CN113644844A - 一种电机反电动势高压抑制方法 - Google Patents

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CN113644844A CN202110997596.7A CN202110997596A CN113644844A CN 113644844 A CN113644844 A CN 113644844A CN 202110997596 A CN202110997596 A CN 202110997596A CN 113644844 A CN113644844 A CN 113644844A
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Abstract

本发明公开了一种电机反电动势高压抑制方法；包括电控系统，所述电控系统上电性连接有母线电压检测模块、温度检测模块、母线电流检测模块、相线电流检测模块、霍尔信号处理模块、抱闸控制模块和三相逆变桥功率模块，所述三相逆变桥功率模块上电性连接有电机，所述电机与所述霍尔信号处理模块电性连接，所述三相逆变桥功率模块电性连接有电容稳压滤波模块，所述电容稳压滤波模块上电性连接有电池，所述电容稳压滤波模块与所述母线电流检测模块电性连接，所述三相逆变桥功率模块与所述温度检测模块、所述母线电流检测模块和所述相线电流检测模块电性连接；本发明能够实现对回收存储电能，电容稳压滤波模块存储电量，以及能够实现制动控制。

Description

一种电机反电动势高压抑制方法
技术领域
本发明属于电机技术领域，具体涉及一种电机反电动势高压抑制方法。
背景技术
随着社会进一步发展，以及对碳排放、碳中和绿色目标要求，电气化、电动化进一步深入到各个领域，尤其是交通、物流等行业，采用电池供电驱动行驶的车辆占比越来越大。此类车辆主要部分是电池、电控系统、电机。锂电池因能量密度大、体积小，逐步取代铅酸电池。锂电池对过压、欠压等比较敏感，需要精密的BMS保护板，实现电池充电、放电管理，然而市面上各种的电机保护仍存在各种各样的问题。
如授权公告号为CN110912100A所公开的一种电动舵机反电动势抑制电路，其虽然实现了电路简单可靠，有利于实现小型化；充分考虑瞬态、稳态超压情况，采用电容、电阻的储能和耗能特性可充分吸收系统能量，同时可为电机启动和换向提供瞬态能量输出，可靠性高；通过大容量电容对系统供电的冲击响应、电阻开关速度、开关迟滞保护、过流保护，提高了系统实用性，但是并未解决现有电机控制过程中无法反向循环发电，无法形成电磁制动的效果，从而抑制反电动势，无法防止抱死降低危险等的问题，为此我们提出一种电机反电动势高压抑制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电机反电动势高压抑制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电机反电动势高压抑制方法，包括电控系统，所述电控系统上电性连接有母线电压检测模块、温度检测模块、母线电流检测模块、相线电流检测模块、霍尔信号处理模块、抱闸控制模块和三相逆变桥功率模块，所述三相逆变桥功率模块上电性连接有电机，所述电机与所述霍尔信号处理模块电性连接，所述三相逆变桥功率模块电性连接有电容稳压滤波模块，所述电容稳压滤波模块上电性连接有电池，所述电容稳压滤波模块与所述母线电流检测模块电性连接，所述三相逆变桥功率模块与所述温度检测模块、所述母线电流检测模块和所述相线电流检测模块电性连接；
所述三相逆变桥功率模块由UH、UL、VH、VL、WH、WL六个子模块组成；
所述电控系统中包括有DSP运算模块，所述UH、所述UL、所述VH、所述VL、所述WH和所述WL六个子模块由所述DSP运算模块控制调节；
所述电控系统实现对以下参数进行设置：
母线实时电压：V；
电池满电母线电压：V0；
母线过压阈值：V1；
母线过压极限值：V2；
电池亏电母线电压：V3；
所述电机在进行启动运行时，所述DSP运算模块、所述三相逆变桥功率模块、所述电容稳压滤波模块、所述母线电压检测模块、所述母线电流检测模块、所述相线电流检测模块、所述霍尔信号处理模块、所述温度检测模块等设定的参数下运转，此时，V3≤V≤V0，处于正常工作状态；
所述电机在进行减速制动时，所述三相逆变桥功率模块停止工作，动能转换成电能，所述电机的绕组切割磁力线产生电流，生成反电动势，经所述三相逆变桥功率模块整流出再生电流，经所述电容稳压滤波模块耦合到母线，有以下几种方法情况：
S1、当V＜V0，所述电池处于未满电状态，所述电池处于可充状态，电流充入所述电池中，实现再生能源回收；
S2、当V≥V0，所述电池处于满电状态，所述电池不可充，电荷只能储存在所述电容稳压滤波模块内，由于所述电容稳压滤波模块的相对电容容量较小，再生电流将所述电容稳压滤波模块的电压也就是母线电压逐渐推高，当V0≤V≤V1，此时，打开所述三相逆变桥功率模块中的所述UL、所述VL和所述WL三个下管子模块，使所述电机绕组产生的电流被引流到地，电能转化成热能而损耗，形成电磁制动的效果，从而抑制反电动势，降低V，避免所述电控系统损坏，同时根据需求，可启动所述抱闸控制模块，实现机械制动；
S3、当V1＜V≤V2，所述电控系统处于过压并即将损坏状态，但此时车辆或整机处于危险状态中，通过所述电控系统对所述电机做更大的制动效果，以降低或解除危险，此时K系数使用给定的标定值K0，避免车轮抱死，实现较好的制动效果；同时启动所述抱闸控制模块实现有效的制动控制调节。
优选的，所述UL、所述VL和所述WL三个下管子模块的控制时间为T，并且采用PWM调控方式，调制频率F，占空比D，并且其计算公式如下：
等式1：T＝FD，
等式2：D＝K*(dV/dt)*ω，
D由电压V的变化率dV/dt、转速ω、K系数决定，
转速ω由所述霍尔信号处理模块采样位置的信号经过所述DSP运算模块计算得出，
K系数由母线电流、相线电流、温度参数决定，不同的应用场景需标定不同的K系数，K系数包括有以下几种：
K0：最迫切制动，
K1：较优制动，
K2：节能优先，
K3：均衡模式。
优选的，所述母线电压检测模块用于实现对所述电容稳压滤波模块进行电压的数值大小检测，并且将检测到的数值大小传输给所述电控系统，所述电控系统通过所述DSP运算模块进行有效的计算处理。
优选的，所述温度检测模块用于实现对所述三相逆变桥功率模块的运行温度进行检测，并且将检测到的温度数值传输给所述电控系统，所述电控系统根据温度数值实现对三相逆变桥功率模块进行控制调节和降温处理。
优选的，所述抱闸控制模块中包括有机械制动和电磁制动，所述S3中的启动所述抱闸控制模块实现有效的制动控制调节，既是通过所述机械制动和所述电磁制动同时工作，实现有效的安全制动控制调节。
优选的，所述电控系统中还集成有存储模块，所述存储模块至少包括有两组，两组所述存储模块分别为用于存储控制程序体的ROM存储模块和用于存储运行日志的RAM存储模块。
优选的，所述母线电流检测模块用于检测所述三相逆变桥功率模块的电流大小，并且将检测到的电流数值传输给所述电控系统，所述电控系统通过所述DSP运算模块进行计算处理。
优选的，所述电容稳压滤波模块用于实现对所述电机和所述三相逆变桥功率模块产生的电流进行有效的存储和滤波传输，所述电机在进行电磁反制动的时候产生的电流通过所述三相逆变桥功率模块进行交流转换成直流，然后通过所述电容稳压滤波模块进行滤波处理传输存储在所述电池内，且当所述电池存储满状态的时候，存储在所述电容稳压滤波模块内。
优选的，所述电控系统在接收到所述母线电压检测模块、所述温度检测模块、所述母线电流检测模块和所述相线电流检测模块检测到的所述三相逆变桥功率模块的数据信息后，通过所述DSP运算模块进行计算处理，并且通过计算处理后的数据信息实现反向控制所述三相逆变桥功率模块的运行。
优选的，所述电机内还电性连接有驱动模块，所述驱动模块与所述三相逆变桥功率模块电性连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)电池处于未满电状态，电池可充状态，电流充入电池中，实现再生能源回收；
(2)电池处于满电状态，电池不可充，电荷只能储存在电容稳压滤波模块内，由于该模块相对电容容量较小，再生电流将电容稳压滤波模块电压也就是母线电压逐渐推高，当V0≤V≤V1，此时，打开UL、VL、WL三个下管子模块，使电机绕组产生的电流被引流到地，电能转化成热能而损耗，形成电磁制动的效果，从而抑制反电动势，降低V，避免电控系统损坏；
(3)电控系统处于过压并即将损坏状态，但此时车辆或整机处于危险状态中，需要电控系统对电机做更大的制动效果，以降低或解除危险，此时K系数使用给定的标定值K0，避免车轮抱死，实现较好的制动效果；同时启动抱闸控制模块，实现机械制动和电磁制动同时工作，避免出现严重后果。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种电机反电动势高压抑制方法，包括电控系统，所述电控系统上电性连接有母线电压检测模块、温度检测模块、母线电流检测模块、相线电流检测模块、霍尔信号处理模块、抱闸控制模块和三相逆变桥功率模块，所述三相逆变桥功率模块上电性连接有电机，所述电机与所述霍尔信号处理模块电性连接，所述三相逆变桥功率模块电性连接有电容稳压滤波模块，所述电容稳压滤波模块上电性连接有电池，所述电容稳压滤波模块与所述母线电流检测模块电性连接，所述三相逆变桥功率模块与所述温度检测模块、所述母线电流检测模块和所述相线电流检测模块电性连接；
所述三相逆变桥功率模块由UH、UL、VH、VL、WH、WL六个子模块组成；
所述电控系统中包括有DSP运算模块，所述UH、所述UL、所述VH、所述VL、所述WH和所述WL六个子模块由所述DSP运算模块控制调节；
所述电控系统实现对以下参数进行设置：
母线实时电压：V；
电池满电母线电压：V0；
母线过压阈值：V1；
母线过压极限值：V2；
电池亏电母线电压：V3；
所述电机在进行启动运行时，所述DSP运算模块、所述三相逆变桥功率模块、所述电容稳压滤波模块、所述母线电压检测模块、所述母线电流检测模块、所述相线电流检测模块、所述霍尔信号处理模块、所述温度检测模块等设定的参数下运转，此时，V3≤V≤V0，处于正常工作状态；
所述电机在进行减速制动时，所述三相逆变桥功率模块停止工作，动能转换成电能，所述电机的绕组切割磁力线产生电流，生成反电动势，经所述三相逆变桥功率模块整流出再生电流，经所述电容稳压滤波模块耦合到母线，有以下几种方法情况：
S1、当V＜V0，所述电池处于未满电状态，所述电池处于可充状态，电流充入所述电池中，实现再生能源回收；
S2、当V≥V0，所述电池处于满电状态，所述电池不可充，电荷只能储存在所述电容稳压滤波模块内，由于所述电容稳压滤波模块的相对电容容量较小，再生电流将所述电容稳压滤波模块的电压也就是母线电压逐渐推高，当V0≤V≤V1，此时，打开所述三相逆变桥功率模块中的所述UL、所述VL和所述WL三个下管子模块，使所述电机绕组产生的电流被引流到地，电能转化成热能而损耗，形成电磁制动的效果，从而抑制反电动势，降低V，避免所述电控系统损坏，同时根据需求，可启动所述抱闸控制模块，实现机械制动；
S3、当V1＜V≤V2，所述电控系统处于过压并即将损坏状态，但此时车辆或整机处于危险状态中，通过所述电控系统对所述电机做更大的制动效果，以降低或解除危险，此时K系数使用给定的标定值K0，避免车轮抱死，实现较好的制动效果；同时启动所述抱闸控制模块实现有效的制动控制调节。
为了实现对控制时间进行有效的计算处理，本实施例中，优选的，所述UL、所述VL和所述WL三个下管子模块的控制时间为T，并且采用PWM调控方式，调制频率F，占空比D，并且其计算公式如下：
等式1：T＝FD，
等式2：D＝K*(dV/dt)*ω，
D由电压V的变化率dV/dt、转速ω、K系数决定，
转速ω由所述霍尔信号处理模块采样位置的信号经过所述DSP运算模块计算得出，
K系数由母线电流、相线电流、温度参数决定，不同的应用场景需标定不同的K系数，K系数包括有以下几种：
K0：最迫切制动，
K1：较优制动，
K2：节能优先，
K3：均衡模式。
为了实现对电容稳压滤波模块进行有效的电压数值检测，便于进行电压采集，本实施例中，优选的，所述母线电压检测模块用于实现对所述电容稳压滤波模块进行电压的数值大小检测，并且将检测到的数值大小传输给所述电控系统，所述电控系统通过所述DSP运算模块进行有效的计算处理。
为了实现对三相逆变桥功率模块的运行温度进行有效的检测采集，本实施例中，优选的，所述温度检测模块用于实现对所述三相逆变桥功率模块的运行温度进行检测，并且将检测到的温度数值传输给所述电控系统，所述电控系统根据温度数值实现对三相逆变桥功率模块进行控制调节和降温处理。
为了实现对电机进行有效的制动控制，本实施例中，优选的，所述抱闸控制模块中包括有机械制动和电磁制动，所述S3中的启动所述抱闸控制模块实现有效的制动控制调节，既是通过所述机械制动和所述电磁制动同时工作，实现有效的安全制动控制调节。
为了使得电控系统能够有效的进行存储数据信息，防止存储的数据信息发生混乱，本实施例中，优选的，所述电控系统中还集成有存储模块，所述存储模块至少包括有两组，两组所述存储模块分别为用于存储控制程序体的ROM存储模块和用于存储运行日志的RAM存储模块。
为了实现对三相你便桥功率模块的电流进行有效的检测，便于进行控制调节，本实施例中，优选的，所述母线电流检测模块用于检测所述三相逆变桥功率模块的电流大小，并且将检测到的电流数值传输给所述电控系统，所述电控系统通过所述DSP运算模块进行计算处理。
为了实现对电流进行有效的处理，并且实现对电流进行存储，以及实现对电流进行传输存储在电池内，本实施例中，优选的，所述电容稳压滤波模块用于实现对所述电机和所述三相逆变桥功率模块产生的电流进行有效的存储和滤波传输，所述电机在进行电磁反制动的时候产生的电流通过所述三相逆变桥功率模块进行交流转换成直流，然后通过所述电容稳压滤波模块进行滤波处理传输存储在所述电池内，且当所述电池存储满状态的时候，存储在所述电容稳压滤波模块内。
为了实现对三相逆变桥功率模块进行有效的反馈控制调节，本实施例中，优选的，所述电控系统在接收到所述母线电压检测模块、所述温度检测模块、所述母线电流检测模块和所述相线电流检测模块检测到的所述三相逆变桥功率模块的数据信息后，通过所述DSP运算模块进行计算处理，并且通过计算处理后的数据信息实现反向控制所述三相逆变桥功率模块的运行。
为了实现对电机进行驱动控制调节，本实施例中，优选的，所述电机内还电性连接有驱动模块，所述驱动模块与所述三相逆变桥功率模块电性连接。
本发明的工作原理及使用流程：电机启动、运行时，DSP运算模块、三相逆变桥功率模块、电容稳压滤波模块、母线电压检测模块、母线电流检测模块、相线电流检测模块、霍尔信号处理模块、温度检测模块等在设定的参数下运转，此时，V3≤V≤V0，处于正常工作状态。
电机减速、制动时，三相逆变桥功率模块停止工作，动能转换成电能，电机绕组切割磁力线产生电流，生成反电动势，经三相逆变桥功率模块整流出再生电流，经电容稳压滤波模块，耦合到母线，有以下几种情况：
一、V＜V0，电池处于未满电状态，电池可充状态，电流充入电池中，实现再生能源回收；
二、V≥V0，电池处于满电状态，电池不可充，电荷只能储存在电容稳压滤波模块内，由于电容稳压滤波模块相对电容容量较小，再生电流将电容稳压滤波模块电压也就是母线电压逐渐推高，当V0≤V≤V1，此时，打开UL、VL、WL三个下管子模块，使电机绕组产生的电流被引流到地，电能转化成热能而损耗，形成电磁制动的效果，从而抑制反电动势，降低V，避免电控系统损坏。同时根据需求，可启动抱闸控制模块，实现机械制动。
UL、VL、WL三个下管子模块控制时间T，采用PWM方式，调制频率F，占空比D,
等式1：T＝FD，
等式2：D＝K*(dV/dt)*ω，
D由电压V变化率dV/dt、转速ω、K系数决定，
转速ω由霍尔信号处理模块采样位置信号，DSP运算模块计算出ω，
K系数由母线电流、相线电流、温度等参数决定，不同的应用场景需标定不同的K系数：
K0：最迫切制动，
K1：较优制动，
K2：节能优先，
K3：均衡模式，
三、V1＜V≤V2，电控系统处于过压并即将损坏状态，但此时车辆或整机处于危险状态中，需要电控系统对电机做更大的制动效果，以降低或解除危险，此时K系数使用给定的标定值K0，避免车轮抱死，实现较好的制动效果；同时启动抱闸控制模块，实现机械制动和电磁制动同时工作，避免出现严重后果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种电机反电动势高压抑制方法，包括电控系统，其特征在于：所述电控系统上电性连接有母线电压检测模块、温度检测模块、母线电流检测模块、相线电流检测模块、霍尔信号处理模块、抱闸控制模块和三相逆变桥功率模块，所述三相逆变桥功率模块上电性连接有电机，所述电机与所述霍尔信号处理模块电性连接，所述三相逆变桥功率模块电性连接有电容稳压滤波模块，所述电容稳压滤波模块上电性连接有电池，所述电容稳压滤波模块与所述母线电流检测模块电性连接，所述三相逆变桥功率模块与所述温度检测模块、所述母线电流检测模块和所述相线电流检测模块电性连接；
所述三相逆变桥功率模块由UH、UL、VH、VL、WH、WL六个子模块组成；
所述电控系统中包括有DSP运算模块，所述UH、所述UL、所述VH、所述VL、所述WH和所述WL六个子模块由所述DSP运算模块控制调节；
所述电控系统实现对以下参数进行设置：
母线实时电压：V；
电池满电母线电压：V0；
母线过压阈值：V1；
母线过压极限值：V2；
电池亏电母线电压：V3；
所述电机在进行启动运行时，所述DSP运算模块、所述三相逆变桥功率模块、所述电容稳压滤波模块、所述母线电压检测模块、所述母线电流检测模块、所述相线电流检测模块、所述霍尔信号处理模块、所述温度检测模块等设定的参数下运转，此时，V3≤V≤V0，处于正常工作状态；
所述电机在进行减速制动时，所述三相逆变桥功率模块停止工作，动能转换成电能，所述电机的绕组切割磁力线产生电流，生成反电动势，经所述三相逆变桥功率模块整流出再生电流，经所述电容稳压滤波模块耦合到母线，有以下几种方法情况：
S1、当V＜V0，所述电池处于未满电状态，所述电池处于可充状态，电流充入所述电池中，实现再生能源回收；
S2、当V≥V0，所述电池处于满电状态，所述电池不可充，电荷只能储存在所述电容稳压滤波模块内，由于所述电容稳压滤波模块的相对电容容量较小，再生电流将所述电容稳压滤波模块的电压也就是母线电压逐渐推高，当V0≤V≤V1，此时，打开所述三相逆变桥功率模块中的所述UL、所述VL和所述WL三个下管子模块，使所述电机绕组产生的电流被引流到地，电能转化成热能而损耗，形成电磁制动的效果，从而抑制反电动势，降低V，避免所述电控系统损坏，同时根据需求，可启动所述抱闸控制模块，实现机械制动；
S3、当V1＜V≤V2，所述电控系统处于过压并即将损坏状态，但此时车辆或整机处于危险状态中，通过所述电控系统对所述电机做更大的制动效果，以降低或解除危险，此时K系数使用给定的标定值K0，避免车轮抱死，实现较好的制动效果；同时启动所述抱闸控制模块实现有效的制动控制调节。
2.根据权利要求1所述的一种电机反电动势高压抑制方法，其特征在于：所述UL、所述VL和所述WL三个下管子模块的控制时间为T，并且采用PWM调控方式，调制频率F，占空比D，并且其计算公式如下：
等式1：T＝FD，
等式2：D＝K*(dV/dt)*ω，
D由电压V的变化率dV/dt、转速ω、K系数决定，
转速ω由所述霍尔信号处理模块采样位置的信号经过所述DSP运算模块计算得出，
K系数由母线电流、相线电流、温度参数决定，不同的应用场景需标定不同的K系数，K系数包括有以下几种：
K0：最迫切制动，
K1：较优制动，
K2：节能优先，
K3：均衡模式。
3.根据权利要求1所述的一种电机反电动势高压抑制方法，其特征在于：所述母线电压检测模块用于实现对所述电容稳压滤波模块进行电压的数值大小检测，并且将检测到的数值大小传输给所述电控系统，所述电控系统通过所述DSP运算模块进行有效的计算处理。
4.根据权利要求1所述的一种电机反电动势高压抑制方法，其特征在于：所述温度检测模块用于实现对所述三相逆变桥功率模块的运行温度进行检测，并且将检测到的温度数值传输给所述电控系统，所述电控系统根据温度数值实现对三相逆变桥功率模块进行控制调节和降温处理。
5.根据权利要求1所述的一种电机反电动势高压抑制方法，其特征在于：所述抱闸控制模块中包括有机械制动和电磁制动，所述S3中的启动所述抱闸控制模块实现有效的制动控制调节，既是通过所述机械制动和所述电磁制动同时工作，实现有效的安全制动控制调节。
6.根据权利要求1所述的一种电机反电动势高压抑制方法，其特征在于：所述电控系统中还集成有存储模块，所述存储模块至少包括有两组，两组所述存储模块分别为用于存储控制程序体的ROM存储模块和用于存储运行日志的RAM存储模块。
7.根据权利要求1所述的一种电机反电动势高压抑制方法，其特征在于：所述母线电流检测模块用于检测所述三相逆变桥功率模块的电流大小，并且将检测到的电流数值传输给所述电控系统，所述电控系统通过所述DSP运算模块进行计算处理。
8.根据权利要求1所述的一种电机反电动势高压抑制方法，其特征在于：所述电容稳压滤波模块用于实现对所述电机和所述三相逆变桥功率模块产生的电流进行有效的存储和滤波传输，所述电机在进行电磁反制动的时候产生的电流通过所述三相逆变桥功率模块进行交流转换成直流，然后通过所述电容稳压滤波模块进行滤波处理传输存储在所述电池内，且当所述电池存储满状态的时候，存储在所述电容稳压滤波模块内。
9.根据权利要求1所述的一种电机反电动势高压抑制方法，其特征在于：所述电控系统在接收到所述母线电压检测模块、所述温度检测模块、所述母线电流检测模块和所述相线电流检测模块检测到的所述三相逆变桥功率模块的数据信息后，通过所述DSP运算模块进行计算处理，并且通过计算处理后的数据信息实现反向控制所述三相逆变桥功率模块的运行。
10.根据权利要求1所述的一种电机反电动势高压抑制方法，其特征在于：所述电机内还电性连接有驱动模块，所述驱动模块与所述三相逆变桥功率模块电性连接。
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