CN113377082B - 一种交流电机控制器自检方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交流电机控制器自检方法。该方法至少包括以下步骤：将预设参考电流Ia_ref作为a相参考电流；根据三相电流检测模块实时采样三相交流电流，其中所述三相交流电流包括：a相的电流Ia，b相的电流Ib，c相的电流Ic；将a相参考Ia_ref与所述实时采样得到的a相的电流Ia做差后经过PI运算，将运算结果作为调制输入量Valpha输入到所述空间矢量调制部件(SVM)，并保持所述空间矢量调制部件的调制输入量Vbelta＝0，经过该空间矢量调制部件的运算，得到所述电机控制器中逆变器功率管的交流驱动信号，此过程中，电机并不实际运行，不会建立旋转磁场、不会对外提供电磁转矩。

Description

一种交流电机控制器自检方法
本发明是申请号为201911059118.0，申请日为2019年11月1日，申请类型为发明，申请名称为一种交流电机控制器自检方法及系统的分案申请。
技术领域
本发明涉及交流电机控制领域，具体涉及一种交流电机控制器自检方法。
背景技术
交流电机控制器作为将电池端直流电转变成电机侧交流电的设备，广泛应用于工业产品中，其输出功率覆盖范围从几百瓦到几百千瓦。其中、交流电机控制器中的逆变器部分的功率器件(MOS或者IGBT)作为功率链路中易损坏的器件，一旦损坏、该交流电机控制器将不能正常工作，严重时甚至会导致整个逆变器因短路而过热烧毁。功率器件的失效模式有短路和开路两种状态。电流互感器作为交流电机控制器系统中闭环控制链路的关键器件，其工作状态也影响闭环控制实现。因此，交流电机控制器开机过程中功率器件和电流互感器的检测尤为重要。
现有的交流电机控制器在开机自检时通常采用如图1所示的技术方案。其中、直流参考电流Irrf经过斜坡产生器Ramp处理后产生的直流电流Ia_ref作为交流电机控制器中逆变器部分输出的a相电流的参考电流。将所述a相参考流Ia_ref与实时从该交流电机控制的逆变器的功率回路中采样得到的a相的电流Ia做差后经过PI运算器进行积分运算，将运算结果所述电机控制器中的空间矢量调制部件(SVM)的调制输入量Valpha，并保持所述空间矢量调制部件的调制输入量Vbelta＝0，经过该空间矢量调制部件的运算，得到所述电机控制器中逆变器功率管的驱动信号，同时将原本应该连接到电机绕组的三相功率回路直接相连，以避免电机进行实际运行。该方案在自检过程中，实时判断采样电流是否满足Ia＝-Ib＝-Ic＝Ia_ref，不满足、则表交流电机控制器或电流检测回路出现故障。
现有自检方案中，电机控制器中逆变器中功率回路输出的电流为直流量。而在实际使用中，由于电机在正常运转时绕组会切割磁场，导致流经电机控制器中逆变器的功率回路中的电流实际上是交流量。由于功率管和交流互感器在直流电流和交流电流作用下的表现存在差异。因此，现有交流电机控制器开机自检方案对于功率器件和电流互感器的检测并不充分。
公开号为CN108344918A的专利提供了一种开关磁阻电机驱动中变换器的故障诊断方法和变换器，所述变换器包括：三相变换器本体电路、备用功率开关器件、继电器网络；所述备用功率开关器件通过继电器网络与所述三相变换器本体电路电连接。所述方法通过控制信号控制变换器的功率开关器件的通断，并在所述控制信号中加入预设的目标信号；然后，获取变换器的功率开关器件处于不同状态时，采集到高频电流信号的幅值和频率，最后通过高频电流信号的幅值和频率来确定SRM驱动系统中变换器的故障类型。
公开号为CN104253446A的专利公开了一种双馈风力发电机的不对称电压骤升控制方法。该方法在双馈风力发电机并网点电压发生不对称骤升故障时，能够主动实施“灭磁”控制，加快定子磁链中直流、负序分量的衰减，从而抑制变流器过电流，并降低机组输出有功、无功功率、电磁转矩以及母线电压的波动，进一步有利于不对称电压骤升期间风电机组的不脱网运行；该方法充分利用了谐振控制器的频率选择特性，无需进行磁链的相序分离，更无需进行复杂的参考电流指令计算，具有结构简单、拓展性强的特点，便于延伸应用到广义电压骤升、骤降的复杂电网工况，有助于提高双馈型风电机组的高、低电压穿越运行能力。
现有技术缺乏针对交流电机开机自检的技术方案，不能在交流电机不运行的情况下进行自检，因此需要一种在交流电机不运行的情况下，模拟出电机正常工作时的电流情况进行自检的方法。
发明内容
为了更好、更全面地对交流电机控制器及其用于闭环控制的电流互感器进行开机自检，本发明提供一种交流电机控制器自检方法及系统。该方法及系统通过特定的调制方式，控制功率管的开通和关断，模仿电机正常工作时的流经绕组电流为交流电流，同时实现流经电机控制器的功率回路的三相电流Ia、Ib、Ic满足关系：Ia＝-Ib＝-Ic。通过实时判断采样的电机控制器的功率回路中各相电流值是否与设定值一致来判断控制器的状态。整个过程，电机并不实际运行，不会建立旋转磁场、不会对外提供电磁转矩。
本发明提供的交流电机控制器自检方法，具体包括以下步骤：
步骤1，将预设参考电流Ia_ref作为a相参考电流，其中Ia_ref为具有预设频率的交流斜坡电流，所述预设频率设为待自检的电机控制器实际工作时电机中绕组相电流的频率；
步骤2，采用电机控制器闭环控制回路中的电流互感器构成电流检测回路实时采样流经所述电机控制器中逆变器中功率回路、且对应电机正常运行时的三相交流电流，其中所述三相交流电流包括：a相的电流Ia，b相的电流Ib，c相的电流Ic；
步骤3，将a相参考交流电流Ia_ref与步骤2中实时采样得到的a相的电流Ia做差后经过PI运算器进行积分运算，将运算结果作为调制输入量Valpha输入到所述电机控制器中的空间矢量调制部件(SVM)，并保持所述空间矢量调制部件的调制输入量Vbelta＝O，经过该空间矢量调制部件的运算，得到所述电机控制器中逆变器功率管的交流驱动信号，同时将原本应该连接到电机绕组的三相功率回路直接相连，以避免电机进行实际运行；
步骤4：判断步骤2中得到的各相采样电流是否满足Ia＝-Ib＝-Ic＝Ia_ref，当满足时、表示所述电机控制器且所述电流互感器正常，否则、所述电机控制器或所述电流互感器出现故障。
进一步地、步骤1中的预设参考交流电流Ia_ref由与其的幅度相等预设直流电流Iref和与待自检的电机控制器实际工作时电机绕组的相电流频率相同的正弦信号sinωt进行相乘后，经由斜坡发生器Ramp处理后生成。
相应地，本发明还提供一种交流电机控制器自检系统，该系统包括：
预设参考电流提供模块，用于提供预设参考电流Ia_ref作为a相电流参考，Ia_ref为具有预设频率的交流斜坡电流，所述预设频率设为待自检的电机控制器实际工作时电机相电流的频率；
三相电流检测模块、其包括电机控制器闭环控制回路中的电流互感器，用于
实时采样流经所述电机控制器中逆变器中功率回路、且对应电机正常运行时绕组中的三相交流电流，其中所述三相交流电流包括：a相的电流Ia，b相的电流Ib，c相的电流Ic；
空间矢量调制部件(SVM)反馈控制模块，用于将a相参考电流Ia_ref与所述实时采样得到的a相的电流Ia做差后经过PI运算器进行积分运算，将运算结果作为调制输入量Valpha输入到所述电机控制器中的空间矢量调制部件(SVM)，并保持所述空间矢量调制部件的调制输入量Vbelta＝O，经过该空间矢量调制部件的运算，得到所述电机控制器中逆变器功率管的交流驱动信号，其中、电机控制器的三相功率回路直接相连；
电机控制器状态确认模块，用于根据所述三相电流检测模块得到采样电流Ia、Ib、Ic以及所述预设参考电流Ia_ref来确定电机控制器的状态。
附图说明
图1为现有交流电机控制器自检控制电路示意图；
图2为交流电机控制器中三相逆变器和电机连接关系的拓扑示意图；
图3为本发明提供的交流电机控制器自检控制电路示意图。
具体实施方式
下面为了使本发明所解决的技术问题、技术方案以及有益效果更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应该理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种交流电机控制器自检方法，与该方法对应的交流电机控制器自检控制电路如图3所示。该方法包括以下步骤：
步骤1，将预设参考电流Ia_ref作为a相参考电流，其中Ia_ref为具有预设频率的交流斜坡电流，所述预设频率设为待自检的电机控制器实际工作时电机中绕组相电流的频率。所述预设参考交流电流Ia_ref由与其的幅度相等预设直流电流Iref和与待自检的电机控制器实际工作时电机绕组的相电流频率相同的正弦信号sinωt由乘法模块Multi进行相乘后，经由斜坡发生器Ramp处理后生成。
步骤2，采用电机控制器闭环控制回路中的电流互感器构成电流检测回路实时采样流经所述电机控制器中逆变器中功率回路、且对应电机正常运行时绕组中的三相交流电流，其中所述三相交流电流包括：a相的电流Ia，b相的电流Ib，c相的电流Ic。
步骤3，将所述a相参考交流电流Ia_ref与步骤2中实时采样得到的a相的电流Ia做差后经过PI运算器进行积分运算，将运算结果作为调制输入量Valpha输入到所述电机控制器中的空间矢量调制部件(SVM)，并保持所述空间矢量调制部件的调制输入量Vbelta＝O，经过该空间矢量调制部件的运算，得到所述电机控制器中逆变器功率管的交流驱动信号；同时将原本应该连接到电机绕组的三相功率回路直接相连，以避免电机进行实际运行。这样由于调制输入量Valpha为与电机正常运行时绕组相电流频率相同的交流量，根据SVM原理可知空间矢量调制部件输出的逆变器功率管的驱动信号也为同频的交流信号，从而使逆变器的功率管也产生相同频率的交流电流。
步骤4：判断步骤2中得到的各相采样电流是否满足Ia＝-Ib＝-Ic＝Ia_ref，当满足时、表示所述电机控制器且所述电流互感器正常，否则、所述电机控制器或所述电流互感器出现故障。
与上述交流电机控制器自检方法对应，本发明还提供一种交流电机控制器自检系统，该系统包括：
预设参考电流提供模块，用于提供预设参考电流Ia_ref作为a相电流参考，Ia_ref为具有预设频率的交流斜坡电流，所述预设频率设为待自检的电机控制器实际工作时电机相电流的频率。
三相电流检测模块、其包括电机控制器闭环控制回路中的电流互感器，用于
实时采样流经所述电机控制器中逆变器中功率回路、且对应电机正常运行时绕组中的三相交流电流，其中所述三相交流电流包括：a相的电流Ia，b相的电流Ib，c相的电流Ic。
空间矢量调制部件(SVM)反馈控制模块，用于将a相参考电流Ia_ref与所述实时采样得到的a相的电流Ia做差后经过PI运算器进行积分运算，将运算结果作为调制输入量Valpha输入到所述电机控制器中的空间矢量调制部件(SVM)，并保持所述空间矢量调制部件的调制输入量Vbelta＝O，经过该空间矢量调制部件的运算，得到所述电机控制器中逆变器功率管的交流驱动信号，电机控制器的三相功率回路直接相连；
电机控制器状态确认模块，用于根据所述三相电流检测模块得到采样电流Ia、Ib、Ic以及所述预设参考电流Ia_ref来确定电机控制器的状态。其中、确定电机控制器的状态具体为：若判断采样电流满足Ia＝-Ib＝-Ic＝Ia_ref，则表示所述电机控制器且所述电流互感器正常，否则、所述电机控制器或者所述电流互感器出现故障。
进一步地，如图3所示、所述预设参考电流提供模块将与预设参考电流Ia_ref幅度相等预设直流电流Iref和与待自检的电机控制器实际工作时电机相电流频率相同的正弦信号sinωt进行相乘的结果输入斜坡发生器Ramp处理后生成预设参考电流Ia_ref。
本发明提供的交流电机控制器开机自检方案在自检过程中，使交流电机控制器的功率回路产生交流电流输出，通过实时采样并判断电机控制器中的功率回路输出的三相交流电流与设定参考交流电流的关系是否满足要求，来判断功率链路和电流采样链路是否存在故障。相较于现有的交流电机控制的自检方案，本发明提供的交流电机控制器自检方案使电机控制器中的功率回路输出的三相交流电流；更加贴近电机控制器实际控制电机运行时的状态，对于功率和电流采样链路的验证也更加充分。

Claims (10)

1.一种交流电机控制器自检方法，其特征在于，所述交流电机控制器自检方法至少包括以下步骤：
将预设参考电流Ia_ref作为a相参考电流，其中Ia_ref为具有预设频率的交流电流；
根据三相电流检测模块实时采样三相交流电流，其中所述三相交流电流包括：a相的电流Ia，b相的电流Ib，c相的电流Ic；
将a相参考Ia_ref与所述实时采样得到的a相的电流Ia做差后经过PI运算，将运算结果作为调制输入量Valpha输入到空间矢量调制部件(SVM)，并保持所述空间矢量调制部件的调制输入量Vbelta＝0，经过该空间矢量调制部件的运算，得到所述电机控制器中逆变器功率管的交流驱动信号，此过程中，电机并不实际运行，不会建立旋转磁场、不会对外提供电磁转矩。
2.如权利要求1所述的交流电机控制器自检方法，其特征在于，所述三相电流检测模块其包括电机控制器闭环控制回路中的电流互感器，用于实时采样三相交流电流。
3.如前述权利要求2所述的交流电机控制器自检方法，其特征在于，所述预设参考电流Ia_ref由与Ia_ref的幅度相等预设直流电流Iref和与待自检的电机控制器实际工作时电机相电流频率相同的正弦信号sinωt进行相乘后，经由斜坡发生器Ramp处理后生成。
4.如前述权利要求1所述的交流电机控制器自检方法，其特征在于，所述预设频率设为待自检的电机控制器实际工作时电机相电流的频率。
5.如前述权利要求4所述的交流电机控制器自检方法，其特征在于，所述预设参考电流Ia_ref通过预设参考电流提供模块提供。
6.如前述权利要求5所述的交流电机控制器自检方法，其特征在于，电机控制器状态确认模块根据所述三相电流检测模块得到采样电流Ia、Ib、Ic以及所述预设参考电流Ia_ref来确定电机控制器的状态。
7.如权利要求2所述的交流电机控制器自检方法，其特征在于，所述三相交流电流流经所述电机控制器中逆变器中功率回路。
8.如前述权利要求7所述的交流电机控制器自检方法，其特征在于，所述三相交流电流对应电机正常运行时绕组中的三相交流电流。
9.如前述权利要求8所述的交流电机控制器自检方法，其特征在于，判断采样电流是否满足Ia＝-Ib＝-Ic＝Ia_ref，当满足时、表示所述电机控制器且所述电机控制器功率回路以及电流检测回路正常，否则、表示存在故障。
10.如权利要求3所述的交流电机控制器自检方法，其特征在于，预设直流电流Ia_ref和与待自检的电机控制器实际工作时电机绕组的相电流频率相同的正弦信号sinωt由乘法模块Multi进行相乘。
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