CN109799000B

CN109799000B - 电机绕组温度的检测方法、温度检测模型、设备及系统

Info

Publication number: CN109799000B
Application number: CN201910226759.4A
Authority: CN
Inventors: 张俊杰; 刘学; 池晓峰; 颜士伟
Original assignee: Jiangsu Leili Motor Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Leili Motor Co Ltd
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-08-11
Anticipated expiration: 2039-03-25
Also published as: CN109799000A

Abstract

本发明涉及电机技术领域，具体为一种电机绕组温度的检测方法、温度检测模型、设备及系统，电机绕组温度的检测方法包括：根据实时采集的母线电压和电机绕组的电流计算出电机绕组的实际温度；以及当所述实际温度超过预设温度时，控制开关磁阻电机进入保护机制，以根据实时检测的母线电压和电机绕组的电流实现对开关磁阻电机的温度检测，当温度大于预设值时开关磁阻电机进入保护机制，避免开关磁阻电机被烧毁。

Description

电机绕组温度的检测方法、温度检测模型、设备及系统

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体为一种电机绕组温度的检测方法、温度检测模型、设备及系统。

背景技术

现有技术中有采用变频器对开关磁阻电机进行温度控制的。变频器的温度控制都设计了相关的温度采样或温度补偿电路，可以有效的控制变频器的温升，但是对于电机温度却没有进行相关的检测和控制。电机温度过高这就会带来如下的问题：1.温度越高定子和转子的绕组直流电阻越大，能量损耗越大。2.电机旋转由轴传到轴承，温度的升高会使轴承产生功能失效而卡死。

基于上述两种电机温度过高产生的缺陷，现有技术中通常采用直接在电机和变频器之间串联一个热保护装置，如专利CN205490004U中公开的。在刷板上装设热保护器，在电机内部出现异常高温时，热保护器会因高温自行断开，起到了保护电机作用，防止电机被烧毁。这种保护为一种被动式保护方式，缺点是在温度临界点时存在保护模糊区域，无法及时有效对电机进行保护。

基于上述技术问题，需要设计一种新的电机绕组温度的检测方法、温度检测模型、设备及系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种电机绕组温度的检测方法、温度检测模型、设备及系统。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于开关磁阻电机的电机绕组温度的检测方法，包括：

根据实时采集的母线电压和电机绕组的电流计算出电机绕组的实际温度；以及

当所述实际温度超过预设温度时，控制开关磁阻电机进入保护机制。

进一步，所述实际温度的获取方法包括：根据电机绕组在标定温度下的阻值和电机绕组的正温度特性计算出电机绕组的实际温度，即

其中，K为漆包线温度系数；T1为电机绕组电阻标定时的绕组温度；R1为T1温度下的绕组阻值，即电机绕组在标定温度下的阻值；T2为电机绕组的实际工作温度；以及R2为电机绕组在T2温度下的实际阻值。

进一步，所述实际温度的获取方法还包括：构建关于未知量R2的方程；

在电机绕组电流稳定后，电机绕组在接母线电压和续流两种状态下伏秒平衡，即

U_bus*t_on＝(UID+I*R2)*(T-t_on) (2)；

其中，T_on为单个周期内母线电压给电机绕组充电的时间；T为开关周期；U_bus为母线电压值；UID为电机绕组续流时，在二极管和MOSFET上的压降；I为电机绕组稳定后的电流值；R2为电机在T2温度下的实际阻值；以及

设持续输出时间为T_CMD，则

U_bus*(t_on+C1)＝C2 (3)；

U_bus*t_on＝C2-U_bus*C1 (4)；

其中：C1和C2为在持续输出时间为T_CMD时的常量；

将公式(4)和公式(5)代入公式(2)中得出以下公式(6)：

进一步，所述实际温度的获取方法还包括：MCU模块在开关磁阻电机的每个转停周期后对电机绕组进行通电采样，获得相应的母线电压ADC采样数值ADbus和电机绕组的电流ADC采样数值ADI，以获得电机绕组的实际工作温度T2，即

其中，C3，C4为MCU模块采样值换算后的常数；

将公式(7)和公式(8)代入公式(6)中得到以下公式(9)：

设R4＝800R2，则公式(10)：

以及

设R3＝800R1为公式(11)；

根据公式(10)和公式(11)，以获得

进而获取电机绕组的实际工作温度T2。

进一步，当实际工作温度T2小于预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机正常启动；

当实际工作温度T2大于预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机进入保护机制；以及

在开关磁阻电机进入保护机制后，每间隔预设时间检测电机绕组的实际工作温度T2，当实际工作温度T2小于预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机正常启动，否则MCU模块维持保护机制。

进一步，所述保护机制包括：切断开关磁阻电机的电源、降低开关磁阻电机的输出功率、阶梯性降低开关磁阻电机的输出功率和启动排热风扇。

第二方面，本发明还提供一种温度检测模型，

所述温度检测模型为：

其中，R4＝800R2，R3＝800R1；K为漆包线温度系数；T1为电机绕组电阻标定时的绕组温度；R1为T1温度下的绕组阻值，即电机绕组在标定温度下的阻值；T2为电机绕组的实际工作温度；以及R2为电机绕组在T2温度下的实际阻值。

进一步，

其中，UID为电机绕组续流时，在二极管和MOSFET上的压降；T为开关周期；C1和C2为在持续输出时间为T_CMD时的常量；C3，C4为MCU模块采样值换算后的常数；MCU模块在开关磁阻电机的每个转停周期后对电机绕组进行通电采样，获得相应的母线电压ADC采样数值ADbus和电机绕组的电流ADC采样数值ADI。

第三方面，本发明还提供一种设备，包括：温度检测模型，且根据所述温度检测模型检测该设备内部开关磁阻电机内的电机绕组的实际温度。

进一步，所述设备采用上述的温度检测模型。

进一步，当所述实际温度超过预设温度时，所述设备内的控制模块适于控制开关磁阻电机进入保护机制。

第四方面，本发明还提供一种用于开关磁阻电机的电机绕组温度的检测系统，包括：

MCU模块，与MCU模块电性连接的电压采样电路和电流采样电路；

所述MCU模块适于根据电机绕组在标定温度下的阻值计算电机绕组的实际温度，以使实际温度超过预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机进入保护机制。

进一步，所述MCU模块适于根据实时采集的母线电压和电机绕组的电流计算电机绕组的实际温度，即

根据电机绕组在标定温度下的阻值和电机绕组的正温度特性计算出电机绕组的实际温度，即

进一步，构建关于未知量R2的方程；

U_bus*t_on＝(UID+I*R2)*(T-t_on) (2)；

设持续输出时间为T_CMD，则

U_bus*(t_on+C1)＝C2 (3)；

U_bus*t_on＝C2-U_bus*C1 (4)；

其中：C1和C2为在持续输出时间为T_CMD时的常量；

将公式(4)和公式(5)代入公式(2)中得出以下公式(6)：

进一步，MCU模块在开关磁阻电机的每个转停周期后对电机绕组进行通电采样，获得相应的母线电压ADC采样数值ADbus和电机绕组的电流ADC采样数值ADI，以获得电机绕组的实际工作温度T2，即

其中，C3，C4为MCU模块采样值换算后的常数；

将公式(7)和(8)代入公式(6)中得到以下公式(9)：

设R4＝800R2，则公式(10)：

以及

设R3＝800R1为公式(11)；

根据公式(10)和公式(11)，以获得

进而获取电机绕组的实际工作温度T2。

本发明的有益效果是，本发明通过根据实时采集的母线电压和电机绕组的电流计算出电机绕组的实际温度；以及当所述实际温度超过预设温度时，控制开关磁阻电机进入保护机制，以根据实时检测母线电压和电机绕组的电流实现对开关磁阻电机的温度检测，当温度大于预设值时开关磁阻电机进入保护机制，避免开关磁阻电机被烧毁。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所涉及的用于开关磁阻电机的电机绕组温度的检测方法的流程图；

图2是本发明所涉及的用于开关磁阻电机的电机绕组温度的检测系统的原理框图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

图1是本发明所涉及的用于开关磁阻电机的电机绕组温度的检测方法的流程图。

如图1所示，本实施例提供了一种用于开关磁阻电机的电机绕组温度的检测方法，包括：根据实时采集的母线电压和电机绕组的电流计算出电机绕组的实际温度；以及当所述实际温度超过预设温度时，控制开关磁阻电机进入保护机制；根据实时检测的开关磁阻电机的母线电压和电机绕组的电流实现对开关磁阻电机的温度检测，当温度大于预设值时开关磁阻电机进入保护机制，避免开关磁阻电机被烧毁，并且不需要在原有的电路中增加额外的电路，只需要对原有的电压采样电路和电流采样电路实时检测，以获得所需的开关磁阻电机的母线电压和电机绕组的电流。

在本实施例中，所述实际温度的获取方法包括：根据电机绕组在标定温度下的阻值和电机绕组的正温度特性(通过绕组电阻的变化来对电机绕组温度进行计算)计算出电机绕组的实际温度，即

其中，K为漆包线温度系数；T1为电机绕组电阻标定时的绕组温度(即标定温度，所述标定温度可以但不限于是25℃)；R1为T1温度下的绕组阻值，即电机绕组在标定温度下的阻值(标定温度下的标定阻值)；T2为电机绕组的实际工作温度；以及R2为电机绕组在T2温度下的实际阻值；开关磁阻电机在标定温度为25℃下进行绕组电阻阻值的标定既可以检查电机绕组本身是否存在生产工艺问题，还可以检测漆包线材料的稳定性。

在本实施例中，所述实际温度的获取方法还包括：构建关于未知量R2的方程；在出厂设置时，在标定温度下，将电机绕组阻值R1记录到MCU模块的EPROM中；对于电机绕组温度的检测，利用伏秒平衡原理在电机绕组电流稳定后，电机绕组在接母线电压和续流两种状态下伏秒平衡，即

U_bus*t_on＝(UID+I*R2)*(T-t_on) (2)；

其中，T_on为单个周期内母线电压给电机绕组充电的时间(T_on的值由MOSFET导通延迟时间tr、MOSFET关断延迟时间tf和母线电压Ubus确定，不同品牌的MOSFET导通延迟时间和关断延迟时间不同)；T为开关周期；U_bus为母线电压值，该电压值通过MCU模块ADC采样后换算得到，采用多次采样取平均值的方式来减小采样误差；UID为电机绕组续流时，在二极管和MOSFET上的压降(查询厂家规格书可得到该值)；I为电机绕组稳定后的电流值，该值同样由MCU模块ADC采样后换算得到，采用多次采样取平均值的方式来减小采样误差；R2为电机在T2温度下的实际阻值；以及

设定持续输出时间为T_CMD(占空比与PWM周期的乘积，根据TCMD可以通过实验测量出公式(3)，可以测得常数C1和C2)，则

U_bus*(t_on+C1)＝C2 (3)；

U_bus*t_on＝C2-U_bus*C1 (4)；

其中：C1和C2为在持续输出时间为T_CMD时的常量，由MCU模块厂家和测试数据得出；

将公式(4)和公式(5)代入公式(2)中得出：

进而得出以下公式(6)：

对开关磁阻电机的保护机制设置，可以在一个相对宽的温度范围内进行保护，采用温度滞回比较程序可以使得开关磁阻电机输出和保护之间进行软过度。

在本实施例中，所述实际温度的获取方法还包括：通过硬件电路对母线电压进行分压后输入至MCU模块的电压采样口进行采样换算得到数据ADbus，再通过硬件电路中电流采样电阻上的得到的电压输入至MCU模块的电流采样口进行采样换算得到数据ADI，即MCU模块在开关磁阻电机的每个转停周期后对电机绕组进行通电采样，获得相应的母线电压ADC采样数值ADbus和电机绕组的电流ADC采样数值ADI，以获得电机绕组的实际工作温度T2，即据硬件采样电路参数和MCU模块ADC采样电压和AD采样数据位数，综合得到公式(7)和(8)：

其中，C3，C4为MCU模块采样值换算后的常数；

将公式(7)和公式(8)代入公式(6)中得到以下公式(9)：

由于在常温下电机绕组静态电阻较小只有几欧姆，若直接将该公式代入MCU模块中运算小数部分被舍去会产生较大误差；

所以设R4＝800R2，则公式(10)：

以及

设R3＝800R1为公式(11)；根据公式(10)和公式(11)，以获得

进而获取电机绕组的实际工作温度T2。

在本实施例中，当实际工作温度T2小于预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机正常启动；当实际工作温度T2大于预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机进入保护机制；以及在开关磁阻电机进入保护机制后，每间隔预设时间检测电机绕组的实际工作温度T2，当实际工作温度T2小于预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机正常启动，否则MCU模块维持保护机制；对开关磁阻电机的温度进行保护的同时也控制了开关磁阻电机对其他部件的热传导而导致如塑料外壳体的高温变形等危险的发生。

在本实施例中，所述保护机制包括：切断开关磁阻电机的电源、降低开关磁阻电机的输出功率、阶梯性降低开关磁阻电机的输出功率和启动排热风扇；用户可根据自身需求对保护机制进行设置。

以下通过实例对本发明的具体工作方式进行详细说明，以IRMCF183M这款芯片为例，当T_CMD＝200时:

公式(3):U_bus*(t_on+C1)＝C2中,C1＝1.17μs,C2＝1660μs·V；

则可以得到公式(3)’：U_bus*(t_on+1.17)＝1660μs·V；

公式(7)：

中，C3＝7.7(1/V)；

则可以得到公式(7)’：

公式(8)：

中，C4＝170.625(1/A)；

则可以得到公式(8)’：

UID≈3.5V(由查询规格书得到)；

将公式(3)’、公式(7)’和公式(8)’代入公式(10)中可得：

将R4代入最终

中可得：

当漆包线材料为铝线，则K＝225；假定初始R1＝2Ω，则采样值ADbus＝4096，ADI＝1000；进而得出T2＝65.6℃。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例2提供一种温度检测模型，所述温度检测模型为：

在本实施例中，

实施例3

在实施例1基础上，本实施例3提供一种设备，包括：温度检测模型，且根据所述温度检测模型检测该设备内部开关磁阻电机内的电机绕组的实际温度。

在本实施例中，所述设备采用上述实施例中所涉及的温度检测模型。

在本实施例中，当所述实际温度超过预设温度时，所述设备内的控制模块适于控制开关磁阻电机进入保护机制。

实施例4

如图2所示，在实施例1基础上，本实施例4提供一种用于开关磁阻电机的电机绕组温度的检测系统，包括：MCU模块，与MCU模块电性连接的电压采样电路和电流采样电路；所述MCU模块适于根据电机绕组在标定温度下的阻值计算电机绕组的实际温度，以使实际温度超过预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机进入保护机制。

在本实施例中，所述MCU模块适于根据实时采集的母线电压和电机绕组的电流计算电机绕组的实际温度，即根据电机绕组在标定温度下的阻值和电机绕组的正温度特性计算出电机绕组的实际温度，即

在本实施例中，构建关于未知量R2的方程；在电机绕组电流稳定后，电机绕组在接母线电压和续流两种状态下伏秒平衡，即

U_bus*t_on＝(UID+I*R2)*(T-t_on) (2)；

设持续输出时间为T_CMD，则

U_bus*(t_on+C1)＝C2 (3)；

U_bus*t_on＝C2-U_bus*C1 (4)；

其中：C1和C2为在持续输出时间为T_CMD时的常量；将公式(4)和公式(5)代入公式(2)中得出以下公式(6)：

在本实施例中，MCU模块在开关磁阻电机的每个转停周期后对电机绕组进行通电采样，获得相应的母线电压ADC采样数值ADbus和电机绕组的电流ADC采样数值ADI，以获得电机绕组的实际工作温度T2，即

其中，C3，C4为MCU模块采样值换算后的常数；将公式(7)和(8)代入公式(6)中得到以下公式(9)：

设R4＝800R2，则公式(10)：

以及

设R3＝800R1为公式(11)；

根据公式(10)和公式(11)，以获得

进而获取电机绕组的实际工作温度T2。

在本实施例中，当实际工作温度T2小于预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机正常启动；当实际工作温度T2大于预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机进入保护机制；以及在开关磁阻电机进入保护机制后，每间隔预设时间检测电机绕组的实际工作温度T2，当实际工作温度T2小于预设温度时，MCU模块控制开关磁阻电机正常启动，否则MCU模块维持保护机制。

在本实施例中，所述保护机制包括：切断开关磁阻电机的电源、降低开关磁阻电机的输出功率、阶梯性降低开关磁阻电机的输出功率和启动排热风扇。

综上所述，本发明通过根据实时采集的母线电压和电机绕组的电流计算出电机绕组的实际温度；以及当所述实际温度超过预设温度时，控制开关磁阻电机进入保护机制，以根据实时检测的开关磁阻电机的母线电压和电机绕组的电流实现对开关磁阻电机的温度检测，当温度大于预设值时开关磁阻电机进入保护机制，避免开关磁阻电机被烧毁。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。