CN113411034A - 无感无刷永磁电机堵转控制方法及变频控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无感无刷永磁电机堵转控制方法和变频控制器，所述无感无刷永磁电机堵转控制方法包括：获取无感无刷永磁电机的控制参数和状态参数；根据所述控制参数和所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于电机堵转状态；当检测到所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，判断是否满足预设条件；若是，则进入自主换相控制模式，以控制所述无感无刷永磁电机上形成连续的周期变化磁路。本发明通过设置自主换相输出，有利于设备快速脱困的同时，避免长时间在同一相位上输出转矩，进而避免功率管发热不平衡，保证变频控制器的使用寿命，并避免对工作效率产生不利影响。

Description

无感无刷永磁电机堵转控制方法及变频控制器

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种无感无刷永磁电机堵转控制方法及变频控制器。

背景技术

近年来，永磁无刷电动机因其功率密度高、控制简单和体积质量小等良好的性能发展迅速。电机输出稳定转速的前提是准确换相，一般可以采用两种方式进行换相，其一就是采用有位置传感器进行换相，其二就是采用无位置传感器进行换相。无感无刷永磁电机就是采用无位置传感器方式进行换相。

电机堵转是电机在转速为0转时仍然输出扭矩的一种情况，通常是由于电机负载过大、拖动的机械故障、轴承损坏扫膛等原因引起的电动机无法启动或停止转动的现象。在电动工具行业如电动角磨机或电动切割机中，磨片或切片常常因为外力卡死，导致电机堵转。电机堵转时功率因数极低，堵转时的电流很大，时间稍长就会烧坏电机，因此设置堵转保护措施，当检测到电机堵转时，进入堵转保护状态，停止输出。然而，在电动工具的实际应用中,负载变化较大，容易出现刀片卡死现象，工人实际使用中如果出现刀片卡死通常会手动摇动机器摆脱卡死现象，如果电机卡死后很快就进入堵转保护状态，当工人手动控制电动工具退出异常状态后，需要重新手动开启机器，影响工作效率。

发明内容

本发明解决的问题是无感无刷永磁电机进入电机堵转状态后，立即进入堵转保护状态，导致无感无刷永磁电机脱离电机堵转状态时，需人为重新启动电机，影响工作效率。

本发明提出一种无感无刷永磁电机堵转控制方法，包括：

获取无感无刷永磁电机的控制参数和状态参数；

根据所述控制参数和所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于电机堵转状态；

当检测到所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，判断是否满足预设条件；

若是，则进入自主换相控制模式，以控制所述无感无刷永磁电机上形成连续的周期变化磁路。

可选地，所述根据所述控制参数和所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于电机堵转状态包括：

根据所述控制参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于驱动状态，且根据所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于实际静止状态；

当所述无感无刷永磁电机处于驱动状态且实际静止状态时，判定所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态；

当所述无感无刷永磁电机处于驱动状态且转动状态，或者所述无感无刷永磁电机处于非驱动状态且实际静止状态时，判定所述无感无刷永磁电机不处于电机堵转状态。

可选地，所述预设条件包括：

所述无感无刷永磁电机不满足堵转保护条件，其中，所述堵转保护条件包括所述无感无刷永磁电机超过第一预设时长未换相。

可选地，所述预设条件包括：

所述无感无刷永磁电机不满足磁链换相条件。

可选地，所述预设条件包括：

所述无感无刷永磁电机的相位不变时长大于或等于预设的相位保持时长。

可选地，无感无刷永磁电机堵转控制方法还包括：

当所述无感无刷永磁电机满足磁链换相条件，且满足连续磁链换相时，退出所述电机堵转状态。

可选地，无感无刷永磁电机堵转控制方法还包括：

当所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，控制输出预设的转矩电流。

可选地，无感无刷永磁电机堵转控制方法还包括：

在所述自主换相控制模式下，间隔第二预设时长轮流输出正反向转矩。

本发明还提出一种变频控制器，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法。

本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法。

本发明在无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，进入自主换相控制模式，自主进行换相输出，使功率管轮流导通，受热均匀，增加可靠性，且在自主进行换相输出后，由于电机实际相位不变，在电机上会形成一个周期性的往复转矩，使被卡死的磨片或切片更容易松动，使设备快速脱困，设备脱困后，机器正常运转，无需人为重新启动机器，避免对工作效率产生不利影响。此外，在自主进行换相输出后，使电机上形成一个连续的周期变化磁路，进而使电机摸拟成一个低速转动的模型，相对简化了磁链检测算法，使单片机更容易实现算法。

附图说明

图1为本发明无感无刷永磁电机堵转控制方法一实施例示意图；

图2为本发明无感无刷永磁电机堵转控制方法另一实施例示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参见图1，本发明无感无刷永磁电机堵转控制方法一实施例中，该处理方法包括：

步骤S100，获取无感无刷永磁电机的控制参数和状态参数。

控制参数用于判断无感无刷永磁电机(下文部分地方简称为“电机”)是否处于驱动状态，可获取控制引脚上的电位状态判断电机的变频控制器是否处于控制输出状态，当变频控制器处于控制输出状态时，判定电机处于驱动状态，当变频控制器并未处于控制输出状态时，判定电机处于非驱动状态。

状态参数用于判断无感无刷永磁电机实际是否处于运转状态还是静止状态。可选地，可采集电机相位电流和相位电压，基于电机相位电流和相位电压判断电机实际是否处于运转状态还是静止状态。

步骤S200，根据所述控制参数和所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于电机堵转状态。

在正常状态下，无感无刷永磁电机处于驱动状态时，其转子在转矩作用下转动，进而带动电动工具上的磨片或切片转动。而当电机堵转时，电机被卡死，其实际不会再转动，但变频控制器仍旧处于控制输出状态，仍旧输出换相信号，电机仍旧处于驱动状态。因此，当无感无刷永磁电机处于驱动状态，但电机实际处于静止状态时，判定无感无刷永磁电机处于电机堵转状态。当电机处于驱动状态且电机也处于转动状态，或者电机处于非驱动状态且电机处于静止状态时，判定无感无刷永磁电机不处于电机堵转状态。由此可准确判断出无感无刷永磁电机是否处于电机堵转状态，以便变频控制器及时采取相应处理算法，减少电机堵转对电机造成的损害，也有利于电机尽快脱离电机堵转状态。

步骤S300，当检测到所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，判断是否满足预设条件。

其中，预设条件可包括：所述无感无刷永磁电机不满足堵转保护条件，所述堵转保护条件包括所述无感无刷永磁电机超过第一预设时长未换相。

预设条件可包括：所述无感无刷永磁电机不满足磁链换相条件。

预设条件可包括：所述无感无刷永磁电机的相位不变时长大于或等于预设的相位保持时长。

一实施方式中，预设条件包括：无感无刷永磁电机不满足堵转保护条件、无感无刷永磁电机不满足磁链换相条件及无感无刷永磁电机的相位不变时长大于或等于预设的相位保持时长。可同时判断该三个条件，也可以设定的先后顺序判断该三个条件。

步骤S400，若满足预设条件，则进入自主换相控制模式，以控制所述无感无刷永磁电机上形成连续的周期变化磁路。

若满足预设条件，则进入自主换相控制模式，即变频控制器自主更换驱动相位。一实施方式中，在所述自主换相控制模式下，间隔第二预设时长轮流输出正反向转矩，以控制电机产生正反向转矩，使无感无刷永磁电机上形成连续的周期变化磁路，防止电机长时间在同一相位工作，使功率管发热不平衡，影响变频控制器的使用寿命。其中，控制电机产生正反向转矩的大小可为预先设定值，也可为与电机堵转相位不同的相位值。

若不满足预设条件，则返回执行所述步骤S100，重复执行所述步骤S100-步骤S400。

需要说明的是，在无感无刷永磁电机正常状态下，变频控制器的控制策略为：电机在静止状态下，通过相位激励，获取起始扇区；当电机在低速运行时，通过磁链法获取换相信号驱动电机运行；当电机运行到高速时，通过过零检测的方法，预测换相位置，驱动电机运行。

而电机堵转状态下，电机由于被卡死，相当于正常状态下控制策略的静止状态，此时理论上可以通过磁链法检测电机换相位置，但是，磁链法是通过相位变化下的相位电压、相位电流确定电机换相位置的，在电机实际相位不变的情况下，若使用磁链法确定电机换相位置，其算法复杂度相比正常状态下的磁链法高许多，算法复杂因而不适合单片机处理。此外，即使使用磁链法计算电机换相位置，因单片机计算速度和精度的限制，也无法获得较准确的电机换相相位，会影响电机保持转矩的输出，同时，通过磁链法是通过电机当前状态计算出的电机换相相位，而电机堵转，其状态不变，计算出的电机换相相位唯一，长时间在同一相位上输出转矩，会使功率管发热不平衡，影响变频控制器的使用寿命，其中，功率管是控制器驱动电机的执行器件，通常需要6组功率管组合成全桥驱动电路来控制三相电机，通过按照一定规律导通和关断功率管使电机驱动。

基于上述原因，本发明实施例在无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，进入自主换相控制模式，自主进行换相输出，使功率管轮流导通，受热均匀，增加可靠性，且在自主进行换相输出后，由于电机实际相位不变，在电机上会形成一个周期性的往复转矩，使被卡死的磨片或切片更容易松动，使设备快速脱困，此外，在自主进行换相输出后，使电机上形成一个连续的周期变化磁路，进而使电机摸拟成一个低速转动的模型，相对简化了磁链检测算法，使单片机更容易实现算法。

进一步地，步骤S300中，当检测到所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态，且无感无刷永磁电机满足堵转保护条件时，变频控制器停止输出，进入保护状态。此时，若变频控制器已进入自主换相控制模式，则退出自主换相控制模式进入保护状态。

堵转保护是指长时间未能正常换相输出，比如超过第一预设时长还不能正常换相时，需变频控制器停止输出，使电机及变频控制器均进入保护状态。

现有技术中，无自主换相控制模式，因而在进入堵转保护之前，变频控制器会一直在同一相位上输出转矩，而若长时间在同一相位上输出转矩，会使功率管发热不平衡，影响变频控制器的使用寿命，因而从判定无感无刷永磁电机处于电机堵转状态，到进入堵转保护这中间的时间很短，基本在判定无感无刷永磁电机处于电机堵转状态后的几毫秒就进入堵转保护。

而本发明实施例通过设置自主换相，在无感无刷永磁电机处于电机堵转状态，且满足预设条件时，进入自主换相控制模式，改变相位，避免一直在同一相位上输出转矩，进而不会使功率管发热不平衡，影响变频控制器的使用寿命，同时可以一直保持电机驱动状态，而不需要立即进入堵转保护。在电动工具(主要是角磨类,切割类工具)的实际应用中，负载变化较大，容易出现刀片卡死现象，工人实际使用中如果出现刀片卡死通常会手动摇动机器摆脱卡死现象，若在电机驱动状态保持期间摆脱卡死现象，则刀片退出卡死现象后能自动恢复正常状态，工人即可继续施工操作，无需重新启动机器，提高工作效率。

正常工作状态下，换相时间小于1毫秒。第一预设时长的可选取值范围为7～12秒。

进一步地，步骤S300中，当检测到所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，若无感无刷永磁电机满足磁链换相条件，此时电机转动，可根据磁链换相。

在电机被卡住后，可能很快就脱离卡住状态，即在判定无感无刷永磁电机处于电机堵转状态后很快就脱离堵转状态，脱离堵转状态后即可进行磁链换相，即通过磁链确定换相相位。在无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，通过判断其是否满足磁链换相条件，以确定其是否可以通过磁链确定换相相位，进而及时识别出电机脱离堵转状态的时机，以更为恰当的方式控制电机相位变换。

可选地，当所述无感无刷永磁电机满足磁链换相条件，且满足连续磁链换相时，退出所述电机堵转状态。

当无感无刷永磁电机满足磁链换相条件时，需进一步判断是否为连续磁链换相，因为电机在卡住后，因为外力作用或其他原因，可能完全脱离堵转状态，恢复正常运转，此时，会出现连续磁链换相的现象，此时可直接退出电机堵转状态，但也有可能只是暂时性脱离当前的卡住状态，随后又继续卡住，并未完全脱离堵转状态，未恢复正常运转，此时返回执行所述步骤S100。

通过判断是否满足连续磁链换相，区分电机是否完全脱离堵转状态，进而选择相适应的处理方式，在电机完全脱离堵转状态时，退出电机堵转状态，在电机未完全脱离堵转状态时，继续进行电机堵转状态下的处理，以保证变频控制器不被损毁。

进一步地，步骤S300中，当检测到所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，所述无感无刷永磁电机的相位不变时长小于预设的相位保持时长，则返回执行所述步骤S100。

当无感无刷永磁电机的相位不变时长大于或等于预设的相位保持时长，此时在同一相位上输出转矩的时长达到保护临界值，需更换驱动相位，避免功率管发热不平衡，影响变频控制器的使用寿命。

当无感无刷永磁电机的相位不变时长小于预设的相位保持时长，此时在同一相位上输出转矩的时长还较短，不需要更换驱动相位，继续当前的控制输出，并返回执行所述步骤S100。

可选地，所述无感无刷永磁电机堵转控制方法还包括：当所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，控制输出预设的转矩电流。

其中预设的转矩电流指输出的转矩电流大小。当无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，不能立即进入保护状态，不能停止转矩输出，还需保持一定转矩输出，但有转矩输出，有电流输出，功率管会发热，电流越大，发热越快，则功率管越容易烧坏。因此，需设定合适的转矩电流，用于在无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时作为控制输出。

另一实施例中，如图2，所述无感无刷永磁电机堵转控制方法包括：

根据所述控制参数和所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于电机堵转状态；

当所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，控制输出预设的转矩电流，判断是否满足堵转保护条件；

若满足堵转保护条件，则进入堵转保护状态；

若不满足堵转保护条件，则判断是否满足磁链换相条件；

若满足磁链换相条件，则判断是否为连续磁链换相，若是，则退出电机堵转状态；若否，则返回执行所述根据所述控制参数和所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于电机堵转状态的步骤；

若不满足磁链换相条件，则判断无感无刷永磁电机的相位不变时长大于或等于预设的相位保持时长；若是，则进入自主换相控制模式，以控制所述无感无刷永磁电机上形成连续的周期变化磁路；若否，则返回执行所述根据所述控制参数和所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于电机堵转状态的步骤。

通过上述步骤，在电机堵转后，可自主进行换相输出，使功率管轮流导通，受热均匀，增加可靠性，且在自主进行换相输出后，由于电机实际相位不变，在电机上会形成一个周期性的往复转矩，使被卡死的磨片或切片更容易松动，使设备快速脱困，且在自主进行换相输出后，使电机上形成一个连续的周期变化磁路，使电机摸拟成一个低速转动的模型，相对简化了磁链检测算法，使单片机更容易实现算法。

一实施例中，本发明变频控制器包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法。本发明变频控制器相对于现有技术所具有的有益效果与上述无感无刷永磁电机堵转控制方法一致，此处不赘述。

一实施例中，本发明计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如上所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法。

本发明计算机可读存储介质相对于现有技术所具有的有益效果与上述无感无刷永磁电机堵转控制方法一致，此处不赘述。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无感无刷永磁电机堵转控制方法，其特征在于，包括：

获取无感无刷永磁电机的控制参数和状态参数；

根据所述控制参数和所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于电机堵转状态；

当检测到所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，判断是否满足预设条件；

若是，则进入自主换相控制模式，以控制所述无感无刷永磁电机上形成连续的周期变化磁路。

2.如权利要求1所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法，其特征在于，所述根据所述控制参数和所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于电机堵转状态包括：

根据所述控制参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于驱动状态，且根据所述状态参数判断所述无感无刷永磁电机是否处于实际静止状态；

当所述无感无刷永磁电机处于驱动状态且实际静止状态时，判定所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态；

当所述无感无刷永磁电机处于驱动状态且转动状态，或者所述无感无刷永磁电机处于非驱动状态且实际静止状态时，判定所述无感无刷永磁电机不处于电机堵转状态。

3.如权利要求1所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法，其特征在于，所述预设条件包括：

所述无感无刷永磁电机不满足堵转保护条件，其中，所述堵转保护条件包括所述无感无刷永磁电机超过第一预设时长未换相。

4.如权利要求3所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法，其特征在于，所述预设条件还包括：

所述无感无刷永磁电机不满足磁链换相条件。

5.如权利要求4所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法，其特征在于，所述预设条件还包括：

所述无感无刷永磁电机的相位不变时长大于或等于预设的相位保持时长。

6.如权利要求1所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法，其特征在于，还包括：

当所述无感无刷永磁电机满足磁链换相条件，且满足连续磁链换相时，退出所述电机堵转状态。

7.如权利要求1所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法，其特征在于，还包括：

当所述无感无刷永磁电机处于电机堵转状态时，控制输出预设的转矩电流。

8.如权利要求1所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法，其特征在于，还包括：

在所述自主换相控制模式下，间隔第二预设时长轮流输出正反向转矩。

9.一种变频控制器，其特征在于，所述变频控制器包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1-8任一项所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器读取并运行时，实现如权利要求1-8任一项所述的无感无刷永磁电机堵转控制方法。

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