CN114594401A - 用于检测驱动器中的相位间短路的脉冲偏移保护方法和用于执行该方法的驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种脉冲偏移保护方法，该脉冲偏移保护方法用于检测用于控制电动机的驱动器中的相位间短路，其中，驱动器向电动机提供输出电压，并且其中，选择执行短路检测功能的时刻，以最小化对驱动器的输出电压的干扰。本发明还涉及一种用于控制电动机的驱动器，该驱动器包括用于产生输出信号的控制部和能够连接到电动机的输出部。该驱动器被设置为用于执行上述脉冲偏移保护方法。

Description

用于检测驱动器中的相位间短路的脉冲偏移保护方法和用于 执行该方法的驱动器
技术领域
本发明涉及一种用于检测用于控制电动机的驱动器中的相位间短路的脉冲偏移保护方法，其中，驱动器向电动机提供输出电压，并且其中，选择执行短路检测功能的时刻，以最小化对驱动器的输出电压的干扰。本发明还涉及一种用于控制电动机的驱动器，该驱动器包括用于产生输出信号的控制部和能够连接到电动机的输出部。提供该驱动器来执行上述脉冲偏移保护方法。
背景技术
用于控制电动机的驱动器可以包括用于监控驱动器和/或由驱动器驱动的电动机的各种监控功能。本发明涉及一种在电动机驱动器和相应的电动机的环境下允许检测短路的方法和装置。
为了检测三相电动机中的相位间短路，相位之间必须存在电压差。如果存在短路，两个相位之间的电压差将使电流升高到足以能够检测短路。
在当前电动机驱动器和相应电动机的环境下，不需要确保尽快地检测到短路。因此，检测短路的功能可以周期性地(例如，在毫秒的范围内)执行。由于检测短路的功能可能会导致由电动机驱动器的电流控制器所需的输出电压发生改变，所以短路检测的执行可能会使由驱动器输出的电流波形劣化。这进而可能影响电动机性能和电动机(参数)估计值以及产生不希望的噪声。
发明内容
因此，本发明的目的是优化执行短路检测功能的方式，使得尽可能少地干扰驱动器的输出电压。
通过根据权利要求1的脉冲偏移保护方法和根据权利要求10的驱动器实现了该目的。根据该脉冲偏移保护方法和该驱动器，可以提供驱动器来执行该方法。本发明的优选实施例由从属权利要求限定。
根据本发明，提供一种用于在用于控制电动机的驱动器中检测相位间短路的脉冲偏移保护方法。驱动器提供用于驱动电动机的输出电压。根据本发明，在线计算执行短路检测功能的时刻。术语“在线(online)”在本文中表示由驱动器驱动的电动机正在运行的状态。在线执行必要的数据、计算和/或推导。这种方法使得电动机可以在很低的速度下运行。
在线执行数据包括例如与期望执行短路检测功能的频率相对应的信息，并且进一步包括与电动机的频率相对应的信息。然后，在计算中使用该数据以确定待执行短路检测功能的时刻。
为了实现对驱动器的输出电压的最小干扰，在驱动器的输出电压尽可能远离驱动器的活动向量的时刻执行短路检测功能。
一方面，当输出电压尽可能远离活动向量时，至少两个相位之间的显著电压差会自然出现。另一方面，对于每个活动向量，都存在两个具有相等电压波形的相位，因此短路检测将是困难的。本发明利用这种情况，并且在电动机运行过程中的最有利时刻处执行短路检测功能。
本脉冲偏移保护方法，特别是由该脉冲偏移保护方法执行的短路检测功能，通常可以在电动机运行时持续和重复地执行。通过本文中描述的短路检测方法，本发明能够减少对所产生的输出电压的干扰。
不同的电动机频率可能产生不同的用于执行脉冲偏移保护功能的频率。数据集可以存储在查找表或数据库中，并且可以包括应当执行脉冲偏移保护的最佳角度。例如，如果电动机以300RPM或10Hz运行，并且期望4ms的脉冲偏移间隔，则可以每14.4°执行脉冲偏移保护。可以将相应值相应地存储在查找表中。
可以针对任何相关频率范围提供类似的数据集。例如，对于10-12Hz的频率范围，可以每14.4°执行脉冲偏移保护；对于12-15Hz的频率范围，可以每18°执行脉冲偏移保护；对于15-20Hz的频率范围，可以每24°执行脉冲偏移保护等。
在本发明的另一个优选实施例中，在基于定时器和最近执行短路检测功能的时刻而确定的时刻执行短路检测功能。该方案可以设置定时器来指示执行脉冲偏移保护功能的时刻。
在特别优选的实施例中，在每次执行短路检测功能时重置定时器。如果定时器指示应当在活动向量附近执行新的脉冲偏移保护，则将脉冲偏移保护执行延迟或提前到给定限制值。这可以通过调整计数器的值来完成，使得利用更新的定时器，在活动向量附近的边缘处执行脉冲偏移保护。短路检测功能的执行可以被延迟或提前，以保持短路检测功能的执行与驱动器的活动向量之间的最小距离。术语“距离”在本文中可以表示短路检测功能的执行与活动向量之间的时间间隔或角度。
在本发明的另一优选实施例中，在基于目标角度和最近执行短路检测功能的角度而确定的时刻执行短路检测功能。如果该方法为第一次执行并且因此不存在最近或上次执行短路检测功能的角度，则可以替代地使用另一值。这适用于本文中描述的所有实施例。
在本实施例中，可以保存上次执行脉冲偏移保护功能的角度，并且可以根据下式计算执行新的脉冲偏移保护的下一角度。
θnext＝±θlast+ω×PStarget
如果待在活动向量附近进行下一次脉冲偏移保护，则可以修改θlast的值，使得在活动向量附近的边缘处执行下一次脉冲偏移保护。
本发明还涉及一种用于控制电动机的驱动器，该驱动器包括用于产生用于控制电动机的输出信号的控制部和能够连接到电动机的输出部。驱动器被设置为执行上述脉冲偏移保护方法。
附图说明
参考附图描述了本发明的进一步细节优势。附图示出：
图1：活动向量v1-v6中的每一个的输出电压；
图2：脉冲偏移保护相对于活动向量v1-v6的优选角度；以及
图3：相对于一些活动向量的依赖于定时器的脉冲偏移保护。
具体实施方式
图1示出了活动向量v1-v6中的每一个的输出电压。所指示出的v1的相位v和w、v2的相位u和v、v3的相位u和w、v4的相位v和w、v5的相位u和v、v6的相位u和w均具有较低的电压差，这使得难以检测这些相位之间的短路。
为了检测相位间短路，相位之间需要存在电压差，以使得将电流升高到足以能够检测短路的程度。不需要确保尽快地检测到短路。因此，可以周期性地(例如，在毫秒范围内)执行检测短路的功能。
由于该功能使得由电流控制器请求的输出电压发生改变，所以执行短路检测会使电流波形劣化，这进而影响了电动机性能、电动机估计并且产生不希望的噪声。因此，本发明旨在优化执行短路检测功能的时刻，以尽可能少地干扰输出电压。
旨在当在输出电压尽可能远离活动向量时执行PSP(脉冲偏移保护)，因为这样，相位之间的显著的电压差会自然出现。图1示出对于每个活动向量，存在两个具有相等电压波形的相位。例如，在向量v2中(参考输出电压角度为60°)，相位u和v相同，因此短路检测是困难的。
本发明描述了用于选择可以由电动机驱动器执行短路检测功能或脉冲偏移保护的时刻的不同方式。在驱动器和/或电动机的不同操作情况下，电动机驱动器可以仅采用这些方式中的一种，或者组合这些方式中的两种或更多种。
选择执行短路检测功能的时刻的一种方式是基于表(特别是查找表)，其中，可以在控制器的存储器装置中提供该表。
根据待执行脉冲偏移保护功能的频率并且根据电动机频率，可以将应当执行PSP的最佳角度存储在查找表中。
图2示出了一个示例，其中，电动机以频率FreqMotor(例如，300RPM或10Hz)运行，并且期望的脉冲偏移间隔为4ms。结果，需要每14.4°的PSangle就执行PSP。用于确定角度PSangle的相应公式考虑到了目标角度PStarget并且表述为：
PSangle＝360×PStarget×FreqMotor
可以对多个频率范围执行类似计算。例如，针对10-12Hz的频率范围，可以使用14.4°；针对12-15Hz的频率范围，可以使用18°；针对15-20Hz的频率范围，可以使用24°等。
然而，这种方法存在两个问题：第一，因为它是一种固定的、静态的方法，所以如果需要改变待执行PSP的目标周期，则需要重新计算表并且必须提供相应代码。这种方法的另一个问题是，在电动机的低速状态下，速度的较小改变会显著地改变执行PSP的角度。这种行为会导致查找表的大小过大以及相应的缺点，诸如对驱动器硬件的较高要求或者驱动器内的与过度和缓慢控制处理相关的问题。
一种与使用查找表的方法类似的方法是基于计算用于控制电动机所需的参数，而不是从查找表中检索它们。在线(即，在电动机运行时)执行将用于填充查找表的计算和推导。这使得以非常低的速度运行电动机成为可能，但是用于执行这种控制所需的计算可能比其它替代方案更昂贵和更繁重。
用于执行本脉冲偏移保护方法的另一种方法是基于定时器以及最近或上次执行脉冲偏移保护方法的时刻。参考图3描述这种方法。
在本文中，设置定时器来指示执行PSP功能的时刻。在每次PSP执行时重置定时器。如果定时器指示应当在活动向量附近执行新的PSP，则将PSP执行延迟/提前到由下式给定的限制值：
活动向量角度±PStarget×0.5×ω
这是通过调整计数器的值来进行的，以便利用更新的定时器来在活动向量附近的边缘执行PSP。如果该时刻过于接近活动矢量，如接近活动矢量的阴影区域所示出的，则将重置定时器，以便在该区域的边界处发生下一次PSP。
再一种方法是基于目标角度以及最近或上次执行脉冲偏移保护方法的角度。这种方法保存上次执行PSP的角度，并且根据下式来计算执行新PSP的下一角度：
θnext＝±θlast+ω×PStarget
如果确定了待在活动向量附近进行下一次PSP，则可以修改θlast的值，使得在活动向量附近的边缘执行下一次PSP。
本发明不限于上述实施例中的某个实施例，而是可以以多种方式进行修改。
由权利要求书、说明书和附图产生的所有特征和优点，包括结构细节、空间布置和程序步骤，以单独的方式和以最多种组合的方式均对本发明是必不可少的。

Claims (8)

1.一种脉冲偏移保护方法，所述脉冲偏移保护方法用于检测用于控制电动机的驱动器中的相位间短路，其中，所述驱动器向所述电动机提供输出电压，并且其中，选择执行短路检测功能的时刻，以最小化对所述驱动器的输出电压的干扰，其特征在于，在由在线计算出的时刻执行所述短路检测功能。
2.根据权利要求1所述的脉冲偏移保护方法，其特征在于，执行所述短路检测功能的在线计算出的时刻被计算为使得所述驱动器的输出电压尽可能远离所述驱动器的活动向量。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的脉冲偏移保护方法，其特征在于，在基于定时器和最近执行所述短路检测功能的时刻而确定的时刻执行所述短路检测功能。
4.根据权利要求3所述的脉冲偏移保护方法，其特征在于，在每次执行所述短路检测功能时重置所述定时器。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的脉冲偏移保护方法，其特征在于，延迟或提前所述短路检测功能的执行，以便保持所述短路检测功能的执行与所述驱动器的活动向量之间的最小距离。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的脉冲偏移保护方法，其特征在于，在基于目标角度和最近执行所述短路检测功能的角度而确定的时刻执行所述短路检测功能。
7.根据权利要求6所述的脉冲偏移保护方法，其特征在于，如果在活动向量附近执行所述短路检测功能，则修改θnext的值，以便进一步远离所述活动向量来执行下一次短路检测功能。
8.一种用于控制电动机的驱动器，所述驱动器包括用于产生输出信号的控制部和能够连接到所述电动机的输出部，其特征在于，所述驱动器被设置为用于执行根据权利要求1至7中的任一项所述的脉冲偏移保护方法。
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