一种永磁同步电机控制系统及综合保护方法技术方案

本申请提供一种永磁同步电机控制系统及综合保护方法，所述系统包括控制器、功率逆变器、永磁同步电机、位置传感器、电流传感器、电压传感器、温度传感器、开关，其中：功率逆变器、控制器和永磁同步电机相互连接；功率逆变器上设置有温度传感器；永磁同步电机上设置有温度传感器和位置传感器；到功率逆变器的直流母线上设置有电压传感器；到功率逆变器的正直流母线上串联有开关和电流传感器；功率逆变器包括A相桥、B相桥和C相桥。B相桥和C相桥。B相桥和C相桥。

【技术实现步骤摘要】
一种永磁同步电机控制系统及综合保护方法


[0001]本专利技术属于永磁同步电机控制领域，具体为一种永磁同步电机控制系统及综合保护方法。

技术介绍

[0002]永磁同步电机以其高转矩/惯量比、高功率密度、高效率、高可靠性等优点，在数控机床、工业机器人、电动汽车、航天航空等领域得到了广泛应用。随着数字处理器技术、电力电子技术以及传感器技术的快速发展，永磁同步电机控制技术已日趋成熟。永磁同步电机控制系统一般由微处理器、功率逆变器、位置传感器、电流传感器及电机等构成，控制方法以矢量控制和直接转矩控制为主。
[0003]永磁同步电机控制系统一般作为大系统的动力输出部分，其稳定性和可靠性要求较高。在电机启动或运行过程中，由于供电不稳、机械故障、负载突变、器件失效等原因，会造成电机无法启动，运行失稳，严重情况下会造成供电电源损坏，功率逆变器或电机绕组烧毁。若在控制系统运行前和运行中能及时发现异常，并快速采取保护措施，便可以防止故障发生和故障蔓延，从而保持控制系统健康完好，稳定运行。
[0004]现有的永磁同步电机控制系统保护方案大多是针对高电压大功率电机，以过压保护和过流保护为主，保护措施多以在线路中接入成熟的过压保护器和过流保护器，该保护方案需要额外配置硬件资源且保护范围较小。

技术实现思路

[0005]针对上述
技术介绍
，本专利技术提出一种永磁同步电机控制系统及综合保护方法，能够对永磁同步电机控制系统进行全方位全时段保护，提高系统的可靠性和稳定性。
[0006]第一方面，本申请提供一种永磁同步电机控制系统，所述系统包括控制器、功率逆变器、永磁同步电机、位置传感器、电流传感器、电压传感器、温度传感器、开关，其中：功率逆变器、控制器和永磁同步电机相互连接；功率逆变器上设置有温度传感器；永磁同步电机上设置有温度传感器和位置传感器；到功率逆变器的直流母线上设置有电压传感器；到功率逆变器的正直流母线上串联有开关和电流传感器；
[0007]功率逆变器包括A相桥、B相桥和C相桥，其中，所述A相桥包括绝缘栅双极晶体管QA1和QA2；所述B相桥包括绝缘栅双极晶体管QB1和QB2；所述C相桥包括绝缘栅双极晶体管QC1和QC2；其中，永磁同步电机的A相绕组与A相桥连接；永磁同步电机的B相绕组与B相桥连接；永磁同步电机的C相绕组与C相桥连接。
[0008]第二方面，本申请一种永磁同步电机控制系统综合保护方法，所述方法应用于如权利要求1所述的永磁同步电机控制系统，方法包括：
[0009]永磁同步电机控制系统启动前，进行控制器检测、直流母线电压检测、逆变器短路检测保护、功率回路开路检测保护、位置传感器检测和电流传感器检测；
[0010]永磁同步电机控制系统启动过程中，进行过压保护、欠压保护、堵转保护和反转保
护；
[0011]永磁同步电机控制系统运行过程中，进行过压保护、欠压保护、过流保护、过载保护、失速保护、电机超温保护和功率逆变器超温保护。
[0012]具体的，所述逆变器短路检测保护，具体包括：
[0013]读取母线电流和三相电流值，判断母线电流和三相电流值是否为零，若不为零，则立即采取保护措施，切断电源；
[0014]若为零，则控制器依次输出PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6，从而依次开通功率逆变器的QA1、QA2、QB1、QB2、QC1、QC2，并再次判断母线电流和三相电流值是否为零，
[0015]若在绝缘栅双极晶体管开通期间，若不为零，则切断电源，报告逆变器短路故障；若为零，则短路检测结束。
[0016]具体的，功率回路开路检测保护，具体包括：
[0017]控制器依次开通QC1和QB2、QA1和QB2、QA1和QC2、QB1和QC2、QB1和QA2、QC1和QA2；
[0018]在绝缘栅双极晶体管开通期间，读取母线电流值，若母线电流值为零，则切断电源，报告功率回路开路故障；若母线电流值不为零，则功率回路开路检测结束。
[0019]具体的，位置传感器检测，具体包括：
[0020]控制器依次开通QC1和QB2、QA1和QB2、QA1和QC2、QB1和QC2、QB1和QA2、QC1和QA2。
[0021]在绝缘栅双极晶体管开通期间，读取由位置传感器采集的电机转子位置角，判断采集的电机转子位置角与预设期望值是否一致，若不一致，则切断电源，报告位置传感器故障；若一致，则位置传感器检测结束。
[0022]具体的，永磁同步电机的A相绕组通过电流传感器与A相桥连接；永磁同步电机的B相绕组通过电流传感器与B相桥连接；永磁同步电机的C相绕组通过电流传感器与C相桥连接；其中，电流传感器检测，具体包括：
[0023]控制器依次开通QC1和QB2、QA1和QB2、QA1和QC2、QB1和QC2、QB1和QA2、QC1和QA2；
[0024]在绝缘栅双极晶体管开通期间，分别读取三相电流传感器采集的三相电流值，将所述三相电流值加和后判断是否为零，若不为零，则切断电源，报告相电流传感器故障；若为零，则电流传感器检测结束。
[0025]具体的，堵转保护，具体包括：
[0026]根据电机启动特性及系统启动时间要求确定堵转观测时间窗，所述堵转观测窗时间不大于电机启动时间；
[0027]在所述堵转观测时间窗内，读取电机位置角与相电流值，根据所述电机位置角与相电流值，计算电机转速变化率
△
n与电流有效值Irms；
[0028]在所述堵转观测时间窗内，若
△
n小于预设
△
n阈值，且Irms大于预设Irms阈值，则判别为堵转，堵转计数加1；
[0029]在所述堵转观测时间窗内，若堵转次数大于堵转次数阈值，则判别为电机堵转，切断PWM驱动输出，切断电源，报告电机堵转故障；若堵转次数小于堵转次数阈值，则堵转保护检测结束。
[0030]具体的，反转保护，具体包括：
[0031]根据电机启动特性及系统启动时间要求确定反转观测时间窗，所述反转观测窗时间不大于电机启动时间；
[0032]在反转观测窗内，读取电机位置角度θ，并计算电机转子角度变化值
△
θ；
[0033]若
△
θ小于零，则判为反转，反转计数加1；
[0034]在反转观测窗内，若反转计数大于反转计数阈值，则判别为电机反转，切断PWM驱动输出，切断电源，报告电机反转故障；若反转次数小于反转计数阈值，则反转保护检测结束。
[0035]具体的，过流或过载保护，包括：
[0036]实时监控电机相电流，并计算电机相电流的有效值Irms；
[0037]若Irms大于过载阈值或过流阈值，则判定电机发生了过载或过流，根据Irms值，确定过载或过流保护时限，开始过载计数或过流计数；
[0038]若在保护时限内，过载次数或过流次数大于观测总次数的1/2，则判定为电机过载或过流，控制器切断PW本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种永磁同步电机控制系统，其特征在于，所述系统包括控制器、功率逆变器、永磁同步电机、位置传感器、电流传感器、电压传感器、温度传感器、开关，其中：功率逆变器、控制器和永磁同步电机相互连接；功率逆变器上设置有温度传感器；永磁同步电机上设置有温度传感器和位置传感器；到功率逆变器的直流母线上设置有电压传感器；到功率逆变器的正直流母线上串联有开关和电流传感器；功率逆变器包括A相桥、B相桥和C相桥，其中，所述A相桥包括绝缘栅双极晶体管QA1和QA2；所述B相桥包括绝缘栅双极晶体管QB1和QB2；所述C相桥包括绝缘栅双极晶体管QC1和QC2；其中，永磁同步电机的A相绕组与A相桥连接；永磁同步电机的B相绕组与B相桥连接；永磁同步电机的C相绕组与C相桥连接。2.一种永磁同步电机控制系统综合保护方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的永磁同步电机控制系统，方法包括：永磁同步电机控制系统启动前，进行控制器检测、直流母线电压检测、逆变器短路检测保护、功率回路开路检测保护、位置传感器检测和电流传感器检测；永磁同步电机控制系统启动过程中，进行过压保护、欠压保护、堵转保护和反转保护；永磁同步电机控制系统运行过程中，进行过压保护、欠压保护、过流保护、过载保护、失速保护、电机超温保护和功率逆变器超温保护。3.根据权利要2所述的方法，其特征在于，所述逆变器短路检测保护，具体包括：读取母线电流和三相电流值，判断母线电流和三相电流值是否为零，若不为零，则立即采取保护措施，切断电源；若为零，则控制器依次输出PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6，从而依次开通功率逆变器的QA1、QA2、QB1、QB2、QC1、QC2，并再次判断母线电流和三相电流值是否为零，若在绝缘栅双极晶体管开通期间，若不为零，则切断电源，报告逆变器短路故障；若为零，则短路检测结束。4.根据权利要2所述的方法，其特征在于，功率回路开路检测保护，具体包括：控制器依次开通QC1和QB2、QA1和QB2、QA1和QC2、QB1和QC2、QB1和QA2、QC1和QA2；在绝缘栅双极晶体管开通期间，读取母线电流值，若母线电流值为零，则切断电源，报告功率回路开路故障；若母线电流值不为零，则功率回路开路检测结束。5.根据权利要2所述的方法，其特征在于，位置传感器检测，具体包括：控制器依次开通QC1和QB2、QA1和QB2、QA1和QC2、QB1和QC2、QB1和QA2、QC1和QA2。在绝缘栅双极晶体管开通期间，读取由位置传感器采集的电机转子位置角，判断采集的电机转子位置角与预设期望值是否一致，若不一致，则切断电源，报告位置传感器故障；若一致，则位置传感器检测结束。6.根据权利要2所述的方法，其特征在于，永磁同步电机的A相绕组通过电流传感器与A相桥连接；永磁同步电机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马子飞，王炳文，薛一哲，李亚锋，马小博，王昭，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：