CN105071710A - 一种永磁同步电机驱动器的过流保护方法 - Google Patents

Abstract

一种永磁同步电机驱动器的过流保护方法，它属于电机设备的技术领域。它的方法步骤一：永磁同步电机M正常运行时，微控制器U通过其内部计数器实时检测记录任意两相电流相邻过零点的时间，把此时间用D表示；步骤二：当永磁同步电机M出现过流或紧急情况需要停机时，微控制器U通过电流传感器L检测A、B、C三相电流状态，并控制开关管Q1～Q6的开关状态；步骤三：从电机M出现过流或紧急情况需要停机时刻算起，D₂时刻时关闭导通的开关管，所述D₂＝3D/2-D₁，实现对电机驱动器的过流保护。本发明能够显著减小甚至消除电机驱动器母线电容的电压泵升，在过流等紧急时刻保护驱动器安全。采用本发明的过流保护方法之后能够将母线电容泵升电压降低至原来的10％以下。

Description

一种永磁同步电机驱动器的过流保护方法

技术领域

本发明属于电机设备的技术领域。

背景技术

由于永磁同步电机较高的功率密度以及优异的控制特性被广泛用于交通、航天、家用电器等领域。但是，永磁同步电机需要专用驱动器进行控制。目前常用的驱动器一般采用交-直-交的主电路设计方案或者直接由直流源供电的直-交设计方案。无论采用何种设计方案都需要在驱动器的直流母线上加入大容量的电解电容来抑制电压波动。电解电容虽然具有价格便宜、能量密度高的优点，但是其稳定性差、寿命较低，容易受到外界温度的影响，在上电过程中容易产生冲击电流。减少电解电容的使用以及减小母线电容已经成为电机驱动器的发展方向，但目前还没有适用于小容量母线驱动器的过流保护方法。

目前，市场上常见的电机驱动器(不限于永磁同步电机驱动器)在遇到过流等紧急情况时，一般采用关闭所有开关管的方式迅速切断电机与电源的通路。但是切断开关管后电机绕组内的能量会通过开关管反向并联的二极管回馈到母线电容中，使得母线电容的电压迅速升高。母线电容的泵升电压主要同电机的电流、母线电容的容值相关。当驱动器母线电容容量较小时，会在电容上产生较大的泵升电压，极容易损坏母线电容。另外，如果母线电压超过开关管的额定电压，还有可能损坏开关管等器件。可见，现有的驱动器过流保护方法只能保护电机的安全，并不能保护驱动器的安全，尤其不能保护母线电容容量较小的驱动器。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁同步电机驱动器的过流保护方法，是为了解决现有的驱动器过流保护方法只能保护永磁同步电机的安全，并不能保护驱动器的安全，尤其存在不能保护母线电容容量较小的驱动器的问题。

所述的目的是通过以下方案实现的：所述的一种永磁同步电机驱动器的过流保护方法，它方法步骤为：

步骤一：永磁同步电机M正常运行时，微控制器U通过其内部计数器实时检测记录任意两相电流相邻过零点的时间，把此时间用D表示；计时的起始时刻为某一相电流的过零点，到下一个相电流过零点计数器清除为零，重新计时；

步骤二：当永磁同步电机M出现过流或紧急情况需要停机时，微控制器U通过电流传感器L检测A、B、C三相电流状态，并控制开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6的开关状态，即：

当A相电流为正、B相电流为负、C相电流为负时，开关管Q1导通，开关管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为负、B相电流为正、C相电流为正时，开关管Q2导通，开关管Q1、Q3、Q4、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为负、B相电流为正、C相电流为负时，开关管Q3导通，开关管Q1、Q2、Q4、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为正、B相电流为负、C相电流为正时，开关管Q4导通，开关管Q1、Q2、Q3、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为负、B相电流为负、C相电流为正时，开关管Q5导通，开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q6都关闭；

当A相电流为正、B相电流为正、C相电流为负时，开关管Q6导通，开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5都关闭；

同时微控制器U通过其内部计数器记录当电机M出现过流或紧急情况需要停机时刻到上一个相电流过零点的计数值D₁，D₁值的大小处于0与D之间；

步骤三：从电机M出现过流或紧急情况需要停机时刻算起，D₂时刻时关闭导通的开关管，所述D₂＝3D/2-D₁，实现对电机驱动器的过流保护。

本发明能够显著减小甚至消除电机驱动器母线电容的电压泵升，在过流等紧急时刻保护驱动器安全。采用本发明的过流保护方法之后能够将母线电容泵升电压降低至原来的10％以下。

另外，本保护方法能通过纯硬件电路实现过流保护功能，并且不需要电机转子的位置信息，具有极高的可靠性。亦可通过软件实现过流保护功能，算法实现简单、方便。

附图说明

图1是本发明方法涉及的电路结构简要示意图；

图2是一个电周期内电机的三相电流及相对应的逻辑区间示意图；

图3是未采用过流保护方法的电机M过流时刻的相电流波形图；

图4是未采用过流保护方法的电机M过流时刻母线电容C的电压波形图；

图5是采用过流保护方法后电机M过流时刻的相电流波形图；

图6是采用过流保护方法后电机M过流时刻母线电容C的电压波形图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，它方法步骤为：

步骤一：永磁同步电机M正常运行时，微控制器U通过其内部计数器实时检测记录任意两相电流相邻过零点的时间，把此时间用D表示；计时的起始时刻为某一相电流的过零点，到下一个相电流过零点计数器清除为零，重新计时；

步骤二：当永磁同步电机M出现过流或紧急情况需要停机时，微控制器U通过电流传感器L检测A、B、C三相电流状态，并控制开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6的开关状态，即：

当A相电流为正、B相电流为负、C相电流为负时，开关管Q1导通，开关管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为负、B相电流为正、C相电流为正时，开关管Q2导通，开关管Q1、Q3、Q4、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为负、B相电流为正、C相电流为负时，开关管Q3导通，开关管Q1、Q2、Q4、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为正、B相电流为负、C相电流为正时，开关管Q4导通，开关管Q1、Q2、Q3、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为负、B相电流为负、C相电流为正时，开关管Q5导通，开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q6都关闭；

当A相电流为正、B相电流为正、C相电流为负时，开关管Q6导通，开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5都关闭；

同时微控制器U通过其内部计数器记录当电机M出现过流或紧急情况需要停机时刻到上一个相电流过零点的计数值D₁，D₁值的大小处于0与D之间；

步骤三：从电机M出现过流或紧急情况需要停机时刻算起，D₂时刻时关闭导通的开关管，所述D₂＝3D/2-D₁，实现对电机驱动器的过流保护。

工作原理：通过电流传感器L检测永磁同步电机M的相电流，利用微控制器U内部的比较器判断相电流的方向。在一个电周期内通过三相电流及其不同流向组合可以得到相互对称的六个区间，如图2所示。每个区间对应开关管不同的导通逻辑。当过流发生时，首先判断过流时刻所处的区间，然后选择相应的导通逻辑进行过流保护，经过一定的导通时间D₂后关闭所有的开关管。未采用本文中的保护方法的电机过流后的电流波形如图3所示，开关管全部断开后电机绕组内的电流迅速流向母线电容，母线电容电压迅速上升，其波形如图4所示。同等条件下采用本过流保护方法后，整个保护过程中的电机M的相电流波形如图5所示，保护开始后的短时间内电机仍然处于电动状态，绕组内的能量转化为机械能，相比较而言流向母线电容的能量大为减少。图6表示采用过流保护方法后的母线电容C的电压波形。

Claims (1)

1.一种永磁同步电机驱动器的过流保护方法，其特征在于它的方法步骤为：

步骤一：永磁同步电机M正常运行时，微控制器U通过其内部计数器实时检测记录任意两相电流相邻过零点的时间，把此时间用D表示；计时的起始时刻为某一相电流的过零点，到下一个相电流过零点计数器清除为零，重新计时；

步骤二：当永磁同步电机M出现过流或紧急情况需要停机时，微控制器U通过电流传感器L检测A、B、C三相电流状态，并控制开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6的开关状态，即：

当A相电流为正、B相电流为负、C相电流为负时，开关管Q1导通，开关管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为负、B相电流为正、C相电流为正时，开关管Q2导通，开关管Q1、Q3、Q4、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为负、B相电流为正、C相电流为负时，开关管Q3导通，开关管Q1、Q2、Q4、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为正、B相电流为负、C相电流为正时，开关管Q4导通，开关管Q1、Q2、Q3、Q5、Q6都关闭；

当A相电流为负、B相电流为负、C相电流为正时，开关管Q5导通，开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q6都关闭；

当A相电流为正、B相电流为正、C相电流为负时，开关管Q6导通，开关管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5都关闭；

同时微控制器U通过其内部计数器记录当电机M出现过流或紧急情况需要停机时刻到上一个相电流过零点的计数值D₁，D₁值的大小处于0与D之间；

步骤三：从电机M出现过流或紧急情况需要停机时刻算起，D₂时刻时关闭导通的开关管，所述D₂＝3D/2-D₁，实现对电机驱动器的过流保护。