CN109659903A - 一种开关磁阻电机堵转检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机堵转检测方法，本发明根据堵转的不同情况分为两种检测模式，一种是因负载过大转子处于相对静止的情况，在此情况下读取并记录当前转子位置信号，如果在设定的保护周期内检测到三相位置信号的高低电平不变，则认为开关磁阻电机发生静止堵转，系统进入堵转保护；另一种是因接线错误等导致相序错乱使电机来回抖动，在此情况下，判断三相位置信号状态是否按正确的顺序变化，即电机是否按正确的相序换相，以此为依据判断电机是否堵转。本发明针对开关磁阻电机在堵转时的不同情况，根据电机三相位置信号设计了不同的检测方法，提高了开关磁阻电机驱动系统的可靠性。整个检测过程只以位置信号作为判断依据，不需要检测其他额外的变量。

Description

一种开关磁阻电机堵转检测方法

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机堵转保护技术领域，具体说是一种开关磁阻电机堵转检测方法。

背景技术

开关磁阻电机是80年代初发展起来的一种新型调速电机，具有结构简单、容错性好及效率高等特点，成为继变频调速系统、无刷直流电机调速系统之后的新一代无级调速系统，已在家用电器、工业应用和航空航天等领域成功应用。随着能源的紧张、稀土资源的减少，近年来逐渐向电动车行业拓展，慢慢取代原来的无刷电机和交流电机驱动系统。

电动车在实际应用中不可避免的会发生一些故障，如起动时电动车因负载过大而无法起动或因人为失误使电机相线接错而导致相序混乱等，这些问题都可能引起电机在起动时发生堵转故障，因而电动车开关磁阻电机驱动系统必须具备一定的堵转检测和保护能力。传统的堵转保护方式有：（1）检测电机转速，当电机转速在一定时间内持续保持较低状态则认为电机发生堵转。（2）检测转速和电流，当转速在预定周期内持续低于某一阀值且电流高于堵转的电流阀值时认定电机发生堵转。（3）通过判断在一定周期内是否捕获到位置信号的边沿信号，以此来检测电机是否转动即是否发生堵转。上述方法中，第一种存在速度检测不精确问题，且电动车运行于较低转速时也容易误判断为堵转；第二种方法，能够通过电流区别电动车轻载和重载的状态，但仍受转速计算精度的影响，对堵转检测会产生一定的干扰；第三种方法可以判出电机堵转静止状态，但无法判断电机因接线错误导致的相序混乱而来回抖动的情况。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种开关磁阻电机堵转检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种开关磁阻电机堵转检测方法，包括以下步骤：

步骤1，控制单元执行中断程序，清除中断标志。

步骤2，三相位置传感器检测开关磁阻电机转子的位置，并将检测到的位置信号传递给控制单元，控制单元每次读取并存储位置信号后，从第二个检测周期开始，将其与上一次检测周期记录的位置信号进行比较是否相同，如果相同则进入步骤3，如果不相同则进入步骤4。

步骤3，控制单元累计位置信号相同状态的持续时间，如果持续时间超过设定时长，则判断开关磁阻电机发生静止堵转，控制单元启动堵转保护，如果持续时间没有超过设定时长，控制单元退出中断程序。

步骤4，控制单元判断检测到的位置信号与上一次检测周期记录的位置信号的状态变化是否符和设定的换相顺序，如果检测到的位置信号与上一次检测周期记录的位置信号的状态变化相同，则进入步骤5，如果不相同则控制单元启动堵转保护。

步骤5，将堵转静止时累计的时间清零；

步骤6，退出控制单元中断程序，等待下一个检测周期开始。

本发明进一步的设计方案中，步骤1中所述中断程序中控制单元每50μs检测周期检测记录开关磁阻电机转子位置信号状态。

本发明进一步的设计方案中，所述三相位置传感器为霍尔传感器。

本发明进一步的设计方案中，步骤2中三相位置传感器检测的开关磁阻电机转子的位置信号时，根据三相霍尔信号IO的高低电平，将一个电周期划分成六个区域，根据位置信号记录转子所在位置区域。在一个电周期中三相位置信号高低电平的六种不同状态组合，将一个电周期分成六个区域。只存在六种状态：001、011、010、110、100、101。

本发明进一步的设计方案中，步骤3中位置信号相同状态持续时间的设定时长为2秒。

本发明具有以下突出的有益效果：

本发明的开关磁阻电机堵转检测方法利用开关磁阻电机转子位置信号脉冲高低电平变化

顺序的判断来实现开关磁阻电机的堵转保护。本发明根据堵转的不同情况分为两种检测模式，一种是因负载过大转子处于相对静止的情况，在此情况下读取并记录当前转子位置信号，如果在设定的保护周期内检测到三相位置信号的高低电平不变，则认为开关磁阻电机发生静止堵转，系统进入堵转保护；另一种是因接线错误等导致相序错乱使电机来回抖动，在此情况下，判断三相位置信号状态是否按正确的顺序变化，即电机是否按正确的相序换相，以此为依据判断电机是否堵转。本发明针对开关磁阻电机在堵转时的不同情况，根据电机三相位置信号设计了不同的检测方法，提高了开关磁阻电机驱动系统的可靠性。整个检测过程只以位置信号作为判断依据，不需要检测其他额外的变量。

附图说明

图1是实施例中开关磁阻电机堵转检测方法的程序流程图；

图2是实施例中堵转静止保护时位置信号图；

图3是实施例中堵转抖动保护示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例 1

参见附图1，一种开关磁阻电机堵转检测方法，包括以下步骤：

步骤1，控制单元执行50us中断程序，控制单元每50μs检测周期检测记录开关磁阻电机转子位置信号状态。清除中断标志；

步骤2，三相位置传感器检测开关磁阻电机转子的位置，根据三相霍尔信号IO的高低电平，将一个电周期划分成六个区域，在一个电周期中三相位置信号高低电平的六种不同状态组合，只存在六种状态：001、011、010、110、100、101；根据位置信号记录转子所在位置区域。并将检测到的位置信号传递给控制单元，控制单元每次读取并存储位置信号后，从第二个检测周期开始，将其与上一次检测周期记录的位置信号进行比较是否相同，如果相同则进入步骤3，如果不相同则进入步骤4。

步骤3，控制单元累计位置信号相同状态的持续时间，如果持续时间超过设定时长，则判断开关磁阻电机发生静止堵转，控制单元启动堵转保护，如果持续时间没有超过设定时长，控制单元退出中断程序；位置信号相同状态持续时间的设定可根据电机实际运行工况确定，在确保控制器安全的前提下，适当调节设定时长，本实施例中，位置信号相同状态持续时间的设定时长为2秒，若连续检测到位置信号相同，则在每一次检测周期为50us的中断中累加一次，当累加到40000时，则代表此状态持续了2s，达到堵转保护周期。图2中，电机因负载过大而在同一转子位置持续了2s，程序判断为静止堵转，因而进入堵转保护，立刻关断各相，电流降为零。

步骤4，控制单元判断检测到的位置信号与上一次检测周期记录的位置信号的状态变化是否符和设定的换相顺序，如果检测到的位置信号与上一次检测周期记录的位置信号的状态变化相同，则进入步骤5，如果不相同则控制单元启动堵转保护；

（1）如图3所示，本实施例所用开关磁阻电机换相顺序为A→C→B→A，按此顺序轮流导通三相，其中位置信号状态“110”表示开通A相和B相，“100”表示开通A相，“101”表示开通A相和C相，以此类推，每相开通22.5°，电机正常运行时位置信号的变化顺序为“110”→“100”→“101”→“001”→“011” →“010”。

（2）若电机位置信号线或相线接错会导致电机换相顺序混乱而来回抖动，从而位置信号状态的变化与规定的顺序不符。

（3）将当前位置信号与上个检测周期记录的位置信号比较，判断状态变化是否符合2）中所述位置信号状态变化的顺序，若不符合则进入堵转保护。

针对（3）中位置信号状态变化的判断，为避免电机转子在位置信号边沿处起动或起动时因电机与负载连接松动引起的偶然性抖动引发误判断，在连续两个周期检测到换相顺序错误后，进入堵转保护。

图3中，上半部ABC为估计的转子位置顺序，下半部ABC为实际的转子顺序，因相序混乱，电机在起动时来回抖动，转子位置在“110”和“010”之间来回变化，初始时检测的转子位置为“110”，进入下个检测周期，读取的转子位置为“010”，位置信号状态变化为“110”→“010”，与规定的位置信号状态变化“110”→“100”不符，表明电机堵转抖动，因而进入堵转保护，关闭各相驱动，电流降为零。

步骤5，将堵转静止时累计的时间清零；

步骤6，重复步骤1-5。

本发明能够实现开关磁阻电机在起动时的堵转故障检测及保护，从而提高电动车开关磁阻电机控制系统的可靠性，适合于电动车负载过大而无法起动和相序混乱而来回堵转的情况，解决了电动车起动堵转的问题。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种开关磁阻电机堵转检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，控制单元执行中断程序，清除中断标志；

步骤2，三相位置传感器检测开关磁阻电机转子的位置，并将检测到的位置信号传递给控制单元，控制单元每次读取并存储位置信号后，从第二个检测周期开始，将其与上一次检测周期记录的位置信号进行比较是否相同，如果相同则进入步骤3，如果不相同则进入步骤4；

步骤3，控制单元累计位置信号相同状态的持续时间，如果持续时间超过设定时长，则判断开关磁阻电机发生静止堵转，控制单元启动堵转保护，如果持续时间没有超过设定时长，控制单元退出中断程序；

步骤4，控制单元判断检测到的位置信号与上一次检测周期记录的位置信号的状态变化是否符和设定的换相顺序，如果检测到的位置信号与上一次检测周期记录的位置信号的状态变化相同，则进入步骤5，如果不相同则控制单元启动堵转保护；

步骤5，将堵转静止时累计的时间清零；

步骤6，退出控制单元中断程序，等待下一个检测周期开始。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机堵转检测方法，其特征在于，步骤1中所述中断程序中控制单元每50μs检测周期检测记录开关磁阻电机转子位置信号状态。

3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机堵转检测方法，其特征在于，所述三相位置传感器为霍尔传感器。

4.根据权利要求3所述的开关磁阻电机堵转检测方法，其特征在于，步骤2中三相位置传感器检测的开关磁阻电机转子的位置信号时，根据三相霍尔信号IO的高低电平，将一个电周期划分成六个区域，根据位置信号记录转子所在位置区域。

5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机堵转检测方法，其特征在于，步骤3中位置信号相同状态持续时间的设定时长为2秒。