CN103346712B - 一种在线估算低速电流斩波控制模式中开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法 - Google Patents
一种在线估算低速电流斩波控制模式中开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种在线估算低速电流斩波控制模式下开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法，该方法可以实时估算开关磁阻电机控制器下续流管温度，解决开关磁阻电机控制器长时间低速电流斩波控制（CCC）模式下运行而导致下续流管热电击穿的问题。本发明利用CPU内置的温度传感器得到控制器的初始温度，利用开关磁阻电机低速电流斩波控制模式下控制器下续流管温度同电流一个周期内的斩波次数、斩波占空比和时间的关系拟合出温度-时间公式，利用该公式实现对低速电流斩波控制下开关磁阻电机控制器下续流管温度的实时在线估算。本发明的特点无需硬件电路辅助，应用成本低廉，实时性好，温度误差较小，易于实现。
Description
技术领域
本发明的技术方案属于电机控制领域，该技术方案能够不需额外使用温度传感器的情况下估算出低速电流斩波控制模式下开关磁阻电机控制器下续流管温度，为下续流管温度保护提供了解决依据。
背景技术
开关磁阻电动机是80年代初随着电力电子、微电脑和控制技术的迅猛发展而发展起来的一种新型调速驱动***，具有结构简单、运行可靠及效率高等突出特点，成为交流电动机调速***、直流电动机调速***和无刷直流电动机调速***的强有力的竞争者，引起各国学者和企业界的广泛关注。
不对称半桥电路(如图3所示)是开关磁阻电机驱动电路的一种典型电路拓扑结构，由于下续流管在整个电路中功耗最大，在长时间低速电流斩波控制模式下运行最容易产生热电击穿的问题，因此，需要根据下续流管的实时温度对其进行保护。
但是，如何获得下续流管实时温度是一个极具挑战性的任务。目前的温度保护通常都采用温度传感器或温度检测电路来进行，但是由于温度从下续流管传递到温度传感器通常又会存在5秒钟左右的延时，同时，在低速电流斩波控制模式下，下续流管1秒以内的温升最多能到10℃以上。这就使得采用硬件电路检测温度的实时性不能够保证。
发明内容
本发明针对如上所述的开关磁阻电机控制器低速电流斩波控制模式下温度检测的技术问题，提出了一种在线估算低速电流斩波控制模式下开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法，能够解决开关磁阻电机控制器长时间低速电流斩波控制模式下运行而导致下续流管热电击穿的问题。
本发明提出的在线估算低速电流斩波控制模式下开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法，其特征在于：首先根据电机的当前转速判断是否进入了低速电流斩波控制模式，若没有进入低速电流斩波控制模式，则不执行任何操作，直至下个运算周期继续检测；若上述判断为进入了低速电流斩波控制模式，则温度计算开始，记录低速电流斩波控制模式的持续时间t，同时读取微处理器CPU内部温度传感器，记录刚进入低速斩波电流模式时的初始温度值T0，同时对斩波电流进行检测，设置斩波次数初始值为0，当相电流达到斩波上限时依次加1，直至开通区间结束，得到用于公式运算的斩波次数N，将斩波下降的时间除以斩波的周期时间，可以计算得到斩波占空比D，计时器在刚进入低速斩波电流模式时开始计时，以后每次进入中断递加50ms，用以获得进入低速电流斩波控制模式的总时间t，根据拟合公式对下续流管实时温度进行计算，当计算得到的温度达到触发过续流管温度保护的临界温度时，触发温度保护控制程序。
所述拟合公式为：T＝T0+A×N×D×t+B，上式中T0为初始温度；N为斩波次数；D为斩波占空比；t为低速电流斩波控制模式的持续时间；系数A和B分别由拟合得到。
在电机进入低速电流斩波控制模式时利用CPU内置温度传感器对温度进行检测，以作为下续流管初始温度(T0)进行记录。
所述方法在电机进入低速电流斩波控制模式时利用程序中对相电流进行检测，得到相电流在一个周期内的斩波次数(N)和斩波近似占空比(D)，CPU定时器记录进入低速电流斩波控制模式的时间(t)，并带入下续流管温度拟合公式中，计算得到开关磁阻电机控制器下续流管实时温度(T)。
***在刚进入低速电流斩波控制模式时首先通过CPU内置的温度传感器检测下续流管初始温度(T0)，之后通过检测相电流得到计算温度所需的数据。计算温度所需数据包括：相电流在一周期内的斩波次数(N)；相电流斩波的占空比(D)；CPU定时器记录进入低速电流斩波控制模式的时间(t)；CPU内置的温度传感器检测下续流管初始温度(T0)。
本发明所给出的在线估算低速电流斩波控制模式下开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法，通过一周期内相电流的斩波次数(N)和斩波占空比(D)来对控制器下续流管实时温度进行估算，温度获取的实时、准确，数据能够用于对下续流管的温度保护；同时，本发明技术方案的结构清晰，更易于实现。
附图说明
图1是本发明的在线估算低速电流斩波控制模式下开关磁阻电机控制器下续流管温度方法的运作流程图；
图2是开关磁阻电机控制***结构图；
图3是开关磁阻电机控制器所采用的不对称半桥电路结构图；
图4是开关磁阻电机控制器下续流管温度同速度的关系曲线图；
图5是开关磁阻电机控制器看下续流管温度同时间的关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例详细说明本发明提供的具体方法和运行过程。将在线估算低速电流斩波控制模式下开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法运用到开关磁阻电机控制器中，使得当下续流管温度高于危险值时能够及时采取相应的保护措施，防止下续流管热电击穿导致的控制器损坏，而本发明提供的方法完全能够适用于这种对实时性要求严格的场合。
以此为例介绍本发明的在线估算低速电流斩波控制模式下开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法。图2所示为本发明的开关磁阻电机控制***结构图，微处理器CPU1采用STM32F103B作为主控芯片，通过通用输入/输出模块GPIO11接收输入信号5，通过GPIO11输出控制信号至功率变换器2，功率变换器2采用不对称半桥结构，对开关磁阻电机6进行控制，电流检测4采用康铜丝作为采样电阻，检测开关磁阻电机6的三相相电流信号，并输出电压信号至微处理器CPU1的模数转换模块AD13，位置检测4采用脉冲式霍尔元件，检测开关磁阻电机6的转子位置，并输出至微处理器CPU1的定制器模块TIM12。
为了实施本发明的在线估算低速电流斩波控制模式下开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法，首先需要测试该模式下控制器下续流管温度同速度的关系曲线。开关磁阻电机控制器采用图4所示的不对称半桥电路结构，相电流在工作过程中分为导通、续流和回流三个阶段。在导通阶段，上MOS管和下MOS均为开通状态，相电流从电源正极开始，经上MOS管、电机绕组、下MOS管流向电源负极；在续流阶段，上MOS管关闭，下MOS管开通，相电流处于电机绕组、下MOS管和下续流管的回路内；在回流阶段，相电流经下续流管、电机绕组和上续流管反馈给电源。由于在续流和回流阶段，相电流都需要通过下续流管，对续流管温度的研究需要对这两个过程。在低速电流斩波控制模式下，电流波形如图3所示。相电流首先从0开始上升，此时处于导通阶段，直到相电流达到斩波上限，此时上MOS管关闭，相电流处于续流阶段，电流开始下降，当电流减小到斩波下限时，上MOS管重新开通，相电流再次处于导通阶段，如此循环，直至开通区间结束，上、下MOS同时关闭，进入回流阶段，电流逐渐减小到0。由于在低速电流斩波控制模式下，相电流在回流阶段均由斩波限开始下降，直至为0，这一段时间基本固定，回流阶段续流管的温升也就固定，因此，续流阶段对于温升估算具有决定性的作用，因此，单位时间内温升同每一周期内相电流斩波次数和斩波占空比存在一定的对应关系，由此可以拟合出控制器下续流管的温度-时间关系式，所述温度-时间关系式可表示为：
T＝T0+A×N×D×t+B
上式中：T0为初始温度；
N为斩波次数；
D为斩波占空比；
t为低速电流斩波控制模式的持续时间；
系数A和B分别由拟合得到；
由此可以得到如图5所示的温度随时间上升的曲线。
控制器在50ms定时器中断内执行图1中的步骤，首先根据电机的当前转速判断是否进入了低速电流斩波控制模式(步骤11)，若没有进入低速电流斩波控制模式，则不执行任何操作，直至下个运算周期继续检测；若进入了低速电流斩波控制模式，则温度计算开始(步骤12)，记录低速电流斩波控制模式的持续时间t。同时读取微处理器CPU内部温度传感器，记录刚进入低速斩波电流模式时的初始温度值T0(步骤13)，同时对斩波电流进行检测(步骤14)，斩波电流如图3所示，设置斩波次数初始值为0，当相电流达到斩波上限时依次加1，直至开通区间结束，可以得到用于公式运算的斩波次数N(步骤15)，将斩波下降的时间除以斩波的周期时间，可以计算得到斩波占空比D(步骤16)。计时器在刚进入低速斩波电流模式时开始计时(步骤18)，以后每次进入中断递加50ms，用以获得进入低速电流斩波控制模式的总时间t，根据拟合公式对下续流管实时温度进行计算(步骤17)。当计算得到的温度达到触发过续流管温度保护的临界温度时，触发温度保护控制程序，以防止续流管热击穿损坏。
本发明提到的在线估算低速电流斩波控制模式下开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法，通过一周期内相电流的斩波次数(N)和斩波占空比(D)来对控制器下续流管实时温度进行估算，温度获取的实时、准确，数据能够用于对下续流管的温度保护。同时，本发明的结构清晰，易于实现。
以上借助实施例描述了本发明的具体实施方式，但是应该理解的是，前述具体的描述不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例作出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。
Claims (1)
1.一种在线估算低速电流斩波控制模式中开关磁阻电机控制器下续流管温度的方法，其特征在于：首先根据电机的当前转速判断是否进入了低速电流斩波控制模式，若没有进入低速电流斩波控制模式，则不执行任何操作，直至下个运算周期继续检测；若上述判断为进入了低速电流斩波控制模式，则温度计算开始，记录低速电流斩波控制模式的持续时间t，同时读取微处理器CPU内部温度传感器，记录刚进入低速斩波电流模式时的初始温度值T0，同时对斩波电流进行检测，设置斩波次数初始值为0，当相电流达到斩波上限时依次加1，直至开通区间结束，得到用于公式运算的斩波次数N，将斩波下降的时间除以斩波的周期时间，可以计算得到斩波占空比D，计时器在刚进入低速斩波电流模式时开始计时，以后每次进入中断递加50ms，用以获得进入低速电流斩波控制模式的总时间t，根据下列拟合公式对下续流管实时温度进行计算，当计算得到的温度达到触发过续流管温度保护的临界温度时，触发温度保护控制程序，该拟合公式为T＝T0+A×N×D×t+B，上式中：T0为初始温度；N为斩波次数；D为斩波占空比；t为低速电流斩波控制模式的持续时间；系数A和B分别由拟合得到。
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