CN204179982U - 一种电机参数自检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机参数自检测装置，该装置包括：控制板电路、驱动系统主电路及电流传感器；其中，控制板电路包括：微控制器MCU，电流采样电路、故障检测电路及驱动电路；电流采样电路从电流传感器得到的采样信号进行处理，将采样信号处理为微控制器MCU可接收识别的电流信号值；所述微控制器MCU根据电机参数自检测要求，计算逆变器开通时间，向所述驱动电路发出指示，由所述驱动电路将所述微控制器MCU发出的指示转换为驱动信号，从而控制所述驱动系统主电路的输出，驱动交流电机；所述微控制器MCU根据所述开通时间，以及开关死区和开关器件饱和压降计算实际输出电压值；所述微控制器MCU根据所述电流信号值及所述实际输出电压值计算得到电机参数值；故障检测电路检测故障信号并送至微控制器MCU；微控制器MCU进行控制运算及故障处理。采用本实用新型不但可以降低电机参数自检测装置的成本，还可以提高检测精度。

Description

一种电机参数自检测装置

技术领域

本实用新型涉及交流电机调速技术领域，尤其涉及一种电机参数自检测装置。

背景技术

现有交流电机调速领域的电机参数自检测装置，通常由控制板、驱动系统主电路及交流电机组成：主电路提供驱动电机的能量输出；控制板通过控制驱动开关信号来控制主电路的能量输出，从而对交流电机的输入电压的幅值及频率进行控制，并对由电压电流传感器得到的信号进行采样。最终控制板由采样得到的电压及电流值，根据交流电机电路模型计算得出对应的电机参数。

以上所述控制板由MCU(微控制器)与电压采样、电流采样、故障检测及驱动电路组成：电压、电流采样电路对从电压/电流传感器得到的采样信号进行处理，得到MCU可以接收识别的信号，从而使MCU获得电压、电流值；驱动电路将MCU的输出控制开关指令转换为驱动信号，从而控制系统主电路的输出，驱动交流电机；故障检测电路检测故障信号(如过压、过流等)并送至MCU；MCU进行控制运算及故障处理。

然而，在现有电机参数自检测装置的应用过程中，设计人员发现现有技术存在如下问题：

现有电机参数自检测技术方案中电压传感器及采样电路成本较高，且电压采样电路延迟造成计算误差，造成电机参数的计算误差，得到不准确的电机参数。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种电机参数自检测装置。为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

本实用新型提供的一种电机参数自检测装置，包括：

控制板电路、驱动系统主电路及电流传感器；其中，所述的控制板电路包括：微控制器MCU，电流采样电路、故障检测电路及驱动电路；

所述电流采样电路从所述电流传感器得到的采样信号进行处理，将所述采样信号处理为所述微控制器MCU可接收识别的电流信号值；所述微控制器MCU根据电机参数自检测要求，计算逆变器开通时间，向所述驱动电路发出指示，由所述驱动电路将所述微控制器MCU发出的指示转换为驱动信号，从而控制所述驱动系统主电路的输出，驱动交流电机；所述微控制器MCU根据所述开通时间，以及开关死区和开关器件饱和压降计算实际输出电压值；所述微控制器MCU根据所述电流信号值及所述实际输出电压值计算得到电机参数值；故障检测电路检测故障信号并送至微控制器MCU；微控制器MCU进行控制运算及故障处理。

本实用新型提供的一种电机参数自检测装置，通过所述电流采样电路从所述电流传感器得到的采样信号进行处理，将所述采样信号处理为所述微控制器MCU可接收识别的电流信号值；所述微控制器MCU根据电机参数自检测要求，计算逆变器开通时间，向所述驱动电路发出指示，由所述驱动电路将所述微控制器MCU发出的指示转换为驱动信号，从而控制所述驱动系统主电路的输出，驱动交流电机；所述微控制器MCU根据所述开通时间，以及开关死区和开关器件饱和压降计算实际输出电压值；所述微控制器MCU根据所述电流信号值及所述实际输出电压值计算得到电机参数值；所述故障检测电路检测故障信号并送至所述微控制器MCU；所述微控制器MCU进行控制运算及故障处理。采用本实用新型不但可以降低电机参数自检测装置的成本，还可以提高检测精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种电机参数自检测装置原理结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电机参数自检测装置PWM调制原理图；

图3为本实用新型实施例提供的一种电机参数自检测装置在电压型逆变器中PWM实际输出波形图；

图4为本实用新型实施例提供的一种三相电压型变频器主电路拓扑结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种单元级联式电压型变频器主电路拓扑及控制系统结构图；

图6为本实用新型实施例提供的一种电机参数自检测装置的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例提供的一种电机参数自检测装置进行详细描述。

本实用新型提供的一种电机参数自检测装置，包括：控制板电路、驱动系统主电路及电流传感器；其中，所述的控制板电路包括：微控制器MCU，电流采样电路、故障检测电路及驱动电路；

所述电流采样电路从所述电流传感器得到的采样信号进行处理，将所述采样信号处理为所述微控制器MCU可接收识别的电流信号值；所述微控制器MCU根据电机参数自检测要求，计算逆变器开通时间，向所述驱动电路发出指示，由所述驱动电路将所述微控制器MCU发出的指示转换为驱动信号，从而控制所述驱动系统主电路的输出，驱动交流电机；所述微控制器MCU根据所述开通时间，以及开关死区和开关器件饱和压降计算实际输出电压值；所述微控制器MCU根据所述电流信号值及所述实际输出电压值计算得到电机参数值；故障检测电路检测故障信号并送至微控制器MCU；微控制器MCU进行控制运算及故障处理。

需要说明的是，所述驱动系统主电路为电压型变频器或逆变器，或者为单元级联式电压型变频器或者逆变器。本实用新型不限于三相电压型变频器及单元级联式电压型变频器结构，本实用新型的方案在以下实施实例都以三相电压型变频器(如图4所示)和单元级联式电压型变频器(如图5所示)为例进行说明。

还需要说明的是，所述微控制器MCU进行电机参数自检测电压输出控制运算，以及输出电压值的获取及电机参数的检测计算。

还需要说明的是，所述电压输出控制运算采用PWM调制输出方式；

所述PWM调制输出方式基于所述电压型逆变器或者变频器的开通时间及实际输出中死区及开关器件饱和压降，以补偿计算获得实际输出电压值，具体计算公式如下：

U_o＝U_dc*t_on

U'_o＝U_o-ΔU_s-ΔU_d

U_o为某PWM周期中按PWM理想模型计算获得的电压值，

U_dc为逆变器PWM波的输出幅值，t_on为该PWM周期中的开通时间；

U′_o为驱动系统主电路实际输出电压的计算值，

ΔU_s为死区引起的电压损失折合值，

ΔU_d为开关器件的饱和压降造成的电压损失。

基于以上实施例，以下通过详细说明PWM，脉宽调制输出方式，来说明本实用新型无需电压采样，即可实现电机参数的自检测。

由于现有技术中存在的电压传感器及电压采样电路的设计，使得现有电机参数自检测装置的生产成本较高且延迟误差较大，因此本实用新型提出了一种无电压传感器的电机参数自检测装置，不需要电压传感器及电压采样电路，即能实现对交流电机参数的准确在线自检测，既节省了成本也避免了采样电路延迟误差。

下文着重说明本实用新型电机参数自检测装置获取电压信息的具体实施方案。

首先简要说明一下电机参数自检测技术方案的一般策略，其通过直流测试(该测试实验通过在电机定子绕组两端施加直流电压并检测电压电流)、堵转测试(该测试实验通过将电机转子堵转后在电机定子侧施加交流电压并检测电压电流)、空载测试(该测试实验通过给电机施加额定交流电压使其空载运转并检测电压电流)来分别计算获得定子绕组阻值、转子电阻及定转子漏感，以及励磁阻抗等参数。对于电压型逆变器或变频器而言，上述检测实验所需电压均由逆变器或变频器控制输出供给。在电机参数自检测策略及测试电压供给方面，本实用新型所公开装置与上述方案策略一致，在此不做细述。

下面详细说明本实用新型所公开装置的电压输出控制策略、实际输出电压获取方法及控制流程如下：

如图2所示为本实用新型装置中MCU控制电压输出的控制方法，即PWM脉宽调制输出方式的调制原理示意图。根据PWM调制原理，假设三角载波的幅值与PWM波的幅值相等，则阴影1的面积与阴影2的面积相等，即满足关系式1：

U_t*T_pwm＝U_P*t_on       ----式1

U_t----电压信号幅值

U_P----PWM波幅值

T_pwm----PWM周期

t_on----开通时间(ton1+ton2)

值得说明的是，上述等式反过来也成立----在能确定PWM输出波形的幅值、开通时间及PWM周期的情况下，等效的电压幅值便可推知。这正是本实用新型装置获取输出电压信息的基本依据。

但是，上述依据是基于理想模型得到，没有考虑电压逆变器实际输出中包含的死区及开关器件饱和压降的影响，仅仅依此计算获得的输出电压的精度不够。如直接进行电机参数自检测计算的话，则最终的参数检测结果存在一定的误差。图3所示为电压型逆变器PWM实际输出波形，阴影1为逆变输出中为避免上下桥臂直通而加入的死区，阴影2为开关器件的饱和压降。从图3可见，理想PWM输出中，该PWM周期中的输出电压应为：

U_o＝U_dc*t_on      ----式2

U_o----输出电压计算值

U_dc----PWM波输出幅值

t_on----开通时间

而实际输出电压应为：

U'_o＝U'_dc*t'_on     ----式3

U′_o----实际输出电压值

U′_dc----实际PWM波输出幅值

t′_on----实际开通时间

为保证电机参数自检测的精度，需要对死区及开关器件的饱和压降引起的电压损失进行补偿计算。补偿计算后的输出电压结果如式4所示：

U'_o＝U_o-ΔU_s-ΔU_d----式4

ΔU_s----死区折合的电压损失

ΔU_d----开关器件饱和压降

最终，根据上述说明获取输出电压值，由电流采样电路进行电流采样获取输出电流值，按照电机参数自检测技术的一般方法进行电机参数自检测，并由检测结果计算获得电机参数。需说明的是，获取输出电压值的相关计算及电机参数自检测的相关计算由本实用新型所公开的控制装置中的MCU完成。

图6所示为本实用新型所公开装置的控制流程图，该控制流程在MCU中运行。在本实用新型所公开装置开始进行电机参数自检测时，首先进行电机状态判断，如电机处于静止状态且系统无故障的话，则开始测试参数的初始化，将相关计算及控制变量及参数清零。否则告警结束；

然后，分步开始进行电机参数自检测实验(直流测试、堵转测试及空载测试)，根据各检测实验的要求，如需输出直流电、单相或三相交流电及输出电压值的大小，来控制每个PWM周期中逆变器各开关管的开通时间t_on，并采样电流值；

再根据上述式2-式4计算获得每PWM周期的实际输出电压值；

根据计算获得的实际输出电压值及采样电流值计算各电机参数值；

判断在检测过程中是否无故障，如无故障，则输出所得各电机参数值结束。否则告警结束。

图4为常见三相电压型变频器主电路拓扑，图5为单元级联式电压型变频器主电路拓扑及控制系统结构，本实用新型所公开的装置在所示的拓扑结构和系统中得到很好的应用。但需强调的是，本实用新型所公开的装置并不仅限于图4和图5所示的拓扑、系统，所有按照PWM脉宽调制方式进行电压输出的变频器、逆变器，及需要采集电压信息进行电机参数自检测的系统和设备均适用于本实用新型所公开的装置。

本实用新型提供的一种电机参数自检测装置，通过所述电流采样电路从所述电流传感器得到的采样信号进行处理，将所述采样信号处理为所述微控制器MCU可接收识别的电流信号值；所述微控制器MCU根据电机参数自检测要求，计算逆变器开通时间，向所述驱动电路发出指示，由所述驱动电路将所述微控制器MCU发出的指示转换为驱动信号，从而控制所述驱动系统主电路的输出，驱动交流电机；所述微控制器MCU根据所述开通时间，以及开关死区和开关器件饱和压降计算实际输出电压值；所述微控制器MCU根据所述电流信号值及所述实际输出电压值计算得到电机参数值；所述故障检测电路检测故障信号并送至所述微控制器MCU；所述微控制器MCU进行控制运算及故障处理。采用本实用新型不但可以降低电机参数自检测装置的成本，还可以提高检测精度。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种电机参数自检测装置，其特征在于，包括：控制板电路、驱动系统主电路及电流传感器；其中，所述的控制板电路包括：微控制器MCU，电流采样电路、故障检测电路及驱动电路；

所述电流采样电路从所述电流传感器得到的采样信号进行处理，将所述采样信号处理为所述微控制器MCU可接收识别的电流信号值；所述微控制器MCU根据电机参数自检测要求，计算逆变器开通时间，向所述驱动电路发出指示，由所述驱动电路将所述微控制器MCU发出的指示转换为驱动信号，从而控制所述驱动系统主电路的输出，驱动交流电机；所述微控制器MCU根据所述开通时间，以及开关死区和开关器件饱和压降计算实际输出电压值；所述微控制器MCU根据所述电流信号值及所述实际输出电压值计算得到电机参数值；故障检测电路检测故障信号并送至微控制器MCU；微控制器MCU进行控制运算及故障处理。

2.根据权利要求1所述的电机参数自检测装置，其特征在于，所述驱动系统主电路为电压型变频器或逆变器，或者为单元级联式电压型变频器或者逆变器。

3.根据权利要求2所述的电机参数自检测装置，其特征在于，所述微控制器MCU进行电机参数自检测电压输出控制运算，以及输出电压值获取，及电机参数的检测计算。

4.根据权利要求3所述的电机参数自检测装置，其特征在于，所述电压输出控制运算采用PWM调制输出方式；

所述PWM调制输出方式基于所述电压型逆变器或者变频器的开通时间及实际输出中死区、开关器件饱和压降，以补偿计算获得实际输出电压值，具体计算公式如下：

U_o＝U_dc*t_on

U'_o＝U_o-ΔU_s-ΔU_d

U_o为某PWM周期中按PWM理想模型计算获得的电压值，

U_dc为逆变器PWM波的输出幅值，t_on为该PWM周期中的开通时间；

U′_o为驱动系统主电路实际输出电压的计算值，

ΔU_s为死区引起的电压损失折合值，

ΔU_d为开关器件的饱和压降造成的电压损失。