CN106533279A - 一种同步电机失步检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种同步电机失步检测方法及装置，所述方法包括：计算所述同步电机的反电动势峰值，并根据所述反电动势峰值确定所述同步电机的输出电压阈值；计算每个控制周期的所述同步电机的输出电压峰值，并计算预设数量的控制周期内所述输出电压峰值的平均值；比较所述平均值与所述输出电压阈值，当所述平均值小于所述输出电压阈值时，确定所述同步电机失步。本发明根据反电动势的峰值设定同步电机的输出电压阈值，并用所述电压阈值与同步电机的输出电压峰值进行比较，确定同步电机的失步，检测准确、操作简单，而且不需要额外增加硬件，降低成本。

Description

一种同步电机失步检测方法及装置

技术领域

本发明涉及同步电机领域，特别是涉及一种同步电机失步检测方法及装置。

背景技术

永磁同步电机(PMSM)，它实际上是一种交流电机，其定子运行是三相角度相差120度的交流电，而转子则是永磁体。永磁同步电机是机电一体化的关键产品之一，因其具有效率高、体积小、噪音小等特点被广泛用于压缩机、鼓风机、伺服等领域。

但是永磁同步电机在运转过程中，由于负载过重或运行方式不当等很容易导致同步电机转子的旋转速度与定子磁场旋转速度不同步，造成同步电机失步。同步电机长时间处于失步状态，将导致同步电机绕组烧坏。

现有技术方案中一般通过硬件，如设计检测电路或使用传感器来检测永磁同步电机的失步故障。该硬件检测方法需要增加额外的器件，增加系统成本的成本和复杂度。

发明内容

鉴于上述状况，有必要针对现有技术中永磁同步电机失步故障检测过程复杂的问题，提供一种同步电机失步检测方法及装置。

本发明提供了一种同步电机失步检测方法，包括：

计算所述同步电机的反电动势峰值，并根据所述反电动势峰值确定所述同步电机的输出电压阈值；

计算每个控制周期的所述同步电机的输出电压峰值，并计算预设数量的控制周期内所述输出电压峰值的平均值；

比较所述平均值与所述输出电压阈值，当所述平均值小于所述输出电压阈值时，确定所述同步电机失步。

上述同步电机失步检测方法，其中，所述计算所述同步电机的反电动势峰值的步骤包括：

获取所述同步电机的当前给定转速；

根据所述当前给定转速计算所述同步电机的反电动势峰值，计算公式为：

Ue＝Ke*SpdRef，其中所述Ue为所述同步电机的反电动势峰值，所述Ke为所述同步电机的电压反电动势常数，SpdRef为所述同步电机的当前给定转速。

上述同步电机失步检测方法，其中，所述输出电压阈值的计算公式为：

UmThold＝0.4*Ue，其中，UmThold为所述同步电机的输出电压阈值，Ue为所述同步电机的反电动势峰值。

上述同步电机失步检测方法，其中，所述同步电机的输出电压峰值计算公式为：

其中，Um为所述同步电机在第m个控制周期的输出电压峰值，Ud为所述同步电机d轴的调制电压，Uq为所述同步电机q轴的调制电压。

上述同步电机失步检测方法，其中，所述控制周期的预设数量为800～1500。

本发明还提供了一种同步电机失步检测装置，包括：

确定模块，用于计算所述同步电机的反电动势峰值，并根据所述反电动势峰值确定所述同步电机的输出电压阈值；

第一计算模块，用于计算每个控制周期的所述同步电机的输出电压峰值，并计算预设数量的控制周期内所述输出电压峰值的平均值；

比较模块，用于比较所述平均值与所述输出电压阈值，当所述平均值小于所述输出电压阈值时，确定所述同步电机失步。

上述同步电机失步检测装置，其中，所述确定模块包括：

获取模块，用于获取所述同步电机的当前给定转速；

第二计算模块，用于根据所述当前给定转速计算所述同步电机的反电动势峰值，计算公式为：Ue＝Ke*SpdRef，其中所述Ue为所述同步电机的反电动势峰值，所述Ke为所述同步电机的电压反电动势常数，SpdRef为所述同步电机的当前给定转速。

上述同步电机失步检测装置，其中，所述第二计算模块还用于计算所述输出电压阈值，计算公式为：

UmThold＝0.4*Ue，其中，UmThold为所述同步电机的输出电压阈值，Ue为所述同步电机的反电动势峰值。

上述同步电机失步检测装置，其中，所述同步电机的输出电压峰值计算公式为：

其中，Um为所述同步电机在第m个控制周期的输出电压峰值，Ud为所述同步电机d轴的调制电压，Uq为所述同步电机q轴的调制电压。

上述同步电机失步检测装置，其中，所述控制周期的预设数量为800～1500。

本发明根据反电动势的峰值设定同步电机的输出电压阈值，并用所述电压阈值与同步电机的输出电压峰值进行比较，确定同步电机的失步，检测准确、操作简单，而且不需要额外增加硬件，降低成本。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的同步电机失步检测方法的流程图；

图2为本发明第二实施例提供的同步电机失步检测方法的流程图；

图3为本发明第三实施例提供的同步电机失步检测装置的结构框图。

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，而不能理解为对本发明的限制。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

本发明实施例中的同步电机为

请参阅图1，为本法明第一实施例中的同步电机失步检测方法，包括步骤：

步骤S11，计算所述同步电机的反电动势峰值，并根据所述反电动势峰值确定所述同步电机的输出电压阈值。

步骤S12，计算每个控制周期的所述同步电机的输出电压峰值，并计算预设数量的控制周期内所述输出电压峰值的平均值。

上述步骤中，每一个控制周期相当于同步电机的一个脉冲，由于每个周期计算的同步电机的电压峰值并不是恒定不变的，为了保证失步检测的准确性，计算一定数量的控制周期内同步电机的输出电压峰值的平均值，一般周期数为800～1500。例如，本实施例中，计算1000个控制周期的同步电机的输出电压峰值，并计算平均值。一般开机运行一定时间，待同步电机运行稳定后，开始循环地计算预设数量周期内的同步电机输出电压峰值的平均值。

步骤S13，比较所述平均值与所述输出电压阈值，当所述平均值小于所述输出电压阈值时，执行步骤S14，否则执行步骤S12。

步骤S14，确定所述同步电机失步。

同步电机正常运转过程中，电机的输出电压大部分用于平衡电机的反电动势，当同步电机发生失步故障时电机反电动势会急剧下降时，同步电机的输出电压相应的减小。而同步电机的反电动势的峰值为固定值，因此可根据反电动势的峰值设定同步电机的输出电压阈值，并用所述电压阈值与同步电机的输出电压峰值进行比较，判断同步电机的失步障碍。在一定数量的控制周期内的同步电机的输出电压峰值的平均值小于所述电压阈值时，说明该同步电机处于失步故障状态。此时，DSP处理器封锁PWM脉冲报故障停机保护。

本实施例通过比较控制状态变量中同步电机的输出电压峰值与反电势峰值来检测电机失步故障，检测准确、操作简单，而且不需要额外增加硬件，降低成本。

请参阅图2，为本发明第二实施例中的同步电机失步检测方法的流程图。如图2所示，所示方法包括步骤S21～S25。

步骤S21，获取所述同步电机的当前给定转速。

上述步骤中，同步电机的当前给定转速SpdRef的计算公式为：SpdRef＝60f/p，其中f为定子电流的电频率，p为电机的极对数。若电机极对数不变，则稳态时同步电机的给定转速为常数，同步电机定子电流的电频率不同时，给定转速不同。

步骤S22，根据所述当前给定转速计算所述同步电机的反电动势峰值。计算公式为：

Ue＝Ke*SpdRef，其中，所述Ue为所述同步电机的反电动势峰值，所述Ke为所述同步电机的电压反电动势常数，SpdRef为所述同步电机的当前给定转速。因此当获取到同步电机的当前给定转速时，可计算出同步电机在当前给定转速下的反电动势峰值。

步骤S23，根据所述反电动峰值计算所述同步电机的输出电压阈值。其计算公式为：

UmThold＝0.4*Ue＝0.4*Ke*SpdRef

其中，UmThold为所述同步电机的输出电压阈值，Ue为同步电机的反电动势峰值。

步骤S24，计算所述同步电机的输出电压峰值，并计算预设数量的控制周期内所述输出电压峰值的平均值。

上述步骤中，每个所述控制周期的所述同步电机的输出电压峰值计算公式为：

其中，Um为所述同步电机在第m个控制周期的输出电压峰值，Ud为所述同步电机d轴的调制电压，Uq为所述同步电机q轴的调制电压。本实施例中计算1000个控制周期内所述输出电压峰值的平均值，即：

步骤S25，比较所述平均值与所述输出电压阈值，并判断所述平均值是否小于所述输出电压阈值，当所述平均值小于所述输出电压阈值时，执行步骤S26，否则执行步骤24。

步骤S26，确定所述同步电机失步。

本实施例给出了同步电机的输出电压阈值的具体计算方法，通过比较同步电机的输出电压与输出电压阈值确定该同步电机是否失步。

请参阅图3，为本发明第三实施例中的同步电机失步检测装置的结构框图。如图3所示，所述同步电机失步检测装置包括确定模块10、第一计算模块20和比较模块30。

所述确定模块10用于计算所述同步电机的反电动势峰值，并根据所述反电动势峰值确定所述同步电机的输出电压阈值。

进一步的，所述确定模块10包括：

获取模块101，用于获取所述同步电机的当前给定转速；

第二计算模块102，用于根据所述当前给定转速计算所述同步电机的反电动势峰值，计算公式为：Ue＝Ke*SpdRef，其中所述Ue为所述同步电机的反电动势峰值，所述Ke为所述同步电机的电压反电动势常数，SpdRef为所述同步电机的当前给定转速。

进一步的，所述第二计算模块102还用于计算所述输出电压阈值，计算公式为：

UmThold＝0.4*Ue，其中，UmThold为所述同步电机的输出电压阈值，Ue为所述同步电机的反电动势峰值。

所述第一计算模块20用于计算每个控制周期的所述同步电机的输出电压峰值，并计算预设数量的控制周期内所述输出电压峰值的平均值。

进一步的，每个所述控制周期的所述同步电机的输出电压峰值计算公式为：

其中，Um为所述同步电机在第m个控制周期的输出电压峰值，Ud为所述同步电机d轴的调制电压，Uq为所述同步电机q轴的调制电压。

所述比较模块30用于比较所述平均值与所述输出电压阈值，当所述平均值小于所述输出电压阈值时，确定所述同步电机失步。

本实施例通过同步电机的反电势峰值确定同步电机的输出电压阈值，通过检测同步电机的d轴的调制电压和q轴的调制电压来检测同步电机的输出电压峰值，并通过比较预设数量的控制周期内同步电机的输出电压峰值的平均值与输出电压阈值的大小，确定该同步电机是否失步。

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，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种同步电机失步检测方法，其特征在于，包括：

计算所述同步电机的反电动势峰值，并根据所述反电动势峰值确定所述同步电机的输出电压阈值；

计算每个控制周期的所述同步电机的输出电压峰值，并计算预设数量的控制周期内所述输出电压峰值的平均值；

比较所述平均值与所述输出电压阈值，当所述平均值小于所述输出电压阈值时，确定所述同步电机失步。

2.如权利要求1所述的同步电机失步检测方法，其特征在于，所述计算所述同步电机的反电动势峰值的步骤包括：

获取所述同步电机的当前给定转速；

根据所述当前给定转速计算所述同步电机的反电动势峰值，计算公式为：

Ue＝Ke*SpdRef，其中所述Ue为所述同步电机的反电动势峰值，所述Ke为所述同步电机的电压反电动势常数，SpdRef为所述同步电机的当前给定转速。

3.如权利要求2所述的同步电机失步检测方法，其特征在于，所述输出电压阈值的计算公式为：

UmThold＝0.4*Ue，其中，UmThold为所述同步电机的输出电压阈值，Ue为所述同步电机的反电动势峰值。

4.如权利要求1所述的同步电机失步检测方法，其特征在于，所述同步电机的输出电压峰值计算公式为：

$Um=\sqrt{{\mathrm{Ud}}^2+{\mathrm{Uq}}^2}$

其中，Um为所述同步电机在第m个控制周期的输出电压峰值，Ud为所述同步电机d轴的调制电压，Uq为所述同步电机q轴的调制电压。

5.如权利要求1所述的同步电机失步检测方法，其特征在于，所述控制周期的预设数量为800～1500。

6.一种同步电机失步检测装置，其特征在于，包括：

确定模块，用于计算所述同步电机的反电动势峰值，并根据所述反电动势峰值确定所述同步电机的输出电压阈值；

第一计算模块，用于计算每个控制周期的所述同步电机的输出电压峰值，并计算预设数量的控制周期内所述输出电压峰值的平均值；

比较模块，用于比较所述平均值与所述输出电压阈值，当所述平均值小于所述输出电压阈值时，确定所述同步电机失步。

7.如权利要求6所述的同步电机失步检测装置，其特征在于，所述确定模块包括：

获取模块，用于获取所述同步电机的当前给定转速；

第二计算模块，用于根据所述当前给定转速计算所述同步电机的反电动势峰值，计算公式为：Ue＝Ke*SpdRef，其中所述Ue为所述同步电机的反电动势峰值，所述Ke为所述同步电机的电压反电动势常数，SpdRef为所述同步电机的当前给定转速。

8.如权利要求7所述的同步电机失步检测装置，其特征在于，所述第二计算模块还用于计算所述输出电压阈值，计算公式为：

UmThold＝0.4*Ue，其中，UmThold为所述同步电机的输出电压阈值，Ue为所述同步电机的反电动势峰值。

9.如权利要求6所述的同步电机失步检测装置，其特征在于，所述同步电机的输出电压峰值计算公式为：

$Um=\sqrt{{\mathrm{Ud}}^2+{\mathrm{Uq}}^2}$

其中，Um为所述同步电机在第m个控制周期的输出电压峰值，Ud为所述同步电机d轴的调制电压，Uq为所述同步电机q轴的调制电压。

10.如权利要求6所述的同步电机失步检测装置，其特征在于，所述控制周期的预设数量为800～1500。