁同步电机的相电流、相电压和反电势模型以对永磁同步电机的反电势进行实时检测，之后，对永磁同步电机的反电势与预设阈值进行比较，并根据比较结果判断永磁同步电机是否处于零速状态。因此，该永磁同步电机的零速检测方法能够及时检测出永磁同步电机的零速状态，从而可以在永磁同步电机处于零速状态时实施保护，避免永磁同步电机因零速而引起的过热或退磁现象。并且，该检测方法无需向电机注入高频激励信号，运算量较小，容易实现。

在本发明的一个实施例中，当所述永磁同步电机的反电势小于等于所述预设阈值时，判断所述永磁同步电机处于所述零速状态；当所述永磁同步电机的反电势大于所述预设阈值时，判断所述永磁同步电机处于正常运行状态。

进一步地，当所述永磁同步电机处于所述零速状态时，输出零速保护信号以关闭输入至所述永磁同步电机的控制信号。

具体地，根据以下公式获得所述永磁同步电机的反电势：

${E_{\mathrm{ex}}}^{\′}=\sqrt{{(v_{\mathrm{\γ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\γ}}+\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\δ}})}^2+{(v_{\mathrm{\δ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\δ}}-\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\γ}})}^2}$

其中，E_ex′为所述永磁同步电机的反电势，v_γ、v_δ为γ-δ轴坐标系下的γ轴电压、δ轴电压，i_γ、i_δ为所述γ-δ轴坐标系下的γ轴电流、δ轴电流，R为所述永磁同步电机每相绕组的电阻值，L_q为d-q轴坐标系下的q轴电感，为所述永磁同步电机的转子转速估计值。

具体地，所述γ-δ轴坐标系为与所述永磁同步电机的转子估计角度固连的坐标系。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有技术中永磁同步电机的控制系统的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的永磁同步电机的零速保护装置的方框示意图；

图3为根据本发明实施例的永磁同步电机的零速保护装置的α-β轴坐标系、d-q轴坐标系和γ-δ轴坐标系的示意图；以及

图4为根据本发明实施例的永磁同步电机的零速检测方法的流程图。

附图标记：

永磁同步电机1、反电势检测模块2、零速判断模块3、零速保护模块4，变频模块301’、控制器302’、相电流检测电路305’、直流母线电压检测电路304’和驱动电路303’。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面在描述本发明实施例提出的永磁同步电机的零速保护装置及零速检测方法之前，先来简单描述一下相关技术中永磁同步电机的无位置传感器的矢量控制。

相关技术中，为了避免注入高频信号引起的噪音和能量损耗，对于能效要求较高的应用对象，通常采用基于永磁同步电机的电流、电压基波的无位置传感器的矢量控制。例如，可以运用扩展反电势法、磁通观测法或滑模观测器等方法，根据直流母线电压与相电流检测值，实时估计出电机转子位置与转速。然而，这些矢量控制要求永磁同步电机具有一定的转速，以保证反电势或磁通变化率在可检测范围内。当永磁同步电机转速为零时，位置估计器无法估算出准确的转子位置与转速估计值。若此时变频模块仍对电机输电，则可能在错误的方向上对电机输入电压，从而引起电机过热甚至是退磁现象。

具体地，如图1所示，相关技术中的永磁同步电机1’的控制系统可以包括：永磁同步电机1’、变频模块301’、控制器302’、相电流检测电路305’、直流母线电压检测电路304’和驱动电路303’。其中，控制器302’例如MCU根据直流母线电压可以获得永磁同步电机1’的相电压，并根据相电压和相电流的检测值计算出永磁同步电机1’的转子位置与转速，从而进行矢量控制，向驱动电路303’输出PWM控制信号；变频模块301’根据驱动电路303’输出的PWM驱动信号进行开关动作，从而实现对永磁同步电机1’的电压输出。

另外，在一些相关技术中，永磁同步电机在转速低至零时仍能准确检测出转子位置与转速。虽然这些技术能实现零速状态的检测，但其运算量大，难以实现，且需要向永磁同步电机注入高频激励信号，导致永磁同步电机的噪音与损耗增加。

基于上述问题，本发明实施例提出一种永磁同步电机的零速保护装置以及一种永磁同步电机的零速检测方法。

下面附图来描述根据本发明实施例提出的永磁同步电机的零速保护装置及零速检测方法。

图2为根据本发明实施例的永磁同步电机的零速保护装置的方框示意图。如图2所示，该永磁同步电机的零速保护装置包括：反电势检测模块2、零速判断模块3和零速保护模块4。其中，反电势检测模块2用于实时检测永磁同步电机1的反电势；零速判断模块3与反电势检测模块2相连，用于对永磁同步电机1的反电势与预设阈值进行比较，并根据比较结果判断永磁同步电机1是否处于零速状态，即转速是否处于接近于零的状态。零速保护模块4与零速判断模块3相连，当永磁同步电机1处于零速状态时，零速保护模块4输出零速保护信号以关闭输入至永磁同步电机1的控制信号。

在本发明的一个实施例中，反电势检测模块2根据永磁同步电机1的相电流、相电压和反电势模型以对永磁同步电机1的反电势进行实时检测。具体而言，反电势检测模块2可以根据直流母线电压获取永磁同步电机1的相电压，并根据永磁同步电机1的相电压、相电流检测值以及反电势模型实现对永磁同步电机1的反电势的实时检测。

进一步地，当永磁同步电机1的反电势小于等于预设阈值时，零速判断模块3判断永磁同步电机1处于零速状态；当永磁同步电机1的反电势大于预设阈值时，零速判断模块3判断永磁同步电机1处于正常运行状态。

具体地，反电势检测模块2可以根据以下公式获得永磁同步电机1的反电势：

${E_{\mathrm{ex}}}^{\′}=\sqrt{{(v_{\mathrm{\γ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\γ}}+\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\δ}})}^2+{(v_{\mathrm{\δ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\δ}}-\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\γ}})}^2}$

其中，E_ex′为永磁同步电机1的反电势，v_γ、v_δ为γ-δ轴坐标系下的γ轴电压、δ轴电压，i_γ、i_δ为γ-δ轴坐标系下的γ轴电流、δ轴电流，R为永磁同步电机1每相绕组的电阻值，L_q为d-q轴坐标系下的q轴电感，为永磁同步电机1的转子转速估计值。

具体地，如图3所示，α-β轴坐标系为与定子绕组即S极固连的坐标系，d-q轴坐标系为与转子即N极固连的坐标系，γ-δ轴坐标系为与永磁同步电机1的转子估计角度固连的坐标系，即α-β轴坐标系与d-q轴坐标系相差的估计角度这样，假设α-β轴坐标系与d-q轴坐标系相差的实际角度为θ，则α-β轴坐标系与d-q轴坐标系相差的角度估计的误差为θ_e，即图3中γ-δ轴坐标系与d-q轴坐标系相差的角度。

具体而言，在d-q轴坐标系下，永磁同步电机1的模型可以根据以下公式获得：

$\left[\begin{array}{c}{v}_d\\ v_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R+{\mathrm{pL}}_d& {-\mathrm{\ωL}}_q\\ {\mathrm{\ωL}}_d& R+{\mathrm{pL}}_q\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ \mathrm{\ω\ψ}\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，R为永磁同步电机1每相绕组的电阻值，L_d与L_q为d-q轴坐标系下的d轴与q轴电感，ω为永磁同步电机1的转子转速，ψ为永磁同步电机1的转子磁通，p为微分算子。i_d与i_q为d-q轴坐标系下的d轴与q轴电流，v_d与v_q为d-q轴坐标系下的d轴与q轴电压。

通过移项处理，可得：

$\left[\begin{array}{c}{v}_d\\ v_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R+{\mathrm{pL}}_d& {-\mathrm{\ωL}}_q\\ {\mathrm{\ωL}}_q& R+{\mathrm{pL}}_d\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_d\\ i_q\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}0\\ E_{\mathrm{ex}}\end{array}\right]$

E_ex=ω[(L_d-L_q)i_d+ψ]-(L_d-L_q)(pi_q)    （2）

另外，根据u、v、w三相电压v_u、v_v、v_w与u、v、w三相电流i_u、i_v、i_w，以及α-β轴坐标系与d-q轴坐标系相差的角度估计的误差θ_e，可根据以下公式获取v_γ、v_δ与i_γ、i_δ：

$\left[\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{\γ}}\\ v_{\mathrm{\δ}}\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{cc}{\cos \mathrm{\θ}}_e& {-\sin \mathrm{\θ}}_e\\ {\sin \mathrm{\θ}}_e& {\cos \mathrm{\θ}}_e\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{v}_u\\ v_v\\ v_w\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\γ}}\\ i_{\mathrm{\δ}}\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{cc}{\cos \mathrm{\θ}}_e& {-\sin \mathrm{\θ}}_e\\ {\sin \mathrm{\θ}}_e& {\cos \mathrm{\θ}}_e\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_u\\ i_v\\ i_w\end{array}\right]$

这样，通过坐标变换，将公式（2）变换到γ-δ轴坐标系，则在γ-δ轴坐标系下，即在与永磁同步电机1的转子估计角度固连的坐标系下，永磁同步电机1的模型可以根据以下公式获得：

$\left[\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{\γ}}\\ v_{\mathrm{\δ}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}R+{\mathrm{pL}}_d& {-\mathrm{\ωL}}_q\\ {\mathrm{\ωL}}_q& R+{\mathrm{pL}}_d\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{\γ}}\\ i_{\mathrm{\δ}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{\γ}}\\ e_{\mathrm{\δ}}\end{array}\right]$

$\left[\begin{array}{c}{e}_{\mathrm{\γ}}\\ e_{\mathrm{\δ}}\end{array}\right]=E_{\mathrm{ex}}\left[\begin{array}{c}{-\sin \mathrm{\θ}}_e\\ {\cos \mathrm{\θ}}_e\end{array}\right]+(\widehat{\mathrm{\ω}}-\mathrm{\ω})L_d\left[\begin{array}{c}{-i}_{\mathrm{\δ}}\\ i_{\mathrm{\γ}}\end{array}\right]$

E_ex=ω[(L_d-L_q)i_d+ψ]-(L_d-L_q)(pi_q)    (3)

其中，θ_e为α-β轴坐标系与d-q轴坐标系相差的角度估计的误差，满足 为永磁同步电机1的转子转速估计值；v_γ、v_δ为γ-δ轴坐标系下的γ轴电压、δ轴电压，i_γ、i_δ为γ-δ轴坐标系下的γ轴电流、δ轴电流。

一般情况下，i_q变化率很小，因此(3)式中的(L_d-L_q)pi_q项可忽略不计。则永磁同步电机1的反电势E_ex’可简化为：

${E_{\mathrm{ex}}}^{\′}=\sqrt{{(v_{\mathrm{\γ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\γ}}+\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\δ}})}^2+{(v_{\mathrm{\δ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\δ}}-\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\γ}})}^2}---\left(4\right)$

若永磁同步电机1的转子转速接近于零，则由(3)式可知，永磁同步电机1的反电势E_ex′=0。

在应用中，为提高永磁同步电机1的运行效率，要保证id小于或等于0，而且对于永磁同步电机1而言，Ld小于或等于Lq，因此(Ld-Lq)id>0。这样，结合(3)式和(4)式可知，

E_ex’=K*|ω|    (5)

其中，K=(Ld-Lq)id+ψ>0。

因此，根据(5)式可知，E_ex’与ω成正比关系。这样，若E_ex’接近于零，则ω接近于零。

综上可知，反电势E_ex′满足：

其中，E_exth为零速判断模块3的预设阈值，具体地，E_exth可取为永磁同步电机1的最小转速的1/10与转子磁通ψ的乘积。这样，零速判断模块3可根据(6)式判断永磁同步电机1是否处于零速状态。

在本发明一个实施例中，当永磁同步电机1的反电势E_ex′小于等于预设阈值E_exth时，零速判断模块3判断永磁同步电机1处于零速状态；当永磁同步电机1的反电势E_ex′大于预设阈值E_exth时，零速判断模块3判断永磁同步电机处于正常运行状态。具体而言，通过检测永磁同步电机1的反电势E_ex′，并对永磁同步电机1的反电势E_ex′与预设阈值E_exth进行比较，从而判定永磁同步电机1是否处于零速状态，即转速是否处于接近于零的状态。

具体地，若永磁同步电机1处于零速状态，则零速判断模块3可以输出1，否则零速判断模块3可以输出0。然后，零速保护模块4根据零速判断模块3的零速状态的判断结果，采取如下的动作模式：当永磁同步电机1的转子处于零速状态时，零速保护模块4输出零速保护信号以关闭输入至永磁同步电机1的控制信号；当永磁同步电机1的转子转速正常时，保持正常运行。

总的来说，在本发明的实施例中，反电势检测模块2在线检测出永磁同步电机1的反电势，并以反电势大小作为判断零速状态的依据，最后根据判断结果给出正确的动作方式。也就是说，反电势检测模块2根据永磁同步电机1的反电势模型以及相电流、相电压的实测值，对反电势进行实时估算，零速判断模块3根据反电势的实时检测值以及预设阈值，判定永磁同步电机1是否出现零速状态。零速保护模块4根据零速判断模块3的零速状态判定结果采取如下的动作：若永磁同步电机1处于零速状态，则零速保护模块4马上输出零速保护信号，并关闭变频模块的输出，即言，停止控制器的PWM控制信号输出，并输出故障信号，从而达到了保护永磁同步电机1的目的；当永磁同步电机1的转子转速正常时，保持正常运行。

需要说明的是，以上实施例仅为本发明的优选实施例，并不局限于本实施例，对于本领域技术人员讲，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

另外，本发明实施例提出的永磁同步电机的零速保护装置适用于任何永磁同步电机无位置传感器的控制系统，例如，变频压缩机控制系统、直流风机驱动系统以及各种利用无位置传感器永磁同步电机驱动的家用电器产品。

根据本发明实施例提出的永磁同步电机的零速保护装置，通过反电势检测模块实时检测永磁同步电机的反电势，并利用零速判断模块对永磁同步电机的反电势与预设阈值进行比较，根据比较结果判断永磁同步电机是否处于零速状态，当判断永磁同步电机处于零速状态时，零速保护模块输出零速保护信号以关闭输入至永磁同步电机的控制信号。因此，该永磁同步电机的零速保护装置能够检测出永磁同步电机的零速状态，从而避免永磁同步电机在零速下通电而引起的过热或退磁现象。

图4为根据本发明实施例的永磁同步电机的零速检测方法的流程图。如图4所示，该永磁同步电机的零速检测方法包括以下步骤：

S1，检测永磁同步电机的相电流，并检测直流母线电压以获得永磁同步电机的相电压。

S2，根据永磁同步电机的相电流、相电压和反电势模型以对永磁同步电机的反电势进行实时检测。

具体地，可以根据以下公式获得永磁同步电机的反电势：

${E_{\mathrm{ex}}}^{\′}=\sqrt{{(v_{\mathrm{\γ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\γ}}+\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\δ}})}^2+{(v_{\mathrm{\δ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\δ}}-\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\γ}})}^2}$

其中，E_ex′为永磁同步电机的反电势，v_γ、v_δ为γ-δ轴坐标系下的γ轴电压、δ轴电压，i_γ、i_δ为γ-δ轴坐标系下的γ轴电流、δ轴电流，R为永磁同步电机每相绕组的电阻值，L_q为d-q轴坐标系下的q轴电感，为永磁同步电机的转子转速估计值。

其中，γ-δ轴坐标系为与永磁同步电机的转子估计角度固连的坐标系。

S3，对永磁同步电机的反电势与预设阈值进行比较，并根据比较结果判断永磁同步电机是否处于零速状态。

具体地，当永磁同步电机的反电势小于等于预设阈值时，判断永磁同步电机处于零速状态；当永磁同步电机的反电势大于预设阈值时，判断永磁同步电机处于正常运行状态。例如，若永磁同步电机1处于零速状态，则零速判断模块3可以输出1，否则零速判断模块3可以输出0。

进一步地，在步骤S3之后，当永磁同步电机处于零速状态时，输出零速保护信号以关闭输入至永磁同步电机的控制信号。当永磁同步电机1的转子转速正常时，保持正常运行。

根据本发明实施例提出的永磁同步电机的零速检测方法，通过检测永磁同步电机的相电流，并检测直流母线电压以获得永磁同步电机的相电压，进而根据永磁同步电机的相电流、相电压和反电势模型以对永磁同步电机的反电势进行实时检测，之后，对永磁同步电机的反电势与预设阈值进行比较，并根据比较结果判断永磁同步电机是否处于零速状态。因此，该永磁同步电机的零速检测方法能够检测出永磁同步电机的零速状态，从而避免永磁同步电机在零速下通电而引起的过热或退磁现象。并且，该检测方法无需向电机注入高频激励信号，运算量较小，容易实现。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，″计算机可读介质″可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或多个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（RAM），只读存储器（ROM），可擦除可编辑只读存储器（EPROM或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（CDROM）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种永磁同步电机的零速保护装置，其特征在于，包括：

反电势检测模块，用于实时检测所述永磁同步电机的反电势；

零速判断模块，所述零速判断模块与所述反电势检测模块相连，用于对所述永磁同步电机的反电势与预设阈值进行比较，并根据比较结果判断所述永磁同步电机是否处于零速状态；以及

零速保护模块，所述零速保护模块与所述零速判断模块相连，当所述永磁同步电机处于所述零速状态时，所述零速保护模块输出零速保护信号以关闭输入至所述永磁同步电机的控制信号。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机的零速保护装置，其特征在于，所述反电势检测模块根据所述永磁同步电机的相电流、相电压和反电势模型以对所述永磁同步电机的反电势进行实时检测。

3.如权利要求2所述的永磁同步电机的零速保护装置，其特征在于，所述反电势检测模块根据以下公式获得所述永磁同步电机的反电势：

${E_{\mathrm{ex}}}^{\′}=\sqrt{{(v_{\mathrm{\γ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\γ}}+\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\δ}})}^2+{(v_{\mathrm{\δ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\δ}}-\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\γ}})}^2}$

其中，E_ex′为所述永磁同步电机的反电势，v_γ、v_δ为γ-δ轴坐标系下的γ轴电压、δ轴电压，i_γ、i_δ为所述γ-δ轴坐标系下的γ轴电流、δ轴电流，R为所述永磁同步电机每相绕组的电阻值，L_q为d-q轴坐标系下的q轴电感，为所述永磁同步电机的转子转速估计值。

4.如权利要求3所述的永磁同步电机的零速保护装置，其特征在于，所述γ-δ轴坐标系为与所述永磁同步电机的转子估计角度固连的坐标系。

5.如权利要求3所述的永磁同步电机的零速保护装置，其特征在于，

当所述永磁同步电机的反电势小于等于所述预设阈值时，所述零速判断模块判断所述永磁同步电机处于所述零速状态；

当所述永磁同步电机的反电势大于所述预设阈值时，所述零速判断模块判断所述永磁同步电机处于正常运行状态。

6.一种永磁同步电机的零速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测所述永磁同步电机的相电流，并检测直流母线电压以获得所述永磁同步电机的相电压；

根据所述永磁同步电机的相电流、相电压和反电势模型以对所述永磁同步电机的反电势进行实时检测；

对所述永磁同步电机的反电势与预设阈值进行比较，并根据比较结果判断所述永磁同步电机是否处于零速状态。

7.如权利要求6所述的永磁同步电机的零速检测方法，其特征在于，

当所述永磁同步电机的反电势小于等于所述预设阈值时，判断所述永磁同步电机处于所述零速状态；

当所述永磁同步电机的反电势大于所述预设阈值时，判断所述永磁同步电机处于正常运行状态。

8.如权利要求7所述的永磁同步电机的零速检测方法，其特征在于，当所述永磁同步电机处于所述零速状态时，输出零速保护信号以关闭输入至所述永磁同步电机的控制信号。

9.如权利要求6所述的永磁同步电机的零速检测方法，其特征在于，根据以下公式获得所述永磁同步电机的反电势：

${E_{\mathrm{ex}}}^{\′}=\sqrt{{(v_{\mathrm{\γ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\γ}}+\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\δ}})}^2+{(v_{\mathrm{\δ}}-{\mathrm{Ri}}_{\mathrm{\δ}}-\widehat{\mathrm{\ω}}{L}_q{i}_{\mathrm{\γ}})}^2}$

其中，E_ex′为所述永磁同步电机的反电势，v_γ、v_δ为γ-δ轴坐标系下的γ轴电压、δ轴电压，i_γ、i_δ为所述γ-δ轴坐标系下的γ轴电流、δ轴电流，R为所述永磁同步电机每相绕组的电阻值，L_q为d-q轴坐标系下的q轴电感，为所述永磁同步电机的转子转速估计值。

10.如权利要求9所述的永磁同步电机的零速检测方法，其特征在于，所述γ-δ轴坐标系为与所述永磁同步电机的转子估计角度固连的坐标系。