一种基于电压前馈的车用永磁同步电机端部短路保护装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于电压前馈的车用永磁同步电机端部短路保护装置。装置包括母线电压滤波器、电压斜率检测器、电压门限判断器、端部短路动作执行器和硬件过流信号阻断器，母线电压滤波器连接在逆变器直流母线上，母线电压滤波器分别与电压斜率检测器、电压门限判断器相连，电压斜率检测器、电压门限判断器都分别与端部短路动作执行器、硬件过流信号阻断器相连。本实用新型专利技术在永磁同步电机发生故障时能够及时切断与控制器的电气连接关系即对端部进行短路，同时相比现有技术解决了端部短路操作时瞬间过充电流过大的问题，以及过压检测滤波延迟较大的问题。

A short circuit protection device based on voltage feedforward

The utility model discloses a short circuit protection device at the end of a permanent magnet synchronous motor for vehicles based on voltage feedforward. The device includes a bus voltage filter, a voltage slope detector, a voltage threshold judge, an end short-circuit actuator and a hardware over-current signal blocker. The bus voltage filter is connected to the DC bus of the inverter. The bus voltage filter is connected to the voltage slope detector and the voltage threshold judge respectively. The voltage slope detector and the voltage threshold judge are connected to the end respectively The short-circuit action actuator and the hardware over-current signal blocker are connected. The utility model can cut off the electrical connection with the controller in time when the permanent magnet synchronous motor breaks down, that is, short-circuit the end. At the same time, compared with the prior art, the utility model solves the problems of large instantaneous overcharge flow and large over-voltage detection filter delay when the end is short circuited.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电压前馈的车用永磁同步电机端部短路保护装置
本技术涉及一种电机控制
，尤其是涉及一种基于电压前馈的车用永磁同步电机端部短路保护装置。
技术介绍
随着国民经济和科学技术的发展，电机在各行各业中发挥的作用越来越重要。永磁同步电机得益于其设计、制造、控制的方面的诸多优点，广泛应用于各种工业生产生活的场合。加之我国的稀土资源丰富，永磁同步电机的应用市场在我国尤其大。永磁同步电机可由交直轴电感的异同被分为表贴式和内置式，由于内置式永磁同步电机（IPMSM）可在弱磁条件下具有较宽的调速区间，应用较为广泛。在永磁同步电机特别是车用永磁同步电机的控制中，往往会遇到一些不可预知的故障以及恶劣工况。在故障等级达到一定程度（过流、过压、失速等）时，有必要迅速地将电机能量快速泻放掉，达到迅速停车的效果。另外，当车用永磁同步电机工作在发电状态，且指令不当或母线主继电器断开等故障发生时，母线电压会陡然上升。当母线电压达到IGBT耐受电压上限时，会立即击穿IGBT。此时即需要进行端部短路保护，才能保证IGBT的安全即整车动力系统的受控。
技术实现思路
本技术主要是解决现有技术中遇到故障时电机不能快速泻掉能量和整车动力系统不受控的问题，提供了一种基于电压前馈的永磁同步电机端部短路保护装置及方法。本技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于电压前馈的永磁同步电机端部短路保护装置，包括母线电压滤波器、电压斜率检测器、电压门限判断器、端部短路动作执行器和硬件过流信号阻断器，所述母线电压滤波器输入端连接在逆变器直流母线上，所述母线电压滤波器的输出端分别与所述电压斜率检测器的输入端、电压门限判断器的输入端相连，所述电压斜率检测器的输出端分别与所述端部短路动作执行器、硬件过流信号阻断器相连，所述电压门限判断器的输出端分别与所述端部短路动作执行器、硬件过流信号阻断器相连。本技术在永磁同步电机发生故障时能够及时切断与控制器的电气连接关系即对端部进行短路，同时相比现有技术解决了端部短路操作时瞬间过充电流过大的问题，以及过压检测滤波延迟较大的问题。其中母线电压滤波器对逆变器直流母线电压进行滤波处理，将模拟电压采样信号的高频噪声滤除，避免造成端部短路保护动作的误触发。电压斜率检测器用于判断母线电压滤波器输出的滤波后电压的斜率是否过大，包括正向和负向，技术人员只需设定阈值使得电压斜率检测器根据阈值进行判断，即设定增量和减量阈值，将电压滤波值差值与增量阈值比较，当大于增量阈值或小于减量阈值则判断斜率过大，则触发端部短路动作执行器和过流信号阻断器。电压门限判断器也是进行设定阈值进行简单的判断处理，技术人员只需对电压门限判断前进行阈值设置，判断即检测母线电压的绝对值是否高于设定的最大值或最小值，若两种情况任意一种判断为真，则触发端部短路动作执行器和过流信号阻断器。硬件过流信号阻断器采用一块传输芯片，传输芯片的通断使能位连接至主控MCU中，配合端部短路算法来决定硬件过流故障信号是否外发，间接保证了在端部短路过程中，IGBT不可能出现六相断路的情况。端部短路动作执行器就是触发进行短路动作，使逆变器上三桥全通/全断，下三桥全断/全通。作为一种优选方案，所述端部短路动作执行器包括短路电流检测器、电压判断器和短路执行器，所述短路电流检测器的输入端分别与电压斜率检测器的输出端、电压门限判断器的输出端连接，短路电流检测器的输出端与电压判断器的输入端连接，电压判断器的输出端与短路执行器的输入端连接。本方案中在端部短路动作执行器触发时，永磁同步电机电流进入短路电流检测器，由短路电流检测器检测短路电流是否达到短路稳态电流，该短路电流检测器可以采用电流比较器，如，将一般的短路稳态电流设为阈值进行比较，在未达到阈值时输出未达到信号如低电平，达到阈值则输出达到的信号如高电平。在收到未达到短路稳态电流时，电压门限判断器是判断当前母线电压是否大于设定上限，电压门限判断器可以采用单门限电压比较器；在母线电压大于设定上限时由短路执行器进行短路。短路执行器可以采用开关管电路，连接在控制器与永磁同步电机的连接电路之间，在收到开启工作的信号后，断开开关管，将控制器与永磁同步电机之间的电气连接断开。作为一种优选方案，所述端部短路动作执行器还包括电机转速检测器，所述电机转速检测器与短路电流检测器连接。转速检测器采用现有技术中常用的速度检测设备。电机转速检测器采用转速传感器控制电路。根据电机理论可知，在电机速度达到一定程度，即速度在安全速度范围内时，短路状态完成后，可以计算出稳态电流，稳态电流跟电机的直轴电感、电机的永磁体磁链相关，稳态电流仅受电机本体参数影响。电机转速检测器用于检测电机转速，并判断是否在安全速度范围内，是发送一个信号如高电平给短路电流检测器，短路电流检测器收到高电平后开始工作，进行后续的母线电压判断，在电机转速检测器检测到电机转速小于安全转速时，即在安全速度范围内，发送一个停止信号如低电平给短路电力检测去，短路电流检测器停止工作。作为一种优选方案，所述电压斜率检测器包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、电容C1、电流基准U4、反相器U1，MOS管Q1的栅极连接母线电压滤波器，MOS管Q1的源极连接电容C1一端，MOS管Q1的漏极分别连接MOS管Q2的栅极和MOS管Q2的漏极，MOS管Q2的栅极与MOS管Q3的栅极相连，MOS管Q2的源极和MOS管Q3的源极分别接地，电容C1的另一端和电流基准U4的输入端分别连接电源，MOS管Q3的漏极分别连接电流基准U4的输出端和反相器的输入端，反相器的输出端分别与端部短路动作执行器、过流信号阻断器连接。电流基准为一个反应斜率阈值的电流值。在输入的母线电压发生减小时，在MOS管Q1的源极上电压也减小，在电容C1上形成压差变化，由电容充电的基本公式可知，电容C1上小的压差变化会产生一个很小的电流I，当MOS管Q1源极电压变化大时，电容上压差变化也会加剧，从而产生很大的电流I，这个电流I会被MOS管Q2感应到，并被镜像到MOS管Q3，镜像电流同电流基准进行比较，结构被反相器放大后输出。MOS管Q1为PMOS光，MOS管Q2和MOS管Q3为NMOS管。作为一种优选方案，所述电压门限判断器包括放大器U2、放大器U3、电阻R1、电阻R2、电阻R3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，放大器U2的反相输入端连接上限电压，放大器U2的正相输入端和放大器U3的反相输入端连接，且分别连接至母线电压滤波器，放大器U2的输出端连接二极管D3正极，放大器U3的正相输入端连接下限电压，放大器U3的输出端连接二极管D4的正极，二极管D3的负极和二极管D4的负极相连，且连接至端部短路动作执行器、过流信号阻断器，电阻R1一端连接电源，电阻R1另一端连接放大器U2的反相输入端，二极管D1的正极连接放大器U2的反相输入端，二极管D1的负极连接至放大器U2的正相输入端和放大器U3的反相输入端之间连接点，二极管D2的正极连接在放大器U2的正相输入端和放大器U3的反相输入端之间连接点，二极管D2负极连接到放大器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电压前馈的车用永磁同步电机端部短路保护装置，其特征在于：包括母线电压滤波器、电压斜率检测器、电压门限判断器、端部短路动作执行器和硬件过流信号阻断器，所述母线电压滤波器输入端连接在逆变器直流母线上，所述母线电压滤波器的输出端分别与所述电压斜率检测器的输入端、电压门限判断器的输入端相连，所述电压斜率检测器的输出端分别与所述端部短路动作执行器、硬件过流信号阻断器相连，所述电压门限判断器的输出端分别与所述端部短路动作执行器、硬件过流信号阻断器相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于电压前馈的车用永磁同步电机端部短路保护装置，其特征在于：包括母线电压滤波器、电压斜率检测器、电压门限判断器、端部短路动作执行器和硬件过流信号阻断器，所述母线电压滤波器输入端连接在逆变器直流母线上，所述母线电压滤波器的输出端分别与所述电压斜率检测器的输入端、电压门限判断器的输入端相连，所述电压斜率检测器的输出端分别与所述端部短路动作执行器、硬件过流信号阻断器相连，所述电压门限判断器的输出端分别与所述端部短路动作执行器、硬件过流信号阻断器相连。


2.根据权利要求1所述的一种基于电压前馈的车用永磁同步电机端部短路保护装置，其特征是所述端部短路动作执行器包括短路电流检测器、电压判断器和短路执行器，所述短路电流检测器的输入端分别与电压斜率检测器的输出端、电压门限判断器的输出端连接，短路电流检测器的输出端与电压判断器的输入端连接，电压判断器的输出端与短路执行器的输入端连接。


3.根据权利要求2所述的一种基于电压前馈的车用永磁同步电机端部短路保护装置，其特征是所述端部短路动作执行器还包括电机转速检测器，所述电机转速检测器与短路电流检测器连接。


4.根据权利要求1或2所述的一种基于电压前馈的车用永磁同步电机端部短路保护装置，其特征是所述电压斜率检测器包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、电容C1、电流基准U4、反相器U1，MOS管Q1的栅极连接母线电压滤波器，MOS管Q1的源极连接电容C1一端，MOS管Q1的漏极分别连...

【专利技术属性】
技术研发人员：非凡，熊燕飞，刘灿，
申请(专利权)人：浙江零跑科技有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江;33