一种交流同步电机及其过载保护方法技术

本发明专利技术涉及一种交流同步电机及其过载保护方法，判断电机是否过载，若过载则通过电流环控制限制电机转速，若过载启动量大于零，则过载保护电流取给定电流；若过载启动量不小于零，则过载保护速度取校验电流与给定电流的较小值；其中，过载保护电流是经过载保护方法计算出的电流给定值；校验电流是根据额定电流、最大电流和电流有效值的校验产生的；过载启动量为通过电机发热模型实时计算得到的。在对电机转速限制时，还计算出校验速度，避免不当的设置导致电机烧毁。

【技术实现步骤摘要】
一种交流同步电机及其过载保护方法
本专利技术涉及一种交流同步电机及其过载保护方法。
技术介绍
随着社会的发展，电动机尤其是交流同步电动机在工业生产及人们生活中作为不可替代的动力和驱动装置应用越来越广泛。由于过载导致电机烧毁的情况时有发生。现有过载保护方法，主要包括：首先判断电机是否发生或将要过载，在判断过载时采用停机、降低转速或输出功率的方式保护电机。对于判断电机发生或将要发生过载的方法，现有技术中主要包括：①热继电器保护法。热继电器是利用双金属片膨胀性原理研制的。但金属片的离散性大，需要经常对金属片进行校准。②通过埋设温度传感器直接测温的方法。该方法需要电机厂的配合，目前某些大型电动机中已埋设了温度传感器，但大部分中小型电动机中还没有埋设温度传感器。③建立电机的热模型。该方法是一种比较切实可行的方法，可实现热累计。目前在电动机热保护器中采用的多为一阶或二阶的热模型，模型比较简单，但电机热模型中关键参数的获取相对比较困难。④利用反时限过流来实现过流保护。该方法是通过设定限制线对I-t特性曲线进行判断来实现热过载保护，但该方法没有反映出热积累效应。⑤利用电机电流的大小进行判断，而采集电机电流会导致计算值滞后。另外，在判断过载发生或将要发生以后，需要限制转速，如果设置转速不当仍会产生烧毁的情况。因此，现有方法的缺陷主要在于三个方面：1，电流采样时，采集电机电流有滞后性；2，判断过载时，涉及的电机热模型获取困难；3，对电机转速限制时，设置转速不当仍导致电机烧毁。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种同步电机过载保护方法，用以解决对电机转速限制时，设置转速不当仍导致电机烧毁。同时本专利技术还提供利用上述方法的同步电机。为实现上述目的，本专利技术的方案包括：交流同步电机过载保护方法，判断电机是否过载，若过载则通过电流环控制限制电机转速，若过载启动量小于零，则过载保护电流取给定电流；若过载启动量不小于零，则过载保护电流取校验电流与给定电流的较小值；其中，过载保护电流是经过载保护方法计算出的电流给定值；校验电流是根据额定电流、最大电流和电流有效值的校验产生的；过载启动量为通过电机发热模型实时计算得到的。进一步的，采集任两相电流和转子角度，进行计算，ia、ib为a、b相电流，θ为电机转子角度，iq为q轴电流，即电流有效值。本专利技术还提供一种交流同步电机，交流同步电机包括控制器，控制器根据过载保护方法确定过载保护电流，所述过载保护电流是经过载保护方法计算出的电流给定值。在对电机转速限制时，还计算出校验速度，避免不当的设置导致电机烧毁。附图说明图1是本专利技术过载保护方法实施例同步电机控制系统框图；图2是本专利技术过载保护方法实施例过载保护方法的原理图；图3是本专利技术过载保护方法实施例过载保护逻辑结构图；图4是本专利技术过载保护方法实施例过载保护程序流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。过载保护方法实施例交流同步电机电流有效值计算方法，利用两相实时电流进行计算，在使用时，只需采集任两相电流。比如a、b相，则电流有效值计算部分通过以下公式实现其中ia、ib为a、b相电流，θ为电机转子角度，iq为q轴电流，即为电流有效值。以上是获取有效电流的一种计算方式，也可以采用现有技术中的其他计算方式。如图1所示，采集任两相电流，计算电流有效值iq(如以上实施例)；根据计算出的电流有效值(根据电流有效值，但并不仅根据电流有效值，还包括电机参数和其他检测值)，判断是否过载，若过载则限制电机转速。由于过载保护首先需要检测电流有效值才能进行后续的判断和处理，上述计算方式能够迅速检测出电流有效值有助于后续处理，避免因电流采集的滞后性而使过载保护不及时导致电机烧毁。根据同步控制方式的不同，限制电机转速有不同的具体表现形式，比如同步电机采用电压外环电流内环的控制方式，限制电机转速最终转化为对电流的控制。比如转速外环电流内环的控制方式，限制电机转速最终也转化为对电流的控制。如图2，根据过载启动条件，若符合过载启动条件，则过载保护电流取校验电流与给定电流的较小值，若不符合过载启动条件，则过载保护电流取给定电流。其中，给定电流是外环提供的给定电流，过载保护电流是经过过载保护方法确定的电流给定值，如图1所示，经过转速外环产生的给定电流经过过载保护转化为过载保护电流。本专利技术的主要方案是：判断过载时，若过载则通过电流环控制限制电机转速，若过载启动量小于零，则过载保护电流取给定电流；若过载启动量不小于零，则过载保护电流取校验电流与给定电流的较小值；其中，过载保护电流是经过载保护方法计算出的电流给定值；校验电流是根据额定电流、最大电流和电流有效值的校验产生的；过载启动量为通过电机发热模型实时计算得到的，过载启动量可以是现有技术中的过载启动判据。如图2、3、4给出了一种优选的方式，在上述两个方面——判断过载的方式和对电机转速限制的方式，都采用了优化的、不同于现有技术的方式：在判断过载时(即过载启动条件)，体现了热积累效应，而且不需要借助现有方法中的难以获取的电机参数(除电流有效值以外的参数)，体现在图2中的过载启动条件；在对电机转速限制时，计算出校验速度，避免不当的设置导致电机烧毁，体现在图2中校验电流与给定电流的比较。具体的，交流同步电机过载保护方法，包括q轴电流折算部分、目标电流选择部分1、PID控制器2，过载保护启动部分3共四部分。电流有效值计算部分通过以下公式实现其中ia、ib为a、b相电流，θ为电机转子角度。目标电流选择部分1包括通过差值计算器11、零比较器12、触发计时器13和14、与逻辑15、真值选择器16。q轴电流和最大电流输入差值计算器11。差值比较器11的输出输入零比较器12。零比较器12输出一方面输入触发计时器13和14，另一方面和触发计时器13和14的输出一起输入与逻辑15。与逻辑15的输出作为判据输入真值选择器16，当判据为真时真值选择器16输出最大电流，当为假时输出额定电流。目标电流选择部分1实现的功能为：目标电流在q轴电流大于最大电流且持续时间小于2s的情况下，取最大电流，在持续时间大于等于2s情况下，取额定电流。PID控制器2包括减法器21、PID运算部分22。减法器21计算出目标电流与q轴电流的差值，然后PID运算部分22通过比例、积分和微分计算出校验电流。过载保护启动部分3包括乘法器31、32和33，减法器34、35、36和39，零下限积分器37，增益38，比较器310和311，正值选择器312；额定电流和最大电流通过乘法器32、33，减法器36和增益38计算出发热动作值。q轴电流和额定电流通过乘法器31、32，减法器35，零下限积分器37计算出电机发热量。电机发热量和发热动作值输入减法器39输出发热偏离量。q轴电流和最大电流输入减法器34输出电流偏离量。发热偏离量和电流偏离量通过比较器310输出过载启动量。比较器312通过过载启动量决定计算电流，当过载启动量非负时，计算电流取校验电流与给定电流的较小值；当过载启动量为负时，计算电流直接取给定电流。也就是说：过载保护启动部分首先对iq2-I2额进行零下限积分，并计算积分结果与发热动作值的差值；同时计算iq与I最的差值；比较上述两差值的大小，令较大的一个为过载启动量；若过载启动量本文档来自技高网...

【技术保护点】
交流同步电机过载保护方法，其特征在于，判断电机是否过载，若过载则通过电流环控制限制电机转速，若过载启动量大于零，则过载保护电流取给定电流；若过载启动量不小于零，则过载保护速度取校验电流与给定电流的较小值；其中，过载保护电流是经过载保护方法计算出的电流给定值；校验电流是根据额定电流、最大电流和电流有效值的校验产生的；过载启动量为通过电机发热模型实时计算得到的。

【技术特征摘要】
1.交流同步电机过载保护方法，其特征在于，判断电机是否过载，若过载则通过电流环控制限制电机转速，若过载启动量小于零，则过载保护电流取给定电流；若过载启动量不小于零，则过载保护电流取校验电流与给定电流的较小值；其中，给定电流是外环境提供的给定电流；校验电流是根据额定电流、最大电流和电流有效值的校验产生的；过载启动量为通过电机发热模型实时计算得到的；所述校验电流是目标电流与电流有效值的差值经过PID调节产生的；其中，目标电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红刚，李朝锋，赵瑞杰，代兴华，刘德林，田素立，王艳领，王旭昊，王海明，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许昌许继风电科技有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41