CN113346452A - 一种过流保护装置、磁悬浮系统及其过流保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种过流保护装置、磁悬浮系统及其过流保护方法，该装置包括：采样单元，采样待进行过流保护的设备的实际电流，记为当前实际电流；阈值确定单元，根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将第一过流保护阈值和第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对设备进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值；保护单元，对当前实际电流和当前过流保护阈值进行比较，在当前实际电流大于当前过流保护阈值的情况下，生成过流保护信号，以执行预设的过流保护操作。该方案，通过根据磁悬浮系统对电源的实际功率需求，调整磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，能够提升磁悬浮系统的电源的过流保护的灵敏性。

Description

一种过流保护装置、磁悬浮系统及其过流保护方法

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种过流保护装置、磁悬浮系统及其过流保护方法，尤其涉及一种磁悬浮系统的电源的过流保护装置、磁悬浮系统及其过流保护方法。

背景技术

磁悬浮系统，在起浮或者不稳定状态下，磁悬浮系统对电源的功率需求极大，持续时间在几秒；但是，当整个磁悬浮系统稳定时，磁悬浮系统对电源的功率需求会成倍减小。那么，在设计磁悬浮系统的电源时，就得按照磁悬浮系统对电源的最大功率需求设定过流保护阈值，此时存在一个弊端，就是过流保护不够灵敏。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种过流保护装置、磁悬浮系统及其过流保护方法，以解决磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，需要按磁悬浮系统在起浮或不稳定状态下对电源的最大功率需求进行设置，影响了磁悬浮系统的电源的过流保护不够灵敏的问题，达到通过根据磁悬浮系统对电源的实际功率需求，调整磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，能够提升磁悬浮系统的电源的过流保护的灵敏性的效果。

本发明提供一种过流保护装置，包括：采样单元、阈值确定单元和保护单元；其中，所述采样单元，被配置为采样待进行过流保护的设备的实际电流，记为当前实际电流；所述阈值确定单元，被配置为根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述设备进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值；其中，所述第一过流保护阈值，是所述设备的额定过流保护阈值；所述第二过流保护阈值，是根据所述设备的实际功率需求确定的实际过流保护阈值；所述保护单元，被配置为对所述当前实际电流和所述当前过流保护阈值进行比较，在所述当前实际电流大于所述当前过流保护阈值的情况下，生成过流保护信号，以使所述设备根据所述过流保护信号，执行预设的过流保护操作。

在一些实施方式中，所述阈值确定单元，包括：第一阈值接收模块、第二阈值确定模块、第一比较模块和切换模块；其中，所述阈值确定单元，根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述设备进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值，包括：所述第一阈值接收模块，被配置为接收预先对所述设备设置的所述第一过流保护阈值；所述第二阈值确定模块，被配置为根据所述设备的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值；以及，接收当前最新的所述第二过流保护阈值；所述第一比较模块，被配置为对所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值进行比较，并在所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值的大小关系发生变化的情况下，输出切换信号；所述切换模块，被配置为在接收到所述切换信号的情况下，对所述当前过流保护阈值进行切换，以将所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值中的较大者作为所述当前过流保护阈值。

在一些实施方式中，所述第一比较模块的同相输入端，用于输入所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中的一个过流保护阈值；所述第一比较模块的反相输入端，用于输入所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中的另一个过流保护阈值；所述第一比较模块的输出端，用于输出所述切换信号至所述切换模块。

在一些实施方式中，所述第二阈值确定模块，包括：功率计算模块和阈值计算模块；其中，所述第二阈值确定模块，根据所述设备的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值，包括：所述功率计算模块，被配置为确定所述设备的实际功率需求；所述阈值计算模块，被配置为根据所述设备的实际功率需求，确定为满足所述设备的实际功率需求所需提供的实际输入电流，并根据所述实际输入电流确定实际过流保护阈值，作为当前最新的所述第二过流保护阈值。

在一些实施方式中，所述切换模块，包括：转换开关；其中，所述转换开关的控制端，在所述第一过流保护阈值大于所述第二过流保护阈值的情况下，使所述第一过流保护阈值输入至所述保护单元的阈值输入端；在所述第二过流保护阈值大于所述第一过流保护阈值的情况下，使所述第二过流保护阈值输入至所述保护单元的阈值输入端。

在一些实施方式中，所述保护单元，包括：第二比较模块；所述第二比较模块的同相输入端，用于输入所述当前实际电流；所述第二比较模块的反相输入端，用于输入所述当前过流保护阈值；所述第二比较模块的输出端，用于输出过流保护信号。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种磁悬浮系统，包括：以上所述的过流保护装置。

在一些实施方式中，在确定所述磁悬浮系统的第二过流保护阈值的过程中，确定所述设备的实际功率需求，包括：获取所述磁悬浮系统的电机转子的悬浮位移，对所述悬浮位移进行PID处理和DAC转换，确定所述磁悬浮系统的实际功率需求。

与上述磁悬浮系统相匹配，本发明再一方面提供一种过流保护方法，包括：采样待进行过流保护的磁悬浮系统的实际电流，记为当前实际电流；根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述磁悬浮系统进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值；其中，所述第一过流保护阈值，是所述磁悬浮系统的额定过流保护阈值；所述第二过流保护阈值，是根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定的实际过流保护阈值；对所述当前实际电流和所述当前过流保护阈值进行比较，在所述当前实际电流大于所述当前过流保护阈值的情况下，生成过流保护信号，以使所述磁悬浮系统根据所述过流保护信号，执行预设的过流保护操作。

在一些实施方式中，根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述磁悬浮系统进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值，包括：接收预先对所述磁悬浮系统设置的所述第一过流保护阈值；根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值；以及，接收当前最新的所述第二过流保护阈值；对所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值进行比较，并在所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值的大小关系发生变化的情况下，输出切换信号；在接收到所述切换信号的情况下，对所述当前过流保护阈值进行切换，以将所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值中的较大者作为所述当前过流保护阈值。

在一些实施方式中，根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值，包括：确定所述磁悬浮系统的实际功率需求；根据所述磁悬浮系统的实际功率需求，确定为满足所述磁悬浮系统的实际功率需求所需提供的实际输入电流，并根据所述实际输入电流确定实际过流保护阈值，作为当前最新的所述第二过流保护阈值。

在一些实施方式中，确定所述磁悬浮系统的实际功率需求，包括：获取所述磁悬浮系统的电机转子的悬浮位移，对所述悬浮位移进行PID处理和DAC转换，确定所述磁悬浮系统的实际功率需求。

由此，本发明的方案，通过采样磁悬浮系统对电源的实际功率需求，根据磁悬浮系统对电源的实际功率需求，调整磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，当电源的过流值超过电源的额定保护阈值时使用电源的需求保护值进行过流保护，当电源的需求保护值降低至电源的额定保护阈值以下时切换至使用电源的额定保护阈值进行过流保护；从而，通过根据磁悬浮系统对电源的实际功率需求，调整磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，能够提升磁悬浮系统的电源的过流保护的灵敏性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的磁悬浮系统在默认连接以及保护阈值(即一级保护阈值)的情况下的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的磁悬浮系统中当二级保护阈值大于一级保护阈值时切换至二级保护阈值的情况下的结构示意图；

图3为本发明的磁悬浮系统的一实施例的二级保护电流阈值获取方式的流程示意图；

图4为本发明的过流保护装置的一实施例的结构示意图；

图5为本发明的过流保护方法的一实施例的流程示意图；

图6为本发明的方法中确定为当前对所述磁悬浮系统进行过流保护时所需依据的过流保护阈值的一实施例的流程示意图；

图7为本发明的方法中根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定实际过流保护阈值的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

相关方案中，磁悬浮系统的电源，都是仅仅提供给磁悬浮系统的轴承控制器供电，并没有与磁悬浮系统的轴承控制器完美的结合。具体地，其他电源的过流保护阈值需要按照最大的电流需求设计，会导致电源选型时可能功率需求为100W的控制器使用额定600W的电源供电。从保护方面考虑，正常工作电流会远低于保护电流，这样导致过流保护很难触发。

磁悬浮系统对电源有着特殊的要求，磁悬浮系统需要极大的瞬时功率输出，稳定时输出功率较小。针对这种特殊的需求在电源设计时过流保护就极难实现，因为当按照最高电流需求设定过流保护，该电源系统可能存在永远不能达到过流保护范围。按照相关方案中使用的电源做法就是增大几倍的过流保护阈值。此做法弊端在于降低电源过流保护机制灵敏度，同时也降低了电源的可靠性。因为当输出功率略高于额定功率又无法触发过流保护的情况下，电源持续工作在此情况下极易损坏，或者出现该情况可能是电源本身已经故障。此时的电流保护又没法触发实现保护的措施。

在设计磁悬浮系统的电源时，按照磁悬浮系统对电源的最大功率需求设定过流保护阈值。如果按照磁悬浮系统对电源的最大功率需求下的最大电流点设置过流保护阈值，则该过流保护阈值所属的过流保护范围就会很大，如果过流保护范围太大就会导致给过流保护可能极难触发，存在其他器件发生故障时还没有产生该过流保护，影响了磁悬浮系统的电源的安全性。可见，磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，需要按磁悬浮系统在起浮或不稳定状态下对电源的最大功率需求进行设置，使得磁悬浮系统的电源的过流保护不够灵敏，影响了磁悬浮系统的电源的过流保护的可靠性。

相关方案中，磁悬浮系统的电源设定过流保护阈值时，按照磁悬浮系统对电源的最大功率需求设定，电源的过流保护阈值过宽且超出而定功率好几倍。这样，为了满足磁悬浮控制器的短暂功率需求，将过流保护阈值设在额定功率的3.5倍以上，会造成一种危害就是电源故障工作在额定功率3.5倍以下又超出额定功率阶段无法及时保护。电源长时间工作在该状态下极易损坏，发热量也会增大，存在炸电源的危害。

考虑到相关方案中磁悬浮系统的过流保护阈值设置过高，会导致电源长期工作在轻度过载情况下，造成电源损坏。根据本发明的实施例，提供了一种过流保护装置。参见图4所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该过流保护装置可以包括：采样单元、阈值确定单元和保护单元。

其中，所述采样单元，被配置为采样待进行过流保护的设备的实际电流，记为当前实际电流。当前，是指按时间顺序推移的最近时刻。所述设备，可以是磁悬浮系统，当然，也可以是其它需要进行与磁悬浮系统类似的过流保护的电器设备。

在一些实施方式中，所述采样单元，包括：电流传感器。所述采样单元，采样待进行过流保护的设备的实际电流，记为当前实际电流，包括：所述电流传感器，被配置为采样所述设备的实际电流，记为当前实际电流。

所述阈值确定单元，被配置为根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述设备进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值。其中，所述第一过流保护阈值，是所述设备的额定过流保护阈值。所述第二过流保护阈值，是根据所述设备的实际功率需求确定的实际过流保护阈值。

所述保护单元，被配置为对所述当前实际电流和所述当前过流保护阈值进行比较，在所述当前实际电流大于所述当前过流保护阈值的情况下，生成过流保护信号，以使所述设备根据所述过流保护信号，执行预设的过流保护操作，以实现对所述设备的过流保护。其中，对磁悬浮系统而言，预设的过流保护操作，是切断电源，即，使电源不工作。

具体地，本发明的方案，通过根据磁悬浮系统对电源的实际功率需求，调整磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，当电源的过流值超过电源的额定保护阈值时使用电源的需求保护值进行过流保护，当电源的需求保护值降低至电源的额定保护阈值以下时切换至使用电源的额定保护阈值进行过流保护。优选地，本发明的方案，提出两级过流保护，通过设置两级保护实现实时调整过流保护阈值从而避免电源长期处于轻度过载。

在两级过流保护中，一级过流保护按照磁悬浮系统的电源的额定输出功率设定，形成一级保护阈值。二级过流保护按照磁悬浮系统的轴承控制器对磁悬浮系统的电源的功率需求的反馈设定，形成二级保护阈值。如果一级保护阈值比二级保护阈值大，则使用一级保护阈值进行过流保护，反之使用二级保护阈值。从而，无需为了满足短暂的超功率运行将过流保护放宽导致电源过功率故障无法及时保护，能够提高过流保护机制的灵敏度。此时，又能够满足短暂需求大功率输出的需求，根据需求实时放宽保护阈值，当需求降低后又及时切换保护阈值。

在一些实施方式中，所述阈值确定单元，包括：第一阈值接收模块、第二阈值确定模块、第一比较模块和切换模块。

其中，所述阈值确定单元，根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述设备进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值，包括：

所述第一阈值接收模块，被配置为接收预先对所述设备设置的所述第一过流保护阈值。

所述第二阈值确定模块，被配置为根据所述设备的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值。以及，接收当前最新的所述第二过流保护阈值。当然，也可以说，接收预先对所述设备设置的所述第二过流保护阈值，并根据所述设备的实际功率需求确定的实际过流保护阈值，以所述实际过流保护阈值对所述第二过流保护阈值进行更新，得到当前最新的所述第二过流保护阈值。

所述第一比较模块，被配置为对所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值进行比较，并在所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值的大小关系发生变化的情况下，输出切换信号。

所述切换模块，被配置为在接收到所述切换信号的情况下，对所述当前过流保护阈值进行切换，以将所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值中的较大者作为所述当前过流保护阈值。

具体地，在本发明的方案中，通过磁悬浮系统的控制系统的位移变化，实时计算出整个磁悬浮系统的功率，从而设定磁悬浮电源的过流保护阈值，实现磁悬浮电源两级过流保护。不仅能够实现磁悬浮控制器短暂的高功率需求，也避免电源因其他故障原因长期工作在轻度过载状态。

本发明的方案中，通过使磁悬浮系统的轴承控制器反馈需要的输入电流，与当前的过流保护阈值进行比较取二者的最大值作为电源的过流保护阈值。这样，不仅保证了电源能够及时地进行保护，也保证了磁悬浮系统对电源瞬时功率的需求。

在一些实施方式中，在所述阈值确定单元中，第一阈值接收模块，可以是连接至第一比较模块的一个输入端。所述第一比较模块的同相输入端，用于输入所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中的一个过流保护阈值。所述第一比较模块的反相输入端，用于输入所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中的另一个过流保护阈值。所述第一比较模块的输出端，用于输出所述切换信号至所述切换模块。

优选地，所述第一比较模块的同相输入端，用于输入所述第二过流保护阈值。所述第一比较模块的反相输入端，用于输入所述第一过流保护阈值。所述第一比较模块的输出端，连接至所述切换模块的控制端。

在一些实施方式中，所述第二阈值确定模块，包括：功率计算模块和阈值计算模块。

其中，所述第二阈值确定模块，根据所述设备的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值，包括：

所述功率计算模块，被配置为确定所述设备的实际功率需求。

所述阈值计算模块，被配置为根据所述设备的实际功率需求，确定为满足所述设备的实际功率需求所需提供的实际输入电流，并根据所述实际输入电流确定实际过流保护阈值，作为当前最新的所述第二过流保护阈值。其中，以转子悬浮在电机腔体最底端位置当作参考位置，悬浮的高度就是所述的位移。

例如：可以根据设备当前的作功情况确定其实际功率需求，进而根据功率需要与输入电流之间的对应关系，确定为满足实际功率需求所需的实际输入电流。进而，根据不同输入电流与不同过流保护阈值之间的对应关系，确定与实际输入电流对应的实际过流保护阈值。

在一些实施方式中，在所述阈值确定单元中，第一比较模块，可以是比较器A1。所述切换模块，包括：转换开关，如转换开关K，优选是单刀双掷开关。

其中，所述转换开关的控制端，如转换开关K的控制端K1，在所述第一过流保护阈值大于所述第二过流保护阈值的情况下，使所述第一过流保护阈值输入至所述保护单元的阈值输入端。在所述第二过流保护阈值大于所述第一过流保护阈值的情况下，使所述第二过流保护阈值输入至所述保护单元的阈值输入端。当然，在所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值相同的情况下，使所述第一过流保护阈值输入至所述保护单元的阈值输入端。

在一些实施方式中，所述保护单元，包括：第二比较模块。所述第二比较模块的同相输入端，用于输入所述当前实际电流。所述第二比较模块的反相输入端，用于输入所述当前过流保护阈值。所述第二比较模块的输出端，用于输出过流保护信号。

在本发明的方案中，磁悬浮系统的电源的过流保护电路的实现，如图1和图2所示的例子。

图1为本发明的磁悬浮系统的电源保护电路，在默认连接以及保护阈值(即一级保护阈值)的情况下的一实施例的结构示意图。如图1所示，磁悬浮系统的电源保护电路，包括：比较器A1、比较器A2和转换开关K。一级保护电流阈值的输入端子，连接至比较器A1的反相输入端，还连接至转换开关的连接端K3。二级保护电流阈值的输入端子，连接至比较器A1的同相输入端，还连接至转换开关K的连接端K2。比较器A1的输出端，连接至转换开关K的控制端K1。转换开关K的控制端K1，连接至比较器A2的反相输入端。磁悬浮系统的电源的电流采样端的输入值，连接至比较器A2的同相输入端。比较器A2的输出端，连接至磁悬浮系统的电源的过流保护控制端。在二级保护阈值小于一级保护阈值的情况下，转换开关K的控制端K1连接至转换开关K的连接端K3。

图2为本发明的磁悬浮系统的电源保护电路，在二级保护阈值大于一级保护阈值时切换至二级保护阈值的情况下的结构示意图。图1和图2是在磁悬浮系统的电源的过流保护下的两种状态，决定开关K在不同状态下切换到哪一边。在二级保护阈值大于一级保护阈值的情况下，转换开关K的控制端K1连接至转换开关K的连接端K2。

首先，一级保护阈值与二级保护阈值进行比较，其中，一级保护阈值为固定阈值，二级保护阈值为磁悬浮控制器反馈。默认状态下，是使用一级保护阈值与电流采样信号比较。当二级保护阈值大于一级保护阈值时，比较器A2输出高电平，将转换开关K切换，使用二级保护阈值进行保护。这样，避免了在磁悬浮控制器需求大电流时触发过流保护，也保证了正常运行时出现短路等过流现象及时保护。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过采样磁悬浮系统对电源的实际功率需求，根据磁悬浮系统对电源的实际功率需求，调整磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，当电源的过流值超过电源的额定保护阈值时使用电源的需求保护值进行过流保护，当电源的需求保护值降低至电源的额定保护阈值以下时切换至使用电源的额定保护阈值进行过流保护。从而，通过根据磁悬浮系统对电源的实际功率需求，调整磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，能够提升磁悬浮系统的电源的过流保护的灵敏性。

根据本发明的实施例，还提供了对应于过流保护装置的一种磁悬浮系统。该磁悬浮系统可以包括：以上所述的过流保护装置。

在一些实施方式中，8.根据权利要求7所述的磁悬浮系统，其特征在于，在确定所述磁悬浮系统的第二过流保护阈值的过程中，确定所述设备的实际功率需求，包括：获取所述磁悬浮系统的电机转子的悬浮位移，对所述悬浮位移进行PID处理和DAC转换，确定所述磁悬浮系统的实际功率需求。

磁悬浮系统的轴承控制器反馈的过流保护阈值的方式为：因为本发明的方案涉及的是磁悬浮控制系统(即磁悬浮系统的控制系统)，即通过电磁力将转子悬浮在稳定位置的装置。当传感器检测到位置变化量ΔX(即转子位置相对于参考位置的变化量)，利用该位置变化量ΔX计算出对应的功率需求：

得到：

理论计算中，由上式可得到电磁力F∝i，F∝1/X²，其他变量在整个系统设计完成之后都是定值。A₀为受力面积，B₀为磁场强度，μ₀为空气中的磁导率，N为线圈匝数，X为转子相对磁悬浮轴承的距离。因此可以通过电流、力、位置，三者之间的关系确定其中两个来得到另外一个。

在实际控制中，需要的电流是通过PID控制算法(即比例-积分-微分控制算法)实现，因此只需将位移环PID计算的结果当做电流I的需求值。得到电流后只是用于控制转子所需的电流大小，再由母线电压U为固定值，因此需求功率P＝UI，考虑到磁悬浮控制系统效率不可能实现所有的输入能量全都转化为电磁力，因此整个磁悬浮系统的轴承控制器的实际需求功率P_need＝UI/η，其中η为转化效率。运用该式可以计算位移环，得到的电流I除以转化效率，就得到输入电流值I_in。控制器算出的电流值是数字信号，电源保护机制是模拟信号二者不能直接进行控制，在控制器计算出输入电流时进行一次数字模拟转换后便能输入电源保护电路。

图3为本发明的磁悬浮系统的一实施例的二级保护电流阈值获取方式的流程示意图。如图3所示，磁悬浮系统的二级保护电流阈值的获取方式，包括：步骤1、获取磁悬浮系统的转子悬浮的参考位置，并通过位移传感器获取磁悬浮系统的轴承线圈的实际位置。

其中，参考位置是设定的一个相对稳定悬浮的位置，理想情况下为电机腔体正中心；实际位置是转子距离传感器的位置；传感器与线圈安装在同一高度，转子到传感器的距离等于转子到轴承线圈的距离。

步骤2、确定上述参考位置和实际位置的位置变化量ΔX，即位移X。

步骤3、根据位移X，进行PID计算，得到计算结果。

步骤4、将PID计算的计算结果，转化为输入电流，再经DAC转化，输出至磁悬浮系统的电源。即，将MCU的控制信号转换成能够输入电源的模拟信号，类似信号转换。

步骤5、将PID计算的计算结果，经功放处理后，输出至轴承线圈。其中，功放处理到轴承线圈是为了将转子悬浮的，功率放大器加线圈就是电生磁的方法。

具体实施时，可以参见以下的示例性说明中所举的例子。

在电源正常上电为磁悬浮控制器(即磁悬浮系统的轴承控制器)供电的情况下，经测试磁悬浮控制器的上电功率为20W，正常工作电源平均功率为200W，于是可以设定一级保护电流为200W/300V*300％＝2A，稳定工作和仅上电时轴承控制器反馈的需求电流应为小于2A的电流，于是此时用于保护的电流为2A。若磁悬浮系统进入恶劣状态或者有极大电流需求假设为5A，此时电源的保护电流变为5A。

此处，通过采集磁悬浮系统的电源的输出电流I并转为电压U，U＝KI，K为转化系数。与2A对应的电压进行比较，输出控制信号触发电源过流保护机制。由磁悬浮控制器引入的二级电流保护值，是通过控制器检测到的转子偏移中心位置的距离，进行转化计算出磁悬浮线圈中应该通入对应的电流产生电磁力将转子控制回中心位置。也就是说，控制转子一直悬浮在电机腔体中间，跑偏之后加以控制回到中间，比如转子以中心为原点往左偏之后施加向右的电磁力。再通过得到的电流与功率放大器的效率转换得出电源应该给磁悬浮控制器供对应的电流。得到这个需要的电流值后乘以K得到对应的电压值，再由主控的DAC模块(即数模转换模块)模拟出该电压传输给电源，通过电压比较器得出该值与2A对应的电压之间的一个最大值，将最大值作为过流保护的基准电压用于和实时电源输出电流比较触发过流保护机制。

其中，电流采样为电流传感器，电流传感器原理就是输入电流能够线性转化为电压，公式为U＝KI。

由于本实施例的磁悬浮系统所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过采样磁悬浮系统对电源的实际功率需求，根据磁悬浮系统对电源的实际功率需求，调整磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，当电源的过流值超过电源的额定保护阈值时使用电源的需求保护值进行过流保护，当电源的需求保护值降低至电源的额定保护阈值以下时切换至使用电源的额定保护阈值进行过流保护，无需为了满足短暂的超功率运行将过流保护放宽导致电源过功率故障无法及时保护，能够提高过流保护机制的灵敏度。

根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮系统的一种过流保护方法，如图5所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该过流保护方法可以包括：步骤S110至步骤S130。

在步骤S110处，采样待进行过流保护的磁悬浮系统的实际电流，记为当前实际电流。当前，是指按时间顺序推移的最近时刻。

在步骤S120处，根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述磁悬浮系统进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值。其中，所述第一过流保护阈值，是所述磁悬浮系统的额定过流保护阈值。所述第二过流保护阈值，是根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定的实际过流保护阈值。

在步骤S130处，对所述当前实际电流和所述当前过流保护阈值进行比较，在所述当前实际电流大于所述当前过流保护阈值的情况下，生成过流保护信号，以使所述磁悬浮系统根据所述过流保护信号，执行预设的过流保护操作，以实现对所述磁悬浮系统的过流保护。

具体地，本发明的方案，通过根据磁悬浮系统对电源的实际功率需求，调整磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，当电源的过流值超过电源的额定保护阈值时使用电源的需求保护值进行过流保护，当电源的需求保护值降低至电源的额定保护阈值以下时切换至使用电源的额定保护阈值进行过流保护。优选地，本发明的方案，提出两级过流保护，通过设置两级保护实现实时调整过流保护阈值从而避免电源长期处于轻度过载。

在两级过流保护中，一级过流保护按照磁悬浮系统的电源的额定输出功率设定，形成一级保护阈值。二级过流保护按照磁悬浮系统的轴承控制器对磁悬浮系统的电源的功率需求的反馈设定，形成二级保护阈值。如果一级保护阈值比二级保护阈值大，则使用一级保护阈值进行过流保护，反之使用二级保护阈值。从而，无需为了满足短暂的超功率运行将过流保护放宽导致电源过功率故障无法及时保护，能够提高过流保护机制的灵敏度。此时，又能够满足短暂需求大功率输出的需求，根据需求实时放宽保护阈值，当需求降低后又及时切换保护阈值。

在一些实施方式中，在步骤S120处，根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述磁悬浮系统进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值的具体过程，参见以下示例性说明。

下面结合图6所示本发明的方法中确定为当前对所述磁悬浮系统进行过流保护时所需依据的过流保护阈值的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中确定为当前对所述磁悬浮系统进行过流保护时所需依据的过流保护阈值的具体过程，包括：步骤S210至步骤S240。

步骤S210，接收预先对所述磁悬浮系统设置的所述第一过流保护阈值。

步骤S220，根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值。以及，接收当前最新的所述第二过流保护阈值。当然，也可以说，接收预先对所述磁悬浮系统设置的所述第二过流保护阈值，并根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定的实际过流保护阈值，以所述实际过流保护阈值对所述第二过流保护阈值进行更新，得到当前最新的所述第二过流保护阈值。

步骤S230，对所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值进行比较，并在所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值的大小关系发生变化的情况下，输出切换信号。

步骤S240，在接收到所述切换信号的情况下，对所述当前过流保护阈值进行切换，以将所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值中的较大者作为所述当前过流保护阈值。

具体地，在本发明的方案中，通过磁悬浮系统的控制系统的位移变化，实时计算出整个磁悬浮系统的功率，从而设定磁悬浮电源的过流保护阈值，实现磁悬浮电源两级过流保护。不仅能够实现磁悬浮控制器短暂的高功率需求，也避免电源因其他故障原因长期工作在轻度过载状态。

本发明的方案中，通过使磁悬浮系统的轴承控制器反馈需要的输入电流，与当前的过流保护阈值进行比较取二者的最大值作为电源的过流保护阈值。这样，不仅保证了电源能够及时地进行保护，也保证了磁悬浮系统对电源瞬时功率的需求。

在一些实施方式中，步骤S220中根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值的具体过程，参见以下示例性说明。

下面结合图7所示本发明的方法中根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定实际过流保护阈值的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S220中根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定实际过流保护阈值的具体过程，包括：步骤S310和步骤S320。

步骤S310，确定所述磁悬浮系统的实际功率需求。

步骤S320，根据所述磁悬浮系统的实际功率需求，确定为满足所述磁悬浮系统的实际功率需求所需提供的实际输入电流，并根据所述实际输入电流确定实际过流保护阈值，作为当前最新的所述第二过流保护阈值。

例如：可以根据磁悬浮系统当前的作功情况确定其实际功率需求，进而根据功率需要与输入电流之间的对应关系，确定为满足实际功率需求所需的实际输入电流。进而，根据不同输入电流与不同过流保护阈值之间的对应关系，确定与实际输入电流对应的实际过流保护阈值。

在一些实施方式中，步骤S310中确定所述磁悬浮系统的实际功率需求，包括：获取所述磁悬浮系统的电机转子的悬浮位移，对所述悬浮位移进行PID处理和DAC转换，确定所述磁悬浮系统的实际功率需求。

磁悬浮系统的轴承控制器反馈的过流保护阈值的方式为：因为本发明的方案涉及的是磁悬浮控制系统(即磁悬浮系统的控制系统)，即通过电磁力将转子悬浮在稳定位置的装置。当传感器检测到位置变化量ΔX，利用该位置变化量ΔX计算出对应的功率需求：

得到：

理论计算中，由上式可得到电磁力F∝i，F∝1/X²，其他变量在整个系统设计完成之后都是定值。A₀为受力面积，B₀为磁场强度，μ₀为空气中的磁导率，N为线圈匝数。因此可以通过电流、力、位置，三者之间的关系确定其中两个来得到另外一个。

在实际控制中，需要的电流是通过PID控制算法(即比例-积分-微分控制算法)实现，因此只需将位移环PID计算的结果当做电流I的需求值。得到电流后只是用于控制转子所需的电流大小，再由母线电压U为固定值，因此需求功率P＝UI，考虑到磁悬浮控制系统效率不可能实现所有的输入能量全都转化为电磁力，因此整个磁悬浮系统的轴承控制器的实际需求功率P_need＝UI/η，其中η为转化效率。运用该式可以计算位移环，得到的电流I除以转化效率，就得到输入电流值I_in。控制器算出的电流值是数字信号，电源保护机制是模拟信号二者不能直接进行控制，在控制器计算出输入电流时进行一次数字模拟转换后便能输入电源保护电路。

图3为本发明的磁悬浮系统的一实施例的二级保护电流阈值获取方式的流程示意图。如图3所示，磁悬浮系统的二级保护电流阈值的获取方式，包括：步骤1、获取磁悬浮系统的转子悬浮的参考位置，并通过位移传感器获取磁悬浮系统的轴承线圈的实际位置。

步骤2、确定上述参考位置和实际位置的位置变化量ΔX，即位移X。

步骤3、根据位移X，进行PID计算，得到计算结果。

步骤4、将PID计算的计算结果，转化为输入电流，再经DAC转化，输出至磁悬浮系统的电源。

步骤5、将PID计算的计算结果，经功放处理后，输出至轴承线圈。

具体实施时，可以参见以下的示例性说明中所举的例子。

在电源正常上电为磁悬浮控制器(即磁悬浮系统的轴承控制器)供电的情况下，经测试磁悬浮控制器的上电功率为20W，正常工作电源平均功率为200W，于是可以设定一级保护电流为200W/300V*300％＝2A，稳定工作和仅上电时轴承控制器反馈的需求电流应为小于2A的电流，于是此时用于保护的电流为2A。若磁悬浮系统进入恶劣状态或者有极大电流需求假设为5A，此时电源的保护电流变为5A。

此处，通过采集磁悬浮系统的电源的输出电流I并转为电压U，U＝KI，K为转化系数。与2A对应的电压进行比较，输出控制信号触发电源过流保护机制。由磁悬浮控制器引入的二级电流保护值，是通过控制器检测到的转子偏移中心位置的距离，进行转化计算出磁悬浮线圈中应该通入对应的电流产生电磁力将转子控制回中心位置。再通过得到的电流与功率放大器的效率转换得出电源应该给磁悬浮控制器供对应的电流。得到这个需要的电流值后乘以K得到对应的电压值，再由主控的DAC模块(即数模转换模块)模拟出该电压传输给电源，通过电压比较器得出该值与2A对应的电压之间的一个最大值，将最大值作为过流保护的基准电压用于和实时电源输出电流比较触发过流保护机制。

其中，电流采样为电流传感器，电流传感器原理就是输入电流能够线性转化为电压，公式为U＝KI。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述磁悬浮系统的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过采样磁悬浮系统对电源的实际功率需求，根据磁悬浮系统对电源的实际功率需求，调整磁悬浮系统的电源的过流保护阈值，当电源的过流值超过电源的额定保护阈值时使用电源的需求保护值进行过流保护，当电源的需求保护值降低至电源的额定保护阈值以下时切换至使用电源的额定保护阈值进行过流保护，能够满足短暂需求大功率输出的需求，根据需求实时放宽保护阈值，当需求降低后又及时切换保护阈值，提升了磁悬浮系统的电源的过流保护的可靠性和安全性。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种过流保护装置，其特征在于，包括：采样单元、阈值确定单元和保护单元；其中，

所述采样单元，被配置为采样待进行过流保护的设备的实际电流，记为当前实际电流；

所述阈值确定单元，被配置为根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述设备进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值；其中，所述第一过流保护阈值，是所述设备的额定过流保护阈值；所述第二过流保护阈值，是根据所述设备的实际功率需求确定的实际过流保护阈值；

所述保护单元，被配置为对所述当前实际电流和所述当前过流保护阈值进行比较，在所述当前实际电流大于所述当前过流保护阈值的情况下，生成过流保护信号，以使所述设备根据所述过流保护信号，执行预设的过流保护操作。

2.根据权利要求1所述的过流保护装置，其特征在于，所述阈值确定单元，包括：第一阈值接收模块、第二阈值确定模块、第一比较模块和切换模块；其中，

所述阈值确定单元，根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述设备进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值，包括：

所述第一阈值接收模块，被配置为接收预先对所述设备设置的所述第一过流保护阈值；

所述第二阈值确定模块，被配置为根据所述设备的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值；以及，接收当前最新的所述第二过流保护阈值；

所述第一比较模块，被配置为对所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值进行比较，并在所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值的大小关系发生变化的情况下，输出切换信号；

所述切换模块，被配置为在接收到所述切换信号的情况下，对所述当前过流保护阈值进行切换，以将所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值中的较大者作为所述当前过流保护阈值。

3.根据权利要求2所述的过流保护装置，其特征在于，所述第一比较模块的同相输入端，用于输入所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中的一个过流保护阈值；所述第一比较模块的反相输入端，用于输入所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中的另一个过流保护阈值；所述第一比较模块的输出端，用于输出所述切换信号至所述切换模块。

4.根据权利要求2所述的过流保护装置，其特征在于，所述第二阈值确定模块，包括：功率计算模块和阈值计算模块；其中，

所述第二阈值确定模块，根据所述设备的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值，包括：

所述功率计算模块，被配置为确定所述设备的实际功率需求；

所述阈值计算模块，被配置为根据所述设备的实际功率需求，确定为满足所述设备的实际功率需求所需提供的实际输入电流，并根据所述实际输入电流确定实际过流保护阈值，作为当前最新的所述第二过流保护阈值。

5.根据权利要求2所述的过流保护装置，其特征在于，所述切换模块，包括：转换开关；其中，

所述转换开关的控制端，在所述第一过流保护阈值大于所述第二过流保护阈值的情况下，使所述第一过流保护阈值输入至所述保护单元的阈值输入端；在所述第二过流保护阈值大于所述第一过流保护阈值的情况下，使所述第二过流保护阈值输入至所述保护单元的阈值输入端。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的过流保护装置，其特征在于，所述保护单元，包括：第二比较模块；所述第二比较模块的同相输入端，用于输入所述当前实际电流；所述第二比较模块的反相输入端，用于输入所述当前过流保护阈值；所述第二比较模块的输出端，用于输出过流保护信号。

7.一种磁悬浮系统，其特征在于，包括：如权利要求1至6中任一项所述的过流保护装置。

8.根据权利要求7所述的磁悬浮系统，其特征在于，在确定所述磁悬浮系统的第二过流保护阈值的过程中，确定所述设备的实际功率需求，包括：

获取所述磁悬浮系统的电机转子的悬浮位移，对所述悬浮位移进行PID处理和DAC转换，确定所述磁悬浮系统的实际功率需求。

9.一种如权利要求7至8中任一项所述的磁悬浮系统的过流保护方法，其特征在于，包括：

采样待进行过流保护的磁悬浮系统的实际电流，记为当前实际电流；

根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述磁悬浮系统进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值；其中，所述第一过流保护阈值，是所述磁悬浮系统的额定过流保护阈值；所述第二过流保护阈值，是根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定的实际过流保护阈值；

对所述当前实际电流和所述当前过流保护阈值进行比较，在所述当前实际电流大于所述当前过流保护阈值的情况下，生成过流保护信号，以使所述磁悬浮系统根据所述过流保护信号，执行预设的过流保护操作。

10.根据权利要求9所述的磁悬浮系统的过流保护方法，其特征在于，根据第一过流保护阈值和第二过流保护阈值之间的大小关系，将所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值中较大者，确定为当前对所述磁悬浮系统进行过流保护时所需依据的过流保护阈值，记为当前过流保护阈值，包括：

接收预先对所述磁悬浮系统设置的所述第一过流保护阈值；

根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值；以及，接收当前最新的所述第二过流保护阈值；

对所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值进行比较，并在所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值的大小关系发生变化的情况下，输出切换信号；

在接收到所述切换信号的情况下，对所述当前过流保护阈值进行切换，以将所述第一过流保护阈值和当前最新的所述第二过流保护阈值中的较大者作为所述当前过流保护阈值。

11.根据权利要求10所述的磁悬浮系统的过流保护方法，其特征在于，根据所述磁悬浮系统的实际功率需求确定实际过流保护阈值，作为当前最新的第二过流保护阈值，包括：

确定所述磁悬浮系统的实际功率需求；

根据所述磁悬浮系统的实际功率需求，确定为满足所述磁悬浮系统的实际功率需求所需提供的实际输入电流，并根据所述实际输入电流确定实际过流保护阈值，作为当前最新的所述第二过流保护阈值。

12.根据权利要求11所述的磁悬浮系统的过流保护方法，其特征在于，确定所述磁悬浮系统的实际功率需求，包括：

获取所述磁悬浮系统的电机转子的悬浮位移，对所述悬浮位移进行PID处理和DAC转换，确定所述磁悬浮系统的实际功率需求。

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