检测场定向控制永磁同步电机中的故障制造技术

本申请涉及检测场定向控制永磁同步电机中的故障。在所描述的示例中，系统(200)包括比例积分微分(PID)调节器(203)。系统(200)还包括故障检测单元(214)，用于从PID调节器(203)接收至少两个输出。所述至少两个输出包括至少两个转子参考系(D‑Q)电流。故障检测单元(214)还用于基于至少两个转子参考系电流生成检测信号。检测信号基于至少两个转子参考系D‑Q电流中的每一个的振幅幅度的故障检测信号振幅值识别故障。故障检测单元(214)用于基于故障检测信号振幅值和振幅阈值之间的比较来识别永磁马达故障的存在。进一步地，故障定位特征用于定位故障。

【技术实现步骤摘要】
检测场定向控制永磁同步电机中的故障本申请是2015年10月7日提交的名称为“检测场定向控制永磁同步电机中的故障”的中国专利申请201580054183.8的分案申请。
本公开一般涉及电子电路，并且更具体地涉及用于检测场定向控制(FOC)永磁同步电机(PMSM)和驱动中的故障的方法和电路。
技术介绍
电机被用于一系列应用中，包括工业应用、家用电器、汽车牵引、泵和风扇以及航空航天应用。这些应用中的大多数需要机器和任何关联驱动系统的安全和可靠的操作。电机中的故障可由于许多原因而发生，包括机械振动、热循环、热冲击、制造缺陷和不当的维护。检测电机故障可以防止对机器、驱动电子器件、人员和其他设备造成损害。
技术实现思路
在第一示例中，系统包括比例积分微分(PID)调节器。系统还包括故障检测单元。故障检测单元用于从PID调节器接收至少两个输出。至少两个输出包括至少两个转子参考系电流(D-Q电流)。故障检测单元还用于确定所述至少两个转子参考系电流中的每一个的振幅幅度。故障检测单元还用于基于所述至少两个转子参考系电流生成检测信号。检测信号基于至少两个转子参考系电流中的每一个的振幅幅度来识别单振幅幅度值。故障检测单元用于基于故障检测信号幅度值与预定义阈值之间的比较来识别永磁马达/驱动故障的存在。在第二示例中，故障检测单元包括阈值检测器，用于从比例积分微分(PID)调节器接收至少两个输出，并且用于确定至少两个转子参考系电流中的每一个的振幅幅度。所述至少两个输出包括至少两个转子参考系电流。故障检测单元还包括检测信号生成单元，用于基于所述至少两个转子参考系电流生成检测信号。检测信号基于至少两个转子参考系电流中的每一个的振幅幅度来识别单振幅幅度值。故障检测单元还包括比较器，用于将信号幅度值与预设的阈值进行比较，以识别永磁马达故障的存在。在第三示例中，方法包括从比例积分微分(PID)调节器接收至少两个输出，以及确定所述至少两个转子参考系电流中的每一个的振幅幅度。所述至少两个输出包括至少两个转子参考系电流。方法还包括确定所述至少两个转子参考系电流中的每一个的振幅幅度。方法还包括基于所述至少两个转子参考系电流生成检测信号。检测信号基于至少两个转子参考系电流中的每一个的信号的幅度值识别故障。方法包括基于信号振幅值和预设阈值之间的比较来识别永磁马达/驱动故障的存在。附图说明图1是根据本公开的具有场定向控制(FOC)永磁同步电机(PMSM)的系统的示例方框图。图2是根据本公开用于检测FOCPMSM电机和驱动中的故障的系统的示例方框图。图3A是根据本公开的D-Q电流特征(转子参考系电流特征)的示例框图。图3B是根据本公开的相电流特征的示例框图。图4是根据本公开的故障检测单元的示例方框图。图5是根据本公开的示例故障检测方法的流程图。具体实施方式由于功率密度、效率增益和控制算法的简单性，永磁同步电机(PMSM)被越来越多地应用。场定向控制(FOC)是由于简单性而应用于PMSM的控制的一种控制算法。下面列出了可发生在PMSM驱动系统中的一些典型故障。表1：PMSM电机驱动系统失效模式机器故障驱动故障轴承失效开关失效绕组失效(相内)单腿失效绕组失效(相间)多相失效磁体失效开关短路到相开相故障开关短路到接地旋转PMSM中的绕组短路实质上是在磁场中旋转的导体的回路。导体回路随着电压在低电阻路径中产生电流流动而感应引起。超过绕组额定电流的电流可以在导体的回路中流通，即使在低电阻引起的低速下。超过绕组的额定电流可导致机器过热，并且可导致潜在的有害环境。立即检测到绕组故障将防止对机器、驱动电子器件、人员和其他设备造成损害。图1是根据本公开的具有场定向控制(FOC)永磁同步电机(PMSM)的系统100的示例方框图。如图1所示，系统100包括转子参考系电流调节方案和Idq到Vdq转换器单元102(下文称为RC单元102)、转子参考系电压形式(Vdq)到相电压形式(Vabcs)变换单元101(下文称为线路电压到相电压变换单元101)、脉冲宽度调制(PWM)生成单元108、逆变器104、永磁马达106、DC电机或用于加载的任何机构107(下文称为机器107)和比例积分微分(PID)调节器103。PID调节器103包括误差计算单元110。系统还包括克拉克和帕克(CP)变换单元112。RC单元102接收两个线路电流形式(Idq)，并将两个线路电流形式转换为两个转子参考系电压形式(Vdq)。RC单元102将两个转子参考系电压形式传输到单元101。单元101将两个转子参考系电压形式转换为相电压形式(Vabcs)。相电压形式被提供给PWM生成单元108。PWM生成单元108基于调制器信号信息来控制脉冲的宽度，形式上控制脉冲持续时间。逆变器104从PMW生成单元108接收相电压形式，并将直流(DC)功率转换成交流(AC)功率。在该示例中，逆变器104表示将DC功率转换为提供给马达106的三相AC功率的三相逆变器。逆变器104包括用于将功率从DC形式转换成AC形式的任何合适的结构。例如，逆变器104可以包括使用脉宽调制(PWM)信号驱动的一个或更多个晶体管开关。马达106表示使用逆变器104提供的电压操作的永磁马达。马达106包括具有嵌入或连接到转子的磁体的转子。马达106还包括具有多个齿的定子，导电绕组围绕所述多个齿缠绕。基于来自逆变器104的信号选择性地对绕组进行通电和断电，这产生使转子旋转的旋转磁场。马达106驱动机器107。马达可以用例如驱动轴和一个或更多个齿轮驱动机器107。系统100还包括比例积分微分(PID)调节器103。在一个实施例中，PID调节器103是比例积分(PI)调节器。控制器包括具有误差计算单元110和克拉克和帕克(CP)变换单元112的PID调节器103。CP变换单元112在定子参考系中接收来自逆变器104的平衡三相AC电流，将定子系中的平衡三相AC电流转换成转子参考系中的两个电流(Iq和Id，Q和D轴电流)。CP变换单元112将两个线路电流传输到误差计算单元110。误差计算单元110调整被随后馈送到RC单元102的两个线路电流。RC单元102、单元101和PWM生成单元108一起控制逆变器104的操作，从而控制马达106的操作。例如，PWM生成单元108生成PWM信号，其驱动逆变器104中的晶体管开关。通过控制PWM信号的占空比，PWM生成单元108控制由逆变器104提供给马达106的三相电压。在该示例中，RC单元102接收作为输入的命令速度信号ω*，其识别马达106的期望速度。RC单元102还从PID调节器103接收作为输入的反馈，其中反馈识别所估计的马达速度、转子位置或马达106的其他特性(一个或更多个其他本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n比例积分微分调节器电路即PID调节器电路，其具有适于耦合到永磁马达的第一转子参考系电流输出和第二转子参考系电流输出；以及/n故障检测电路，其包括阈值检测器电路、信号检测器以及比较器；/n所述阈值检测器电路具有：分别耦合到所述第一转子参考系电流输出和第二转子参考系电流输出的第一输入和第二输入；以及振幅幅度输出；/n所述信号检测器具有：耦合到所述振幅幅度输出的输入；以及检测输出；/n所述比较器具有：耦合到所述检测输出的第一输入；耦合到振幅阈值节点的第二输入；以及比较器输出；/n所述比较器被配置为比较所述检测输出处的信号和所述振幅阈值节点处的信号；以及响应于所述比较，在所述比较器输出处输出比较信号，所述比较信号指示所述永磁马达的定子绕组中是否存在故障；/n在所述第一转子参考系电流输出处的具有D轴电流值的信号，以及在所述第二转子参考系电流输出处的具有Q轴电流值的信号：以及/n在所述检测输出处的所述信号，其具有等于所述D轴电流和所述Q轴电流的幅度之和除以所述D轴电流的幅度的值。/n

【技术特征摘要】
20141007 US 14/508,8401.一种系统，包括：
比例积分微分调节器电路即PID调节器电路，其具有适于耦合到永磁马达的第一转子参考系电流输出和第二转子参考系电流输出；以及
故障检测电路，其包括阈值检测器电路、信号检测器以及比较器；
所述阈值检测器电路具有：分别耦合到所述第一转子参考系电流输出和第二转子参考系电流输出的第一输入和第二输入；以及振幅幅度输出；
所述信号检测器具有：耦合到所述振幅幅度输出的输入；以及检测输出；
所述比较器具有：耦合到所述检测输出的第一输入；耦合到振幅阈值节点的第二输入；以及比较器输出；
所述比较器被配置为比较所述检测输出处的信号和所述振幅阈值节点处的信号；以及响应于所述比较，在所述比较器输出处输出比较信号，所述比较信号指示所述永磁马达的定子绕组中是否存在故障；
在所述第一转子参考系电流输出处的具有D轴电流值的信号，以及在所述第二转子参考系电流输出处的具有Q轴电流值的信号：以及
在所述检测输出处的所述信号，其具有等于所述D轴电流和所述Q轴电流的幅度之和除以所述D轴电流的幅度的值。


2.根据权利要求1所述的系统，其中在所述检测输出处的所述信号具有单振幅幅度值。


3.根据权利要求1所述的系统，其中所述故障检测电路包括故障计数器，其具有耦合到所述比较器输出的输入，所述故障计数器被配置用于对其中所述比较信号指示所述故障存在的实例的数量进行计数。


4.根据权利要求3所述的系统，其中所述故障检测电路被配置为响应于所述故障计数器计数的所述实例的至少特定数量，验证所述故障。


5.根据权利要求1所述的系统，其中所述故障检测电路被配置为：在特定数量的其中所述比较信号指示所述故障存在的实例之后，从所述第一转子参考系电流输出和第二转子参考系电流输出导出三相参考系电流，并基于所述三相定子参考系电流确定驱动故障类型。


6.根据权利要求5所述的系统，其中所述驱动故障类型包括以下项中的至少一个：开关失效故障、单腿失效、多相失效、开关断开故障、开关短路到相故障以及开关短路到接地故障。


7.根据权利要求5所述的系统，其中所述故障检测电路被配置用于基于所述驱动故障类型识别永磁马达故障类型，并且所述永磁马达故障类型包括轴承失效、相内绕组失效、相间绕组失效、磁体失效或开相故障中的至少一个。


8.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·S·克虏伯，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US