CN114217144A - 一种三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法，包括：1）直接采集三相电流；或直接采集两相电流，并通过iu+iv+iw=0计算出第三相电流；2）采样电流的多个周期，得到多个电流峰值,从里面选出最小的电流峰值；3）使用电流最小相的电流峰值和最大相的电流峰值的比值作为判断条件，检测到缺相。本发明可以及时而准确的检测出三相永磁同步电机运行中出现的缺相问题，避免电机在缺相时长期运行，减小电机发热烧损和永磁体退磁风险，提高其使用寿命。

Description

一种三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法

技术领域

本发明涉及一种电机控制方法，尤其是一种电机缺相的控制方法，具体的说是一种三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法。

背景技术

三相永磁同步电机被广泛应用于冰箱、空调、洗衣机等场合。为保障系统正常运行，通常都会在三相永磁同步电机启动前检测其是否缺相。如果此时检测其没有缺相，就不会再进行检测。但是，在电机运行期间，由于接触端子老化或外力因素等原因，仍会导致缺相的情况发生。当永磁同步电机缺相运行时，极易造成电机振动大，影响机械部件的寿命，甚至还会因相电流增大而加重电机发热，增大了永磁体退磁的风险。

因此，急需设计一种能够检测三相永磁同步电机运行中缺相的问题，并及时进行处置，避免造成电机的损坏。

发明内容

本发明的目的是针对当前在电机控制方面存在的不足，提供一种三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法，可以及时而准确的检测出电机运行中出现的缺相问题，提高使用寿命。

本发明的技术方案是：

一种三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法，包括以下步骤：

1）电机设置启动命令，缺相计时S开始计时，并且设定定时时间SetTime；

2）判断电机设定转速是否不为零，且进入闭环阶段；如是，转步骤3）；如否，则S清零，并从零开始继续计时；继续执行转步骤2）；

3）在时间周期T_section内，每个PWM周期采样和计算出一次三相电流iu，iv，iw，并把各相电流绝对值的最大值赋值给|iumax|，|ivmax|，|iwmax|；

4）重复步骤3）M次，得到M个|iumax|，|ivmax|，|iwmax|；其中，M为设定值；

5）计算M个|iumax|，|ivmax|，|iwmax|的最小值：

|iumax|min=Min{|iumax|1,…|iumax|M}；

|ivmax|min=Min{|ivmax|1,…|ivmax|M}；

|iwmax|min=Min{|iwmax|1,…|iwmax|M}；

6）对|iumax|min、|ivmax|min、|iwmax|min进行排序，按照从小到大的顺序赋值给i_3p_min、i_3p_mid、i_3p_max；

7）若(i_3p_min/i_3p_max)<K%，则转步骤8）；否则，S清零，然后从零开始继续计时，转步骤2）；其中，K为设定值；

8）若S＞SetTime，则S清零，并且终止计时程序；然后，转步骤9）；否则，转步骤2）；

9）若i_3p_min==|iumax|min，则判定U相缺相，转步骤12）；否则，转步骤10）；

10）若i_3p_min==|ivmax|min，判定V相缺相，转步骤12）；否则，转步骤11）；

11）判定W相缺相，转步骤12）；

12）电机保护停机。

进一步的，所述步骤3）中，T_section>60/(Pn* Nr_min)，其中，Pn为电机的极对数； Nr_min为电机的最小机械转速。

进一步的，所述步骤3）中，通过下述两种方式来得到每个PWM周期的三相电流：

a) 每个PWM周期采集到两相电流，并通过iu+iv+iw=0的关系计算出第三相电流；

b) 每个PWM周期直接采集到三相电流。

本发明的有益效果：

本发明设计合理，逻辑清晰，操作方便，可以及时而准确的检测出三相永磁同步电机运行中出现的缺相问题，避免电机在缺相时长期运行，减小电机发热烧损和永磁体退磁风险，提高其使用寿命。

附图说明

图1是三相下桥臂处采样示意图。

图2是三相电机输入线处采样示意图。

图3是两相下桥臂处采样示意图。

图4是两相电机输入线处采样示意图。

图5是母线N处采样示意图。

图6是母线P处采样示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法，包括以下步骤：

1）电机设置启动命令，缺相计时S开始计时，并且设定定时时间SetTime；

2）判断电机设定转速是否不为零，且进入闭环阶段；如是，转步骤3）；如否，则S清零，并从零开始继续计时；继续执行转步骤2）；

3）在时间周期T_section内，每个PWM周期采样和计算出一次三相电流iu，iv，iw，并把各相电流绝对值的最大值赋值给|iumax|，|ivmax|，|iwmax|；所述T_section>60/(Pn*Nr_min)，其中，Pn为电机的极对数； Nr_min为电机的最小机械转速；

本步骤中的采样可通过下述方式进行：

a) 每个PWM周期采集到两相电流，并通过iu+iv+iw=0的关系计算出第三相电流；

b) 每个PWM周期直接采集到三相电流；

4）重复步骤3）M次，得到M个|iumax|，|ivmax|，|iwmax|；其中，M为设定值；

5）计算M个|iumax|，|ivmax|，|iwmax|的最小值：

|iumax|min=Min{|iumax|1,…|iumax|M}；

|ivmax|min=Min{|ivmax|1,…|ivmax|M}；

|iwmax|min=Min{|iwmax|1,…|iwmax|M}；

6）对|iumax|min、|ivmax|min、|iwmax|min进行排序，按照从小到大的顺序赋值给i_3p_min、i_3p_mid、i_3p_max；

7）若(i_3p_min/i_3p_max)<K%，则转步骤8）；否则，S清零，然后从零开始继续计时，转步骤2）；其中，K为设定值；

8）若S＞SetTime，则S清零，并且终止计时程序；然后，转步骤9）；否则，转步骤2）；

9）若i_3p_min==|iumax|min，则判定U相缺相，转步骤12）；否则，转步骤10）；

10）若i_3p_min==|ivmax|min，判定V相缺相，转步骤12）；否则，转步骤11）；

11）判定W相缺相，转步骤12）；

12）电机保护停机。

所述SetTime、T_section、M、K、Nr_min都是可变量，可以根据不同的控制方案、不同的电机、不同的应用场景，设定不同的值。

所述Pn为电机的极对数，为电机特性参数。

本发明可以应用在母线电流采样方式、两相电流采样方式和三相电流采样方式，具体为：

若硬件使用的三相电流采样方式，可以在逆变器下桥臂处、三相电机输入线上等地方进行采样，直接采集到三相电流。如图1和图2所示，可在三相下桥臂处或者三相电机输入线上设置采样元件m，对iu、iv和iw同时采样。采样元件m可以是电阻或电流互感器。

若硬件使用两相电流采样方式，可以在逆变器下桥臂处、三相电机输入线上等地方进行采样，每个PWM（脉冲宽度调制）周期内采集到两相电流，并通过iu+iv+iw=0的关系可以计算出第三相电流。如图3和图4所示，可在两相下桥臂处或两相电机输入线上设置采样元件m，采集iu和iv；或，iv和iw；或，iu和iw。然后，根据iu+iv+iw=0的关系计算得到第三相电流。同时，根据需要选择性在第三相上设置辅助采样元件m'，以便增加三相电路的对称性。采样元件m，m’可以是电阻或电流互感器。

若使用母线电流采样方式时，分为母线N处采样和母线P处采样，如图5和图6所示，在母线N处或P处上设置采样元件m，并在1个PWM（脉冲宽度调制）内直接采集两相电流，再根据iu+iv+iw=0的关系计算得到第三相电流。采样元件m可以是电阻或电流互感器。

本发明具有以下优点：

1）可通过两种方式获取三相电流，包括，直接采集三相电流；或，直接采集两相电流，并通过iu+iv+iw=0计算出第三相；从而，可适用于多种采样拓扑结构：只能采集到两相电流的电路拓扑图，或，采样三相电流的拓扑图，或，母线处采集电流的电路拓扑图等多种情况。

2）在多个周期进行采样，得到多个电流峰值, 从里面选出最小的电流峰值，可以滤除采样毛刺。

3）使用电流最小相的电流峰值和最大相的电流峰值的比值作为判断条件，更容易提前检测到缺相。

4）可以判定三相中具体哪一相缺相。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法，其特征是，包括以下步骤：

1）电机设置启动命令，缺相计时S开始计时，并且设定定时时间SetTime；

2）判断电机设定转速是否不为零，且进入闭环阶段；如是，转步骤3）；如否，则S清零，并从零开始继续计时；继续执行转步骤2）；

3）在时间周期T_section内，每个PWM周期采样和计算出一次三相电流iu，iv，iw，并把各相电流绝对值的最大值赋值给|iumax|，|ivmax|，|iwmax|；

4）重复步骤3）M次，得到M个|iumax|，|ivmax|，|iwmax|；其中，M为设定值；

5）计算M个|iumax|，|ivmax|，|iwmax|的最小值：

|iumax|min=Min{|iumax|1,…|iumax|M}；

|ivmax|min=Min{|ivmax|1,…|ivmax|M}；

|iwmax|min=Min{|iwmax|1,…|iwmax|M}；

6）对|iumax|min、|ivmax|min、|iwmax|min进行排序，按照从小到大的顺序赋值给i_3p_min、i_3p_mid、i_3p_max；

7）若(i_3p_min/i_3p_max)<K%，则转步骤8）；否则，S清零，然后从零开始继续计时，转步骤2）；其中，K为设定值；

8）若S＞SetTime，则S清零，并且终止计时程序；然后，转步骤9）；否则，转步骤2）；

9）若i_3p_min==|iumax|min，则判定U相缺相，转步骤12）；否则，转步骤10）；

10）若i_3p_min==|ivmax|min，判定V相缺相，转步骤12）；否则，转步骤11）；

11）判定W相缺相，转步骤12）；

12）电机保护停机。

2.根据权利要求1所述的三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法，其特征是，所述步骤3）中，T_section>60/(Pn* Nr_min)，其中，Pn为电机的极对数；Nr_min为电机的最小机械转速。

3.根据权利要求1所述的三相永磁同步电机运行中缺相的检测方法，其特征是，所述步骤3）中，通过下述两种方式来得到每个PWM周期的三相电流：

a) 每个PWM周期采集到两相电流，并通过iu+iv+iw=0的关系计算出第三相电流；

b) 每个PWM周期直接采集到三相电流。

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