CN114678837B - 一种电机过热保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机过热保护方法，电机以客户给予指定参数P运行，在运行中检测电机的实时温度R；比较实时温度R与若干个设定温度的大小以使电机根据比较结果作出以初始限流值I0的状态正常运行或者降低限流值运行或者停机的决定，若干个设定温度包括过温保护点温度Rm、停机保护点温度Rmax和恢复运行点温度Rmin，Rmin＜Rm＜Rmax，当实时温度R符合条件：Rm＜R＜Rmax时进入过温保护模式，过温保护模式下电机降低限流值运行，限流值I随实时温度R的升高而降低，避免电机达到保护点时电机直接停止运行，使得电机在过温保护模式下能够保持工作，使电机可适用于多种使用场景，尤其是需要电机持续运转的场合，提高电机使用的灵活性、便于实现不同场合的使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机过热保护方法。
背景技术
直流电机具备功耗低、噪声小的特点，再加上控制技术的日趋成熟，直流电机控制系统具备了良好的调速性能，所以在工业自动化领域、家用电器上应用越来越广泛。
目前市面上直流电机一般包括电机单体和电机控制器，电机控制器内部设有多种电子元件，在电机运行的过程中，电子元件会产生热量，从而导致直流电机的温度升高，为防止电机控制器的电子元件受到高温而损坏，通常在直流电机上都会设计过温保护功能，目前常用的检测温度的手段是利用温度检测单元（感温器件）来检测直流电机的实时温度，并将检测信号传送至电机控制器的处理器进行数据的处理分析，电机控制器的处理器根据分析结果判断直流电机是否需要进入过温保护模式，通过这种方法可以更好地避免直流电机因高温而损坏电子元件。
目前很多直流电机的过温保护方案都是采用的是直接停机的保护机制，即当电机的温度达到保护点的时候，电机停止运行，当电机的温度下降到合理的温度区间后，电机恢复运行，该过温保护方案具有在过温保护期间电机不能正常工作，导致相关产品在这段时间内不能正常使用的缺点；在某些使用场合中，电机是需要持续运转的，若采用现有的过温保护方案，会导致电机间隙性停机，容易造成用户的损失。
现有的直流电机的过温保护方案具有灵活性差、使用不方便等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机过热保护方法，能解决现有技术中当电机的温度达到保护点时电机直接停止运行，导致电机的灵活性差、用户使用不方便的技术问题。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的：
本发明的目的是提供一种电机过热保护方法，电机以指定参数P运行，在运行中检测电机的实时温度R；比较实时温度R与若干个设定温度的大小以使电机根据比较结果作出以初始限流值I0的状态正常运行或者降低限流值运行或者停机的决定，所述的若干个设定温度包括过温保护点温度Rm、停机保护点温度Rmax和恢复运行点温度Rmin，Rmin＜Rm＜Rmax，当实时温度R符合条件：Rm＜R＜Rmax时进入过温保护模式，过温保护模式下电机降低限流值运行，限流值I随实时温度R的升高而降低。
优选地，电机在过温保护模式下，限流值I随实时温度R的升高而变化，I满足以下关系：I=I0（1-（（R-Rm）/K）），其中，K是比例常数，K的取值范围在1.5×（Rmax-Rm）至2×（Rmax-Rm）之间。
优选地，在过温保护模式下，当电机的实时温度R不再升高转而下降时，限流值不再降低，电机以温度下降前的限流值持续运行直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，电机退出过温保护模式，将限流值恢复至初始限流值I0并以指定参数P继续运行。
优选地，在过温保护模式下，电机每隔一段时间T就根据当前的实时温度R去更新限流值I，当上一次更新限流值I时记录的电机的实时温度R0大于当前的电机的实时温度R，且R0-R＞A，A是一个设定常数，表示进入降温状态，电机以上一次记录的电机的实时温度R0更新所得的限流值I持续运行。
优选地，当实时温度R符合条件：Rmin＜R＜Rm，则电机判定当前的保护模式，若电机当前的保护模式为过温保护模式，则电机继续降低限流值运行；若电机当前的保护模式为过温停机保护模式，则电机停机直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，电机再次启动。
优选地，当实时温度R大于等于停机保护点温度Rmax时电机进入过温停机保护模式，电机停机。
优选地，在电机进入停机状态后，电机随着停机时间的加长而不断冷却，使电机的实时温度R不断下降，直到实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，将限流值恢复至初始限流值I0并以指定参数P再次启动运行。
优选地，当电机刚启动时，实时温度R小于过温保护点温度Rm时，以初始限流值I0的状态正常运行。
优选地，电机过热保护方法包括以下步骤：
步骤一：电机刚启动时，若实时温度R符合条件：R＜Rmin或者R＜Rm，则电机初始限流值I0的状态正常启动运行；
步骤二：电机运行过程中，若实时温度R符合条件：Rm＜R＜Rmax，则电机进入过温保护模式，过温保护模式下电机降低限流值运行，限流值I随实时温度R的升高而降低；
步骤三：电机运行过程中，若实时温度R符合条件：R＞Rmax，则电机进入过温停机保护模式，电机停机直到实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，将限流值恢复至初始限流值I0并以指定参数P再次启动运行；
步骤四：电机运行过程中，若实时温度R符合条件：Rmin＜R＜Rm时，则判断电机当前是否处于过温保护模式，若是，则继续降低限流值运行，若否，则进入步骤五；
步骤五：判断电机当前是否处于过温停机保护模式，若是，则电机保持停机直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，电机再次启动，若否，则电机以初始限流值I0的状态继续运行。
优选地，指定参数P是速度或者是力矩或者是功率。
上述所述的所述的电机包括电机单体、电机控制器和温度检测单元，电机单体包括定子组件和转子组件，电机控制器包括控制线路板，控制线路板上集成有电源供电电路、电机微处理器MCU和逆变电路，电源供电电路为各部分电路供电，电机微处理器MCU控制逆变电路，逆变电路控制定子组件的各相线圈绕组的通断电从而实现电机单体的控制，温度检测单元用于检测电机单体内部的实时温度R，并将检测结果输送至电机微处理器MCU，电机微处理器MCU比较实时温度R与若干个设定温度的大小以使电机根据比较结果作出以初始限流值I0的状态正常运行或者降低限流值运行或者停机的决定。
本发明与现有技术相比，具有如下效果：
1）过温保护模式下电机降低限流值运行，通过降低电机的限流值来降低电机的损耗从而达到给电机降温的目的，避免电机的温度达到保护点时电机直接停止运行，使得电机在过温保护模式下依然能够保持工作，使电机可适用于多种使用场景，尤其是需要电机持续运转的场合，从而提高电机使用的灵活性、便于实现用户不同场合的使用，以提高电机的适用范围。
2）电机以当前限流值持续运行直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，电机退出过温保护模式，将限流值恢复至初始限流值I0并以客户给予指定参数P继续运行，可有效控制电机的温升，延长电机的使用寿命，而且能避免电机一直以低功率状态运行，可更好地实现电机的智能控制。
3）直接检测电机的实时温度R，并通过实时温度R的变化而实时调整电机的限流值，可以更精准地实现对电机的过温保护，而且在电机的过温保护模式下，电机可以持续运行，此控制方法可避免电机在温度保护点附近出现反复启停的现象，从而更好地保护电机，延长电机的使用寿命。
4）本发明的其它优点在实施例部分展开详细描述。
附图说明
图1是为本发明提供的电机的结构示意图；
图2是为本发明提供的电机的电路结构示意图；
图3是为本发明提供的电机过热保护方法的原理示意图；
图4是为本发明提供的电机过热保护方法的过温保护模式逻辑方框示意图；
图5是在图4上增加电机低温运行状态的逻辑方框示意图；
图6是为本发明提供的电机过热保护方法的总体逻辑方框示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1和图2所示，本实施例中的电机包括电机单体1、电机控制器2和温度检测单元，电机单体1包括定子组件和转子组件，转子组件套装在定子组件的内侧或者外侧，电机控制器2包括控制盒22和安装在控制盒22里面的控制线路板21，控制线路板21上集成有电源供电电路、电机微处理器MCU、逆变电路和位置检测电路（即霍尔传感器），电源供电电路为各部分电路供电，电机微处理器MCU控制逆变电路，逆变电路控制定子组件的各相线圈绕组的通断电从而实现电机单体的启停控制，位置检测电路（即霍尔传感器）用以将电机单体的实时运行参数（即转子位置信息）输送到电机微处理器MCU，温度检测单元用于检测电机单体内部的实时温度R，并将检测结果输送至电机微处理器MCU，电机微处理器MCU对检测结果进行数据处理后给出相应的指令以控制电机单体。
如图3至图6所示，本实施例提供的是一种电机过热保护方法，电机以客户给予指定参数P运行，在运行中检测电机的实时温度R；比较实时温度R与若干个设定温度的大小以使电机根据比较结果作出以初始限流值I0的状态正常运行或者降低限流值运行或者停机的决定，所述的若干个设定温度包括过温保护点温度Rm、停机保护点温度Rmax和恢复运行点温度Rmin，Rmin＜Rm＜Rmax，当实时温度R符合条件：Rm＜R＜Rmax时进入过温保护模式，过温保护模式下电机降低限流值运行，限流值I随实时温度R的升高而降低。
本方案提供的方法设置三种控制模式，便于扩大电机的适用范围，提高电机使用的灵活性，而且还能更好地保护电机；另外，过温保护模式下电机降低限流值运行，通过降低电机的限流值来降低电机的损耗从而达到给电机降温的目的，避免电机的温度达到保护点时电机直接停止运行，使得电机在过温保护模式下依然能够保持工作，使电机可适用于多种使用场景，尤其是需要电机持续运转的场合，从而提高电机使用的灵活性、便于实现用户不同场合的使用，以提高电机的适用范围，而且直接检测电机的实时温度R，并通过实时温度R的变化而实时调整电机的限流值，可以更精准地实现对电机的过温保护，而且在电机的过温保护模式下，电机可以持续运行，此控制方法可避免电机在温度保护点附近出现反复启停的现象，从而更好地保护电机，延长电机的使用寿命。
本方案提供电机过热保护方法需持续检测电机的实时温度R。
客户给予指定参数P可以是速度或者是力矩或者是功率等参数。
电机在过温保护模式下，限流值I随实时温度R的升高而变化，I满足以下关系：I=I0（1-（（R-Rm）/K）），其中，K是比例常数，K的取值范围在1.5×（Rmax-Rm）至2×（Rmax-Rm）之间。
在过温保护模式下，当电机的实时温度R不再升高转而下降时，限流值不再降低，电机以温度下降前的限流值持续运行直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，电机退出过温保护模式，将限流值恢复至初始限流值I0并以客户给予指定参数P继续运行，可有效控制电机的温升，从而提高电机在恶劣环境下的使用寿命，而且能避免电机一直以低功率状态运行，可更好地实现电机的智能控制。
在过温保护模式下，电机每隔一段时间T就根据当前的实时温度R去更新限流值I，当上一次更新限流值I时记录的电机的实时温度R0大于当前的电机的实时温度R，且R0-R＞A，A是一个设定常数，例如5，表示进入降温状态，电机以上一次记录的电机的实时温度R0更新所得的限流值I持续运行；设定常数A与时间T可根据实际情况设定。
例如，假设客户给予指定参数P是功率，以电机接入310VDC的电源为例，在电源转化效率为0.85的情况下，电机刚启动时的输入功率为1800W，在此功率下，电机的限流值约为5A，根据用户实际的使用需求，设定第一阈值温度Rmin为75℃、过温保护点温度Rm为100℃、第二阈值温度Rmax为125℃，比例常数K取值50，设定常数A取值5，时间T为3分钟。
当刚开始降低电机的限流值时，由于电机持续运行，电机仍处于升温状态，电机每隔3分钟就根据当前的实时温度R去更新限流值I，假设当前的实时温度R为120℃，根据关系式：I=I0（1-（（R-Rm）/K））可算出当前的限流值I约为3A，再过3分钟后，再一次记录电机的温度值，将上一次所记录到的当前的实时温度R为120℃的数值记为R0，若当前的实时温度R为110℃，即上一次更新限流值I时记录的电机的实时温度R0大于当前的电机的实时温度R，且
R0-R＞5，表示电机进入降温状态，此时，电机的限流值不再降低，并以上一次记录的电机的实时温度R0（即120℃）更新所得的限流值I（即3A）持续运行。
如图5所示，在运行过程中，电机继续降低限流值运行或者停机都可以实现电机的降温，当实时温度R符合条件：Rmin＜R＜Rm，则电机判定当前的保护模式，若电机当前的保护模式为过温保护模式，则电机继续降低限流值运行；若电机当前的保护模式为过温停机保护模式，则电机停机直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，电机再次启动，此方法是为了区分以下情况：实时温度R符合条件：Rmin＜R＜Rm时，是由于电机开机后电机正常运行导致温度升高所致还是由于温度过温后采用相应保护模式以使温度下降所致，电机根据判定结果继续执行当前的控制指令，避免控制指令的下达错误，复合运算逻辑，从而更好地保护电机，延长电机的使用寿命。
在电机进入过温保护模式，持续降低电机的限流值的情况下，若电机的实时温度R持续升高，且当实时温度R大于等于停机保护点温度Rmax时电机进入过温停机保护模式，电机停机，在电机进入停机状态后，电机随着停机时间的加长而不断冷却，使电机的实时温度R不断下降，直到实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，将限流值恢复至初始限流值I0并以客户给予指定参数P再次启动运行，可避免降低电机限流值后达不到降低电机温度的目的，防止电机的持续升温导致电机损坏，可有效控制电机温升，延长电机在恶劣的使用环境（如高温工作环境）下的使用寿命，而且此保护模式下，电机停机直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin时，电机才再次启动，可避免电机的反复启停，设计合理，且能扩大电机的适用范围，提高电机使用的灵活性，还能更好地保护电机。
当电机刚启动时，实时温度R小于过温保护点温度Rm时，以初始限流值I0的状态正常启动运行，符合电机控制的逻辑。
当电机刚启动时，实时温度R大于停机保护点温度Rmax时，电机直接进入过温停机保护模式，电机停机，在电机进入停机状态后，电机随着停机时间的加长而不断冷却，使电机的实时温度R不断下降，直到实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，将限流值恢复至初始限流值I0并以客户给予指定参数P再次启动运行，避免电机初启动时，由于电机自身温度过高，导致损坏电机，确保电机在高温的情况下不能正常启动，以延长电机在恶劣的使用环境（如高温工作环境）下的使用寿命。
具体地，电机过热保护方法包括以下步骤（参考图6）：
步骤一：电机刚启动时，若实时温度R符合条件：R＜Rmin或者R＜Rm，则电机初始限流值I0的状态正常启动运行；
步骤二：电机运行过程中，若实时温度R符合条件：Rm＜R＜Rmax，则电机进入过温保护模式，过温保护模式下电机降低限流值运行，限流值I随实时温度R的升高而降低；
步骤三：电机运行过程中，若实时温度R符合条件：R＞Rmax，则电机进入过温停机保护模式，电机停机直到实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，将限流值恢复至初始限流值I0并以客户给予指定参数P再次启动运行；
步骤四：电机运行过程中，若实时温度R符合条件：Rmin＜R＜Rm时，则判断电机当前是否处于过温保护模式，若是，则继续降低限流值运行，若否，则进入步骤五；
步骤五：判断电机当前是否处于过温停机保护模式，若是，则电机保持停机直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，电机再次启动，若否，则电机以初始限流值I0的状态继续运行。
为方便理解，针对上述方法提供以下例子：假设客户给予指定参数P是功率，以电机接入310VDC的电源为例，在电源转化效率为0.85的情况下，电机刚启动时的输入功率为1800W，在此功率下，电机的限流值约为5A，根据用户实际的使用需求，设定第一阈值温度Rmin为75℃、过温保护点温度Rm为100℃、第二阈值温度Rmax为125℃，比例常数K取值50，设定常数A取值5，时间T为3分钟。
电机初启动，若电机的实时温度R小于75℃或者100℃，则电机正常启动，并以1800W的功率运行，此时，电机的限流值为5A；若电机的实时温度R大于或者等于125℃，则电机不能正常启动，保持停机状态，直至实时温度R小于75℃，电机才能正常启动，并以1800W的功率运行，此时，电机的限流值为5A。
当电机正常启动后，电机的温度持续升高，若此时，电机的实时温度R处于75℃至100℃之间，电机依旧以1800W的功率运行，此时，电机的限流值依然为5A，直至电机的实时温度R大于或者等于100℃时，电机进入过温保护模式，降低电机的限流值，此时，电机依旧保持运行；电机的限流值随电机的实时温度R升高而降低，限流值I根据以下公式计算：I=5×（1-（（R-100）/50）），实时温度R的取值范围为100＜R＜125，通过降低电机的限流值来降低电机的损耗从而达到给电机降温的目的；当刚开始降低电机的限流值时，由于电机持续运行，电机仍处于升温状态，电机每隔3分钟就根据当前的实时温度R去更新限流值I，假设当前的实时温度R为120℃，则可算出当前的限流值I约为3A，再过3分钟后，再一次记录电机的温度值，将上一次所记录到的当前的实时温度R为120℃的数值记为R0，若当前的实时温度R为110℃，即上一次更新限流值I时记录的电机的实时温度R0大于当前的电机的实时温度R，且R0-R＞5，表示电机进入降温状态，此时，电机的限流值不再降低，并以上一次记录的电机的实时温度R0（即120℃）更新所得的限流值I（即3A）持续运行直至实时温度R小于75℃，电机退出过温保护模式，将限流值从3A恢复至5A并以1800W继续运行。
当然，在某些恶劣的环境（如高温的工作环境）下，即使降低了电机的限流值，电机的温度仍会持续升温，针对该情况，若降低了电机的限流值，电机仍持续升温，直至电机的实时温度R大于或者等于125℃时，此时，电机直接进入过温停机保护模式，电机停机直至实时温度R小于75℃，电机才能再次启动，并以1800W的功率运行，此时，电机的限流值为5A。
以上实施例为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式不限于此，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种电机过热保护方法，电机以指定参数P运行，在运行中检测电机的实时温度R；比较实时温度R与若干个设定温度的大小以使电机根据比较结果作出以初始限流值I0的状态正常运行或者降低限流值运行或者停机的决定，所述的若干个设定温度包括过温保护点温度Rm、停机保护点温度Rmax和恢复运行点温度Rmin，Rmin＜Rm＜Rmax，其特征在于：当实时温度R符合条件：Rm＜R＜Rmax时进入过温保护模式，过温保护模式下电机降低限流值运行，限流值I随实时温度R的升高而降低；
当实时温度R大于等于停机保护点温度Rmax时电机进入过温停机保护模式，电机停机；
当实时温度R符合条件：Rmin＜R＜Rm，则电机判定当前的保护模式，若电机当前的保护模式为过温保护模式，则电机继续降低限流值运行；若电机当前的保护模式为过温停机保护模式，则电机保持停机状态直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，电机再次启动。
2.根据权利要求1所述的一种电机过热保护方法，其特征在于：电机在过温保护模式下，限流值I随实时温度R的升高而变化，I满足以下关系：
I=I0（1-（（R-Rm）/K）），其中，K是比例常数，K的取值范围在1.5×（Rmax-Rm）至2×（Rmax-Rm）之间。
3.根据权利要求1所述的一种电机过热保护方法，其特征在于：在过温保护模式下，当电机的实时温度R不再升高转而下降时，限流值不再降低，电机以温度下降前的限流值持续运行直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，电机退出过温保护模式，将限流值恢复至初始限流值I0并以客户给予指定参数P继续运行。
4.根据权利要求3所述的一种电机过热保护方法，其特征在于：在过温保护模式下，电机每隔一段时间T就根据当前的实时温度R去更新限流值I，当上一次更新限流值I时记录的电机的实时温度R0大于当前的电机的实时温度R，且R0-R＞A，A是一个设定常数，表示进入降温状态，电机以上一次记录的电机的实时温度R0更新所得的限流值I持续运行。
5.根据权利要求4所述的一种电机过热保护方法，其特征在于：在电机进入停机状态后，电机随着停机时间的加长而不断冷却，使电机的实时温度R不断下降，直到实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，将限流值恢复至初始限流值I0并以客户给予指定参数P再次启动运行。
6.根据权利要求5所述的一种电机过热保护方法，其特征在于：当电机刚启动时，实时温度R小于过温保护点温度Rm时，以初始限流值I0的状态正常运行。
7.根据权利要求1所述的一种电机过热保护方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：电机刚启动时，若实时温度R符合条件：R＜Rmin或者R＜Rm，则电机初始限流值I0的状态正常启动运行；
步骤二：电机运行过程中，若实时温度R符合条件：Rm＜R＜Rmax，则电机进入过温保护模式，过温保护模式下电机降低限流值运行，限流值I随实时温度R的升高而降低；
步骤三：电机运行过程中，若实时温度R符合条件：R＞Rmax，则电机进入过温停机保护模式，电机停机直到实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，将限流值恢复至初始限流值I0并以客户给予指定参数P再次启动运行；
步骤四：电机运行过程中，若实时温度R符合条件：Rmin＜R＜Rm时，则判断电机当前是否处于过温保护模式，若是，则继续降低限流值运行，若否，则进入步骤五；
步骤五：判断电机当前是否处于过温停机保护模式，若是，则电机保持停机直至实时温度R降至恢复运行点温度Rmin，电机再次启动，若否，则电机以初始限流值I0的状态继续运行。
8.根据权利要求7所述的一种电机过热保护方法，其特征在于：指定参数P是速度或者是力矩或者是功率。
9.根据权利要求8所述的一种电机过热保护方法，其特征在于：所述的电机包括电机单体（1）、电机控制器（2）和温度检测单元，电机单体（1）包括定子组件和转子组件，电机控制器（2）包括控制线路板（21），控制线路板（21）上集成有电源供电电路、电机微处理器MCU和逆变电路，电源供电电路为各部分电路供电，电机微处理器MCU控制逆变电路，逆变电路控制定子组件的各相线圈绕组的通断电从而实现电机单体的控制，温度检测单元用于检测电机单体内部的实时温度R，并将检测结果输送至电机微处理器MCU，电机微处理器MCU比较实时温度R与若干个设定温度的大小以使电机根据比较结果作出以初始限流值I0的状态正常运行或者降低限流值运行或者停机的决定。
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