CN115047340A - 电机参数自检电路及其控制方法、空调机组 - Google Patents

电机参数自检电路及其控制方法、空调机组 Download PDF

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CN115047340A CN202210918407.7A CN202210918407A CN115047340A CN 115047340 A CN115047340 A CN 115047340A CN 202210918407 A CN202210918407 A CN 202210918407A CN 115047340 A CN115047340 A CN 115047340A
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Abstract

本发明公开了一种电机参数自检电路及其控制方法、空调机组，所述电机参数自检电路包括一与三相电机连接的三相全桥电路、设于所述三相全桥电路中的采样电阻、以及用于控制所述三相全桥电路通断状态的控制器，所述控制器可采集所述三相全桥电路中处于导通状态的桥臂上采样电阻的电气参数，并可根据所述电气参数计算所述三相电机的电机参数。与现有技术相比，本发明能识别三相电机的电气参数，完成自适应匹配，且在相关电机故障下，能准确确定具体故障点。

Description

电机参数自检电路及其控制方法、空调机组
技术领域
本发明涉及空调领域，特别是一种电机参数自检电路及其控制方法、空调机组。
背景技术
目前空调的使用率越来越高，永磁同步电机也得到了广泛应用，但各个不同参数的电机需要不同程序参数控制，且主板报电机相关故障，范围较广，不能准确确定故障，故障成本较高。
因此，如何设计一种电机参数自检电路及其控制方法、空调机组，能识别电机参数完成自适应，并可在电机故障时，根据电机参数确定故障点，是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中，无法准确识别电机参数，导致无法实现电机的自适应控制，且无法准确判断电机故障点的问题，本发明提出了一种电机参数自检电路及其控制方法、空调机组。
本发明的技术方案为，提出了一种电机参数自检电路，包括一与三相电机连接的三相全桥电路、设于所述三相全桥电路中的采样电阻、以及用于控制所述三相全桥电路通断状态的控制器，所述控制器可采集所述三相全桥电路中处于导通状态的桥臂上采样电阻的电气参数，并可根据所述电气参数计算所述三相电机的电机参数。
进一步，所述三相全桥电路包括组成第一桥臂的开关管Q1以及开关管Q4、组成第二桥臂的开关管Q2以及开关管Q5、组成第三桥臂的开关管Q3以及开关管Q6，且所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3为上臂开关，所述开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6为下臂开关，所述三相全桥电路的三个上臂开关的第一端接入母线电压、三个下臂开关的第二端接地。
进一步，所述采样电阻包括：电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3；
所述电阻RS1串联于所述开关管Q4与地之间，所述电阻RS2串联于所述开关管Q5与地之间，所述电阻RS3串联于所述开关管Q6与地之间。
进一步，所述三相电机包括设于u相中的电阻Ru以及电感Lu、设于v相中的电阻Rv以及电感Lv、设于w相中的电阻Rw以及电感Lw；
所述电感Lu一端串联电阻Ru后连接到所述开关管Q1与所述开关管Q4之间，所述电感Lv一端串联电阻Rv后连接到所述开关管Q2与所述开关管Q5之间，所述电感Lw一端串联电阻Rw后连接到所述开关管Q3与所述开关管Q6之间，所述电感Lu的另一端、所述电感Lv的另一端以及所述电感Lw的另一端相互连接。
进一步，当所述开关管Q1与所述开关管Q5导通时，所述控制器用于计算所述电阻Ru以及所述电阻Rv的总阻值；
当所述开关管Q1与所述开关管Q6导通时，所述控制器用于计算所述电阻Ru以及所述电阻Rw的总阻值；
当所述开关管Q2与所述开关管Q6导通时，所述控制器用于计算所述电阻Rv以及所述电阻Rw的总阻值。
进一步，当所述开关管Q4与所述开关管Q5导通时，所述控制器用于计算所述电感Lu以及所述电感Lv的总电感量；
当所述开关管Q4与所述开关管Q6导通时，所述控制器用于计算所述电感Lu以及所述电感Lw的总电感量；
当所述开关管Q5与所述开关管Q6导通时，所述控制器用于计算所述电感Lv以及所述电感Lw的总电感量。
进一步，所述三相电机的电阻计算模型为：
R＝(Vcc*D)/(U1/R1)-(R1+2Ron)；
其中，R为所述三相电机接入所述三相全桥电路的总阻值，R1为接入所述三相全桥电路的采样电阻的阻值，U1为电阻R1上的电压，Ron为所述三相全桥电路中单个开关管的导通状态下的电阻，Vcc为母线电压，D为检测时刻下的占空比。
进一步，所述三相电机的电感量的计算模型为：
L＝t0*R/ln(i0/i0 ，)；
其中，L为所述三相电机接入所述三相全桥电路的总电感量，R为所述三相电机接入所述三相全桥电路的总阻值，i0为初始电流值，t0为续流时间，i0 ，为经过t0时间后三相全桥电路中的电流值。
本发明还提出了一种电机参数自检电路的控制方法，包括：
在机组上电时，检测三相电机的电机参数；
将电机参数与预设参数对比，在所述电机参数与所述预设参数匹配时，调用与所述预设参数匹配的驱动信号；
以所述驱动信号驱动所述三相电机运行。
进一步，还包括：
在机组运行时，判断三相电机是否出现故障；
若是，则检测所述三相电机的电气参数，并与所述预设参数匹配；
根据所述电气参数与所述预设参数的匹配情况确定所述三相电机的故障信息。
本发明还提出了一种空调系统，所述空调机组具有用作驱动的三相电机，所述三相电机具有上述电机参数自检电路。
与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：
本发明通过电机参数自检电路的设置，使本发明能够准确获取三相电机的三相电阻以及三相电感量，从而匹配相应的控制程序，实现自适应控制。此外，本发明还能在三相电机故障时，根据电机参数确定出故障原因，实现电机故障的自查。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为电机参数自检电路计算电阻时的电流走向图；
图2为电机参数自检电路计算电感量时的电流走向图；
图3为本发明整体的控制流程图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本发明的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本发明的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的系统设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。
下面结合附图以及实施例对本发明的原理及结构进行详细说明。
目前空调的使用率越来越高，永磁同步电机也得到了广泛应用，但各个不同参数的电机需要不同程序参数控制，且主板报电机相关故障，范围较广，不能准确确定故障，故障成本较高。本发明的思路在于，提出一种电机参数自检电路，通过计算出三相电机的电机参数，与预设参数比较，并获取相应的控制程序，从而实现三相电机的自适应控制，此外，还能在三相电机故障时，根据电机参数确定出具体故障原因。
本发明提出的电机参数自检电路，包括一与三相电机连接的三相全桥电路、设于三相全桥电路中采样电阻，以及用于控制三相全桥电路通断状态的控制器，且该控制器可采集三相全桥电路中处于导通状态的桥臂上采样电阻的电气参数，并可根据电气参数计算三相电机的电机参数。
通过电气参数计算出三相电机的电机参数后，将电机参数与预设参数匹配，从而获取该参数下的控制程序，能实现三相电机的自适应控制，此外，在三相电机出现故障时，通过电机参数与预设参数的比较，也可以确定出具体的故障点，降低故障成本。
请参见图1和图2，三相全桥电路包括组成第一桥臂的开关管Q1以及开关管Q4、组成第二桥臂的开关管Q2以及开关管Q5、组成第三桥臂的开关管Q3以及开关管Q6，且开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3为上臂开关，开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6为下臂开关，三相全桥电路的三个上臂开关的第一端接入母线电压、三个下臂开关的第二端接地。
其中，三相电机包括设于u相中的电阻Ru以及电感Lu、设于v相中的电阻Rv以及电感Lv、设于w相中的电阻Rw以及电感Lw；
电感Lu一端串联电阻Ru后连接到开关管Q1与开关管Q4之间，电感Lv一端串联电阻Rv后连接到开关管Q2与开关管Q5之间，电感Lw一端串联电阻Rw后连接到开关管Q3与开关管Q6之间，电感Lu的另一端、电感Lv的另一端以及电感Lw的另一端相互连接。
通过上述设置，能够切换三相电机接入电路的三相绕组，如当开关管Q1以及开关管Q5闭合时，三相电机的u相绕组以及v相绕组接入三相全桥电路，此时电阻Ru、电阻Rv、电感Lu、电感Lv参与工作，电流方向为通过母线电压出发，依次经过开关管Q1、电阻Ru、电感Lu、电感Lv、电阻Rv、开关管Q5后到地。
当开关管Q1以及开关管Q6闭合时，三相电机的u相绕组以及w相绕组接入三相全桥电路，此时电阻Ru、电阻Rw、电感Lu、电感Lw参与工作，电流方向为通过母线电压出发，依次经过开关管Q1、电阻Ru、电感Lu、电感Lw、电阻Rw、开关管Q6后到地；
当开关管Q5以及开关管Q6闭合时，三相电机的v相绕组以及w相绕组接入三相全桥电路，此时电阻Rv、电阻Rw、电感Lv、电感Lw参与工作，电流方向为通过母线电压出发，依次经过开关管Q2、电阻Rv、电感Lv、电感Lw、电阻Rw、开关管Q6后到地。
将三相电机的三相绕组接入电路后，即可根据相应的电气参数确定出三相电机每一相绕组中的电阻参数以及电感参数，具体的，为计算出三相电机各相绕组的电气参数，本发明还设置有采样电阻，用于获取三相全桥电路中的电气参数，以计算电机参数。
具体的，采样电阻包括：电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3；
其电阻RS1串联于开关管Q4与地之间，电阻RS2串联于开关管Q5与地之间，电阻RS3串联于开关管R6与地之间。
通过上述设置，当开关管Q1以及开关管Q5闭合后，电阻RS1和电阻RS2即可接入三相全桥电路，控制器通过采集电阻RS1或电阻RS2上的电气参数即可计算出此时三相电机接入三相全桥电路的电机参数。
其中，当开关管Q1以及开关管Q5导通时，控制器通过采集电阻RS2上的电气参数，即可用于确定电阻Ru以及电阻Rv的总阻值；
当开关管Q1以及开关管Q6导通时，控制器通过采集电阻电阻RS3上的电气参数，即可用于确定电阻Ru以及电阻Rw的总阻值；
当开关管Q2以及开关管Q6导通时，控制器通过采集电电阻RS3上的电气参数，即可用于确定电阻Rv以及电阻Rw的总阻值；
然后通过联立三个方程，即可确定出三相电机每一项中电阻的阻值，如当电阻Ru与电阻Rv的总阻值为M、电阻Ru与电阻Rw的总阻值为N、电阻Rv与电阻Rw的总组合为P时，通过联立上述三个方程，即可确定出电阻Ru的阻值为(M+N-P)/2、电阻Rv的阻值为(M-N+P)/2、电阻Rw的阻值为(N+P-M)/2，以此可以获取三相电机各相的电机参数，以用于与预设参数匹配。
本发明中采集的电气参数为采样电阻上的电流以及电压，其三相电机的电阻计算模型为R＝(Vcc*D)/(U1/R1)-(R1+2Ron)；
其中，R为三相电机接入三相全桥电路的总阻值，R1为接入三相全桥电路的采样电阻的阻值，U1为电阻R1上的电压，Ron为三相全桥电路中单个开关管的导通状态下的电阻，Vcc为母线电压，D为检测时刻下的占空比。
请参见图1，当开关管Q1以及开关管Q5闭合时，此时电路中接入的器件包括有开关管Q1、电阻Ru、电感Lu、电感Lv、电阻Rv、开关管Q5，电阻RS2，即该情况下电阻RS2即为上述公式中的电阻R1、U1即为电阻RS2上的电压URS2，R为电阻Ru以及电阻Rv的总阻值，此时三相电机的电阻计算模型为：
(Ru+Rv)＝(Vcc*D)/(URS2/RS2)-(RS2+2Ron)；
其具体推导过程为先根据欧姆定律利用公式URS2/RS2计算出三相全桥电路上的电流，并利用(Vcc*D)/(URS2/RS2)计算出三相全桥电路上的总阻值，这里需要说明的是，由于占空比的存在，母线电压提供到三相全桥电路的实际电压为Vcc*D，然后减去除电阻Ru以及电阻Rv部分的阻值即可得到电阻Ru以及电阻Rv的总阻值。
同理，当开关管Q1以及开关管Q6闭合时，此时电路中接入的器件包括有开关管Q1、电阻Ru、电感Lu、电感Lw、电阻Rw、开关管Q6，电阻RS3，即该情况下电阻RS3即为上述公式中的电阻R1、U1即为电阻RS2上的电压URS3，R为电阻Ru以及电阻Rw的总阻值，此时三相电机的电阻计算模型为：
(Ru+Rw)＝(Vcc*D)/(URS3/RS3)-(RS3+2Ron)；
当开关管Q2以及开关管Q6闭合时，此时电路中接入的器件包括有开关管Q2、电阻Rv、电感Lv、电感Lw、电阻Rw、开关管Q6，电阻RS3，即该情况下电阻RS3即为上述公式中的电阻R1、U1即为电阻RS2上的电压URS3，R为电阻Rv以及电阻Rw的总阻值，此时三相电机的电阻计算模型为：
(Rv+Rw)＝(Vcc*D)/(URS3/RS3)-(RS3+2Ron)；
令(Vcc*D)/(URS2/RS2)-(RS2+2Ron)＝M，(Vcc*D)/(URS3/RS3)-(RS3+2Ron)＝N，(Vcc*D)/(URS3/RS3)-(RS3+2Ron)＝P，即可通过上述公式Ru＝(M+N-P)/2、Rv＝(M-N+P)/2、Rw＝(N+P-M)确定出三相电机中每一相的电阻。
需要指出的是，对于开关管Q1以及开关管Q6闭合，与开关管Q2以及开关管Q6闭合的情况，虽然两者的计算公式均包括有URS3和RS3，但由于电路中各项参数改变，其实际数值并不相同，故这里并未给出具体联立后的计算结果。
此外，在电感接入三相全桥电路中并参与工作时，电感会进行储能，当电源断开时，电感会释放该部分能量，且释放速度与电感的电感量相关，故本发明可以通过断开母线电压的接入，让电感接入电路释放能量以确定三相电机中各相的电感。
请参见图2，当所述开关管Q4与所述开关管Q5导通时，此时电感Lu和电感Lv开始释放能量，且电流方向与原本方向相同，故此时电流依次经过电感Lu、电感Lv、电阻Rv、开关管Q5、电阻RS2、电阻RS1、开关管Q4、电阻Ru后重新回到电感Lu，此时采集的电气参数为流经采样电阻的电流，由于串联电路中各处电流相同，该部分电流即可表示电感Lu以及电感Lv上的电流变化，即可用于确定电感Lu以及电感Lv的总感量；
同理，当所述开关管Q4与所述开关管Q6导通时，此时电感Lu和电感Lw开始释放能量，且电流方向与原本方向相同，故此时电流依次经过电感Lu、电感Lw、电阻Rw、开关管Q6、电阻RS3、电阻RS1、开关管Q4、电阻Ru后重新回到电感Lu，即该情况下可用于确定电感Lu以及电感Lw的总感量；
当所述开关管Q5与所述开关管Q6导通时，此时电感Lv和电感Lw开始释放能量，且电流方向与原本方向相同，故此时电流依次经过电感Lv、电感Lw、电阻Rw、开关管Q6、电阻RS3、电阻RS2、开关管Q5、电阻Rv后重新回到电感Lv，即该情况下可用于确定电感Lv以及电感Lw的总感量；
具体的，三相电机的电感量的计算模型为：
L＝t0*R/ln(i0/i0 ，)；
其中，L为三相电机接入三相全桥电路的总电感量，R为三相电机接入三相全桥电路的总阻值，i0为初始电流值，t0为续流时间，i0 ，为经过t0时间后三相全桥电路中的电流值。
故对于开关管Q4以及开关管Q5闭合时，其三相电机的电感量的计算模型可以表示为：(Lu+Lv)＝t0*(Ru+Rv)/ln(i0/i0 ，)；
对于开关管Q4以及开关管Q6闭合时，其三相电机的电感量的计算模型可以表示为：(Lu+Lw)＝t0*(Ru+Rw)/ln(i0/i0 ，)；
对于开关管Q5以及开关管Q6闭合时，其三相电机的电感量的计算模型可以表示为：(Lv+Lw)＝t0*(Rv+Rw)/ln(i0/i0 ，)；
令t0*(Ru+Rv)/ln(i0/i0 ，)＝M、t0*(Ru+Rw)/ln(i0/i0 ，)＝N、t0*(Rv+Rw)/ln(i0/i0 ，)＝P，即可通过上述公式Lu＝(M+N-P)/2、Lv＝(M-N+P)/2、Lw＝(N+P-M)确定出三相电机中每一相的电感量。
需要指出的是，虽然三相计算时每个计算模型中均包括有i0以及i0 ，，但由于电路各项参数的改变，接入不同相时i0以及i0 ，的值也发生改变，其实际数值并不相同，故这里并未给出具体联立后的计算结果。
通过上述方法计算出三相电机的电机参数后，将电机参数与预设参数匹配，从而获取该参数下的控制程序，能实现三相电机的自适应控制，此外，在三相电机出现故障时，通过电机参数与预设参数的比较，也可以确定出具体的故障点，降低故障成本。
进一步的，本发明还提出了一种电机参数自检电路的控制方法，其包括：
在机组上电时，检测三相电机的电机参数；
将电机参数与预设参数对比，在所述电机参数与预设参数匹配时，调用与预设参数匹配的驱动信号；
以驱动信号驱动三相电机运行。
还包括：在机组运行时，判断三相电机是否出现故障；
若是，则检测所述三相电机的电气参数，并与预设参数匹配；
根据电气参数与预设参数的匹配情况确定三相电机的故障信息。
请参见图3，本发明在机组上电后，先用以上方法进行电机参数自检，如不能检测计算到正常电机参数，则报电机异常故障；如能检测到正常电机参数，与预设参数对比，匹配到电机参数，调用相关程序驱动电机，如不能则报电机异常故障；接着电机启动开机运行；如在运行过程中报了电机方面故障(电机、压缩机)，则在对电机U、V、W相参数进行检测判断报出具体相接线异常或电机损坏，反馈给售后，售后人员根据具体故障进行维修。
本发明还提出了一种空调机组，所述空调机组具有用作驱动的三相电机，该三相电机具有上述电机参数自检电路。
与现有技术相比，本发明通过电机参数自检电路的设置，使本发明能够准确获取三相电机的三相电阻以及三相电感量，从而匹配相应的控制程序，实现自适应控制。此外，本发明还能在三相电机故障时，根据电机参数确定出故障原因，实现电机故障的自查。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.电机参数自检电路，其特征在于，包括一与三相电机连接的三相全桥电路、设于所述三相全桥电路中的采样电阻、以及用于控制所述三相全桥电路通断状态的控制器，所述控制器可采集所述三相全桥电路中处于导通状态的桥臂上采样电阻的电气参数，并可根据所述电气参数计算所述三相电机的电机参数。
2.根据权利要求1所述的电机参数自检电路，其特征在于，所述三相全桥电路包括组成第一桥臂的开关管Q1以及开关管Q4、组成第二桥臂的开关管Q2以及开关管Q5、组成第三桥臂的开关管Q3以及开关管Q6，且所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3为上臂开关，所述开关管Q4、开关管Q5、开关管Q6为下臂开关，所述三相全桥电路的三个上臂开关的第一端接入母线电压、三个下臂开关的第二端接地。
3.根据权利要求2所述的电机参数自检电路，其特征在于，所述采样电阻包括：电阻RS1、电阻RS2、电阻RS3；
所述电阻RS1串联于所述开关管Q4与地之间，所述电阻RS2串联于所述开关管Q5与地之间，所述电阻RS3串联于所述开关管Q6与地之间。
4.根据权利要求3所述的电机参数自检电路，其特征在于，所述三相电机包括设于u相中的电阻Ru以及电感Lu、设于v相中的电阻Rv以及电感Lv、设于w相中的电阻Rw以及电感Lw；
所述电感Lu一端串联电阻Ru后连接到所述开关管Q1与所述开关管Q4之间，所述电感Lv一端串联电阻Rv后连接到所述开关管Q2与所述开关管Q5之间，所述电感Lw一端串联电阻Rw后连接到所述开关管Q3与所述开关管Q6之间，所述电感Lu的另一端、所述电感Lv的另一端以及所述电感Lw的另一端相互连接。
5.根据权利要求4所述的电机参数自检电路，其特征在于，当所述开关管Q1与所述开关管Q5导通时，所述控制器用于计算所述电阻Ru以及所述电阻Rv的总阻值；
当所述开关管Q1与所述开关管Q6导通时，所述控制器用于计算所述电阻Ru以及所述电阻Rw的总阻值；
当所述开关管Q2与所述开关管Q6导通时，所述控制器用于计算所述电阻Rv以及所述电阻Rw的总阻值。
6.根据权利要求4所述的电机参数自检电路，其特征在于，当所述开关管Q4与所述开关管Q5导通时，所述控制器用于计算所述电感Lu以及所述电感Lv的总电感量；
当所述开关管Q4与所述开关管Q6导通时，所述控制器用于计算所述电感Lu以及所述电感Lw的总电感量；
当所述开关管Q5与所述开关管Q6导通时，所述控制器用于计算所述电感Lv以及所述电感Lw的总电感量。
7.根据权利要求5所述的电机参数自检电路，其特征在于，所述三相电机的电阻计算模型为：
R＝(Vcc*D)/(U1/R1)-(R1+2Ron)；
其中，R为所述三相电机接入所述三相全桥电路的总阻值，R1为接入所述三相全桥电路的采样电阻的阻值，U1为电阻R1上的电压，Ron为所述三相全桥电路中单个开关管的导通状态下的电阻，Vcc为母线电压，D为检测时刻下的占空比。
8.根据权利要求6所述的电机参数自检电路，其特征在于，所述三相电机的电感量的计算模型为：
L＝t0*R/ln(i0/i0 ，)；
其中，L为所述三相电机接入所述三相全桥电路的总电感量，R为所述三相电机接入所述三相全桥电路的总阻值，i0为初始电流值，t0为续流时间，i0 ，为经过t0时间后三相全桥电路中的电流值。
9.电机参数自检电路的控制方法，其特征在于，包括：
在机组上电时，检测三相电机的电机参数；
将电机参数与预设参数对比，在所述电机参数与所述预设参数匹配时，调用与所述预设参数匹配的驱动信号；
以所述驱动信号驱动所述三相电机运行。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，还包括：
在机组运行时，判断三相电机是否出现故障；
若是，则检测所述三相电机的电气参数，并与所述预设参数匹配；
根据所述电气参数与所述预设参数的匹配情况确定所述三相电机的故障信息。
11.空调机组，所述空调机组具有用作驱动的三相电机，其特征在于，所述三相电机具有如权利要求1至8任意一项权利要求所述的电机参数自检电路。
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