CN106655978A - 永磁同步电机过流保护方法、过流保护系统及无人飞行器 - Google Patents

永磁同步电机过流保护方法、过流保护系统及无人飞行器 Download PDF

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Abstract

本发明实施方式公开了一种永磁同步电机过流保护方法，包括以下步骤：对直流侧电流进行采样；将采样电流与阈值电流进行比较；根据比较结果发出控制信号。本发明实施方式还公开一种永磁同步电机过流保护系统和无人飞行器。本发明实施方式的永磁同步电机过流保护方法，能够快速地发现永磁同步电机的过流现象，并及时对过流现象做出控制处理，从而保障了过流产生时永磁同步电机或其控制系统的安全。

Description

永磁同步电机过流保护方法、过流保护系统及无人飞行器
技术领域
本发明涉及永磁同步电机控制技术领域，特别是涉及一种永磁同步电机过流保护方法、过流保护系统及无人飞行器。
背景技术
永磁同步电机由于具备功率密度高、体积小、不需要励磁、功率因素高以及位置控制精度高等优点，在高性能控制系统中得到了越来越广泛的应用。
然而，永磁同步电机在出现堵转、开关器件异常等情况时，容易导致电机电流过大的问题，从而可能烧毁电机。
发明内容
本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机过流保护方法、过流保护系统及无人飞行器，其能够在永磁同步电机发生堵转或其它异常情况而产生过流时，对永磁同步电机或其控制系统进行保护。
为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种永磁同步电机过流保护方法，包括：
对直流侧电流进行采样；
将采样电流与阈值电流进行比较；
根据比较结果发出控制信号。
在其中一些实施方式中，通过单电阻取样方式对所述直流侧电流进行采样。
在其中一些实施方式中，所述永磁同步电机过流保护方法还包括对采样电流进行滤波处理。
在其中一些实施方式中，所述将采样电流与阈值电流进行比较进一步包括：
判断采样电流是否小于或者等于阈值电流；若是，比较结果为未过流；若否，继续下一步骤；
继续判断采样电流大于阈值电流的持续时间是否小于预设时间；若是，比较结果为未过流；若否，比较结果为过流。
在其中一些实施方式中，所述预设时间为1s。
在其中一些实施方式中，所述阈值电流的大小为永磁同步电机满负荷运行时的直流侧电流大小的1.2倍。
在其中一些实施方式中，所述根据比较结果发出控制信号进一步包括：
当所述比较结果为未过流时，发出正常运行的控制信号；
和当所述比较结果为过流时，发出执行过流保护动作的控制信号。
在其中一些实施方式中，所述执行过流保护动作的控制信号包括切断电流控制信号或者减小PWM占空比控制信号。
本发明实施方式还提供一种永磁同步电机过流保护系统，所述永磁同步电机包括控制系统，所述永磁同步电机过流保护系统包括获取模块、判断模块和控制模块，所述获取模块用于对所述永磁同步电机的控制系统的直流侧电流进行采样；所述判断模块用于将所述获取模块获取的采样电流和预设于所述判断模块中的阈值电流进行比较；所述控制模块根据所述判断模块的比较结果输出相应的控制信号。
在其中一些实施方式中，所述获取模块通过单电阻取样方式对所述直流侧电流进行采样。
在其中一些实施方式中，所述获取模块还用于对所述采样电流进行滤波处理。
在其中一些实施方式中，所述阈值电流的大小为永磁同步电机满负荷运行时的直流侧电流大小的1.2倍。
在其中一些实施方式中，所述永磁同步电机的控制系统包括控制器，所述判断模块和所述控制模块均集成设置于所述控制器中。
本发明实施方式还提供一种无人飞行器，包括机身和安装于所述机身上的永磁同步电机，所述永磁同步电机包括控制系统，所述永磁同步电机的控制系统包括上述任一项所述的永磁同步电机过流保护系统。
本发明实施方式的有益效果是：本发明实施方式的永磁同步电机过流保护方法，通过对直流侧电流进行采样和比较，并根据比较结果发出控制信号，实现了快速地发现永磁同步电机的过流现象，并及时对过流现象做出控制处理，从而保障了过流产生时永磁同步电机或其控制系统的安全。
附图说明
图1是本发明实施方式的永磁同步电机过流保护方法的流程图。
图2是本发明实施方式的永磁同步电机过流保护系统的模块示意图。
图3是具有本发明实施方式的过流保护系统的永磁同步电机的控制系统方框示意图。
图4是本发明实施方式的永磁同步电机过流保护方法的一具体实施方式的流程图。
图5是具有本发明实施方式的过流保护系统的永磁同步电机的实验结果图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件被称为“电连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1示出了永磁同步电机100的控制系统方框示意图。永磁同步电机100的控制系统包括直流电源101、逆变器103、控制器105和过流保护系统300，直流电源101输出直流电流至逆变器103；控制器105用于根据指令输出PWM控制信号至逆变器103；逆变器103用于将直流电源101的直流电流根据控制器105输出的控制信号转换成三相交流电流，并将所述三相交流电流输出至永磁同步电机100，从而驱动永磁同步电机100。
请同时参阅图2，过流保护系统300包括获取模块301、判断模块303和控制模块305。
获取模块301电连接于直流电源101和逆变器103之间，也即，获取模块301电连接于永磁同步电机100的控制系统的直流侧。获取模块301用于对永磁同步电机100的控制系统的直流侧电流进行采样。
判断模块303包括预设其中的阈值电流，获取模块301获取的采样电流输出至判断模块303。判断模块303用于将所述采样电流和预设的所述阈值电流进行比较，判断所述采样电流是否大于所述阈值电流。
请再次参阅图3，本发明实施方式中，判断模块303集成设置于控制器105中，从而减小永磁同步电机100的控制系统的硬件设计体积。可以理解的是，判断模块303也可以不设置于控制器105中。
控制模块305用于根据判断模块303的所述采样电流和所述阈值电流的比较结果输出相应的控制信号。
本发明实施方式中，控制模块305集成设置于控制器105中，从而减小永磁同步电机100的控制系统的硬件设计体积。可以理解的是，控制模块305也可以不设置于控制器105中。
本发明实施方式中，控制模块305输出的控制信号通过控制器105输出至逆变器103，逆变器103根据所述控制信号调节输出电流，从而对永磁同步电机100进行保护。
图3示出了本发明实施方式的永磁同步电机过流保护方法，用于及时发现过流，并对过流进行控制，以避免永磁同步电机或永磁同步电机控制系统因过流而产生毁坏。所述永磁同步电机过流保护方法包括以下步骤：
S10：对直流侧电流进行采样。
本发明实施方式中，获取模块301采用单电阻取样方式获得直流侧电流。可以理解的是，获取模块301还可以采用电流传感器等其他方式对直流侧电流进行采样。
S11：将采样电流与阈值电流进行比较。
当所述采样电流大于所述阈值电流时，即判断为过流；当所述采样电流小于或者等于所述阈值电流时，即判断为未过流。
所述阈值电流的大小可以根据需求进行设置，本发明实施方式中，所述阈值电流的大小为永磁同步电机100满负荷运行时的直流侧电流大小的1.2倍。
S12：根据比较结果发出控制信号。
当判断模块303发出的比较结果为未过流时，控制模块305输出永磁同步电机100正常运行的控制信号；当判断模块303发出的比较结果为过流时，控制模块305输出执行过流保护动作的控制信号。
可以理解的是，所述执行过流保护动作的控制信号可以为切断电流控制信号或者是减小PWM占空比控制信号。本发明实施方式中，所述执行过流保护动作的控制信号优选为切断电流控制信号，从而当判断模块303发出的比较结果为过流时，控制模块305输出执行过流保护动作的控制信号，使永磁同步电机100因切断电流而停机，保障了过流产生时永磁同步电机100的安全。
本发明实施方式的永磁同步电机100的过流保护方法，通过对直流侧电流进行采样和比较，并根据比较结果发出控制信号，实现了快速地发现永磁同步电机100的过流现象，并及时地对过流现象做出控制处理，从而保障了过流产生时永磁同步电机100或其控制系统的安全。
请参阅图4，本发明还提供了永磁同步电机过流保护方法的一个具体实施例，包括以下步骤：
S20：对直流侧电流进行采样。
与上述永磁同步电机过流保护方法相同，本发明实施方式中，通过获取模块301采用单电阻取样方式获得直流侧电流。可以理解的是，获取模块301还可以采用电流传感器等其他方式对直流侧电流进行采样。
S21：对采样电流进行滤波处理。
本发明具体实施方式中，通过获取模块301对所述采样电流进行滤波处理，得到一个平滑可信的处理电流波形，以使后续步骤中的比较结果更加可信，避免了因外部干扰引起的电流波形波动引发本发明的过流保护。
可以理解的是，所述滤波处理可以是本领域普通技术人员常用的滤波处理方法，例如限幅滤波法或者中位值滤波法等，仅需根据需求进行选择即可。
S22：判断采样电流是否小于或者等于阈值电流；若是，比较结果为未过流，进行步骤S23；若否，继续进行步骤S24。
S23：发出正常运行的控制信号。
本发明实施方式中，当判断采样电流小于或者等于阈值电流时，也即，当判断模块303发出的比较结果为未过流时，控制模块305输出正常运行的控制信号，控制器105将控制模块305输出的正常运行的控制信号输出至逆变器103，逆变器103不改变输出电流，从而使永磁同步电机正常运行。
S24：判断采样电流大于阈值电流的持续时间是否小于预设时间；若是，比较结果为未过流，进行步骤S23；若否，比较结果为过流，进行步骤S25。
当S22中判断采样电流大于阈值电流时，进一步地，继续判断所述采样电流大于所述阈值电流的持续时间是否小于预设时间。当所述采样电流大于所述阈值电流的持续时间小于预设时间时，所述判断模块303输出的比较结果为未过流；当所述采样电流大于所述阈值电流的持续时间大于或者等于预设时间时，所述判断模块203输出的比较结果为过流。
本发明实施方式中，所述预设时间设置为1s，从而可以使永磁同步电机100的响应速度适用于由永磁同步电机100提供动力的无人飞行器的需求。可以理解的是，所述预设时间也可以根据具体需求设置不同的值。
S25：发出执行过流保护动作的控制信号。
当S24中判断模块303输出的结果为过流时，控制模块305输出执行过流保护动作的控制信号至控制器105，控制器105根据所述执行过流保护动作的控制信号对逆变器103的输出电流进行调节，从而保护永磁同步电机或其控制系统的安全。
可以理解的是，所述执行过流保护动作的控制信号可以为切断电流控制信号或者是减小PWM占空比控制信号。本发明实施方式中，所述执行过流保护动作的控制信号优选为切断电流控制信号，从而当判断模块303发出的比较结果为过流时，控制模块305输出切断电流控制信号，使永磁同步电机100因切断电流而停机，保障了过流产生时永磁同步电机100的安全。
请参阅图5，为采用本发明实施方式的过流保护系统和过流保护方法的永磁同步电机100的实验结果。从图中可以看出，当直流侧电流产生过流时，图中的相电流波形在a处的大小为0，也就是说，当直流侧电流产生过流时，永磁同步电机100因切断电流而停机，从而有效地实现了对永磁同步电机100和其控制系统的保护。
本发明实施方式还提供一种无人飞行器，所述无人飞行器包括机身、安装于所述机身上的永磁同步电机100，永磁同步电机100用于给所述无人飞行器提供动力。永磁同步电机100包括本发明实施方式的过流保护系统，并采用本发明实施方式的过流保护方法进行过流保护，从而保证了永磁同步电机100和其控制系统的安全，进一步保证了所述无人飞行器飞行时的安全。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种永磁同步电机过流保护方法，其特征在于，包括：
对直流侧电流进行采样；
将采样电流与阈值电流进行比较；
根据比较结果发出控制信号。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机过流保护方法，其特征在于，通过单电阻取样方式对所述直流侧电流进行采样。
3.根据权利要求1或2所述的永磁同步电机过流保护方法，其特征在于，所述永磁同步电机过流保护方法还包括对采样电流进行滤波处理。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的永磁同步电机过流保护方法，其特征在于，所述将采样电流与阈值电流进行比较进一步包括：
判断采样电流是否小于或者等于阈值电流；若是，比较结果为未过流；若否，继续下一步骤；
继续判断采样电流大于阈值电流的持续时间是否小于预设时间；若是，比较结果为未过流；若否，比较结果为过流。
5.根据权利要求4所述的永磁同步电机过流保护方法，其特征在于，所述预设时间为1s。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的永磁同步电机过流保护方法，其特征在于，所述阈值电流的大小为永磁同步电机满负荷运行时的直流侧电流大小的1.2倍。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的永磁同步电机过流保护方法，其特征在于，所述根据比较结果发出控制信号进一步包括：
当所述比较结果为未过流时，发出正常运行的控制信号；
和当所述比较结果为过流时，发出执行过流保护动作的控制信号。
8.根据权利要求7所述的永磁同步电机过流保护方法，其特征在于，所述执行过流保护动作的控制信号包括切断电流控制信号或者减小PWM占空比控制信号。
9.一种永磁同步电机过流保护系统，其特征在于，所述永磁同步电机包括控制系统，所述永磁同步电机过流保护系统包括获取模块、判断模块和控制模块，所述获取模块用于对所述永磁同步电机的控制系统的直流侧电流进行采样；所述判断模块用于将所述获取模块获取的采样电流和预设于所述判断模块中的阈值电流进行比较；所述控制模块根据所述判断模块的比较结果输出相应的控制信号。
10.根据权利要求9所述的永磁同步电机过流保护系统，其特征在于，所述获取模块通过单电阻取样方式对所述直流侧电流进行采样。
11.根据权利要求9或10所述的永磁同步电机过流保护系统，其特征在于，所述获取模块还用于对所述采样电流进行滤波处理。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的永磁同步电机过流保护系统，其特征在于，所述阈值电流的大小为永磁同步电机满负荷运行时的直流侧电流大小的1.2倍。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的永磁同步电机过流保护系统，其特征在于，所述永磁同步电机的控制系统包括控制器，所述判断模块和所述控制模块均集成设置于所述控制器中。
14.一种无人飞行器，包括机身和安装于所述机身上的永磁同步电机，所述永磁同步电机包括控制系统，其特征在于，所述永磁同步电机的控制系统包括如权利要求9至13中任一项所述的永磁同步电机过流保护系统。
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