CN110994557A - 一种pmsm电机缺相检测方法及保护机制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PMSM电机缺相检测方法及保护机制，其特征在于：预先设定PMSM电机缺相比较的电流阀值，准备好带处理器芯片MCU和电流传感器的检测装置；开动PMSM电机并使该PMSM电机处于正常运转或低速运转，实时采样PMSM电机的三相交流电流；将前述实时采样的PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值，即取三相交流电流的绝对值，然后实时进行低通滤波处理，将所述的三相交流信号转换成直流信号；将转换得到的三相直流信号与所述电流阀值作比较，当所述三相直流电流值大于所述电流阀值时，确定该相为缺相状态，否则确定该相为正常状态；当检测确认了PMSM电机存在缺相的状态后，置位缺相标志位并触发一个缺相计时器，对缺相状态进行计时。具有缺相保护响应时间短的特点。

Description

一种PMSM电机缺相检测方法及保护机制

技术领域

本发明涉及一种PMSM电机缺相检测方法及保护机制，适用于PMSM电机检测及控制。属于电机检测及控制技术领域。

背景技术

由于PMSM电机的高效、静音、节能等固有的特性，因此PMSM电机已经广泛应用在工业、汽车、家电等行业中，这对PMSM电机的驱动及其安全性提出了更高的要求。要求各种保护机制实时响应，可靠运行。其中判断PMSM电机是否缺相是其中一项保护机制重要指标。

现有技术中，对于PMSM电机的缺相检测，大多是采用电机运转过程中检测，方法1是通过在一段时间内采样其中一相的电流进行积分，通过判断积分值是否为0确定有没有缺相。方法2是通过分别采样三相电流的值，分别计算出一段时间内的最大电流值，然后作比较，只要它们差值超过一个设定的阀值时，就判断为缺相。所述的方法1、方法2二种缺相检测方法，都需要在采样一定的时间后才能进行处理，这个时间与电机的转速有关，很难准确掌握，容易造成采样的时间段取小或取大了。方法1是单相电流积分法，其采样的时间段要求刚好等于电机当时运行的周期，采样的时间段有比较严格的要求，存在积分值难以满足检测判断要求、检测及判断准确性较低、效果较差等问题。方法2是三相电流比较法，因为要取电机最小运行速度时的周期为采样的时间段，所以需要覆盖电机的整个运行周期；存在采样时间长、影响缺相保护的响应时间、容易造成缺相保护失效、安全系数低。

发明内容

本发明的目的之一，是为了解决现有技术单相电流积分法存在检测及判断准确性较低、效果较差及三相电流比较法存在采样时间长、容易造成缺相保护失效、安全系数低等问题，提供一种PMSM电机缺相检测方法，具有缺相保护响应时间短、检测及判断准确性高和安全系数高等突出的实质性特点和显著进步。

本发明的目的之二，是为了提供一种PMSM电机缺相保护机制，以增强保护机制的可靠性。

本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：

一种PMSM电机缺相检测方法，其特征在于：

1)预先设定PMSM电机缺相比较的电流阀值，准备好带处理器芯片MCU和电流传感器的检测装置；开动PMSM电机并使该PMSM电机处于正常运转或低速运转，实时采样PMSM电机的三相交流电流；

2)将前述实时采样的PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值，即取三相交流电流的绝对值，然后实时进行低通滤波处理，将所述的三相交流信号转换成直流信号；

3)将转换得到的三相直流信号与所述电流阀值作比较，当所述三相直流电流值大于所述电流阀值时，确定该相为缺相状态，否则当所述三相直流电流值小队于所述电流阀值时，确定该相为正常状态。

本发明的目的之一还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，第1)点中，在电机运行的整个过程中，利用处理器芯片MCU实时采样PMSM电机的三相电流I_u、I_v、I_w，连接在处理器芯片MCU信号输入端的AD采样模块将电流传感器输出的实时电流采样三相交流电流I_u、I_v、I_w转换成直流电流信号输入处理器芯片MCU；所述并且所述三相电流在相位上相差120度电气角，即

I_u＝I*sin(θ)

I_v＝I*sin(θ-120)

I_w＝I*sin(θ-240)；

式中，I为PMSM电机的三相电流额定值。

进一步地，第2)点中，将PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值后，对所述三相电流值取绝对值，将下半部的负值转换成正值，并保存到I_{u_abs},I_{v_abs},I_{w_abs}三个变量中；然后对I_{u_abs},I_{v_abs},I_{w_abs}进行低通滤波处理，将信号转换成直流信号，并保存到I_{u_flt},I_{v_flt},I_{w_flt}三个变量中。

进一步地，在设定PMSM电机缺相比较的电流阀值时，将计算低通滤波后的的三相电流值的平均值，并保存到I_avg中，I_avg的表达式为I_avg＝(I_{u_flt}+I_{v_flt}+I_{w_flt})/3；将PMSM电机缺相比较的电流阀值设定为I_avg/2保存到I_th中。

进一步地，所述PMSM电机缺相比较的电流阀值可根据电机的负载设定。

本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：

一种PMSM电机缺相保护机制，其特征在于：采用PMSM电机缺相检测方法判断确认电机是否缺相，当检测确认了PMSM电机存在缺相的状态后，置位缺相标志位并触发一个缺相计时器，对缺相状态进行计时，当计时时间到了预设的时间，则触发保护PMSM电机的动作，关闭电机运转；如果在计时时间内，PMSM电机缺相状态已经恢复，则需要复位缺相计时器；以开始下一次的缺相检测。

本发明的目的之二还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，所述PMSM电机缺相检测方法，包括：

1)预先设定PMSM电机缺相比较的电流阀值，准备好带处理器芯片MCU和电流传感器的检测装置；开动PMSM电机并使该PMSM电机处于正常运转或低速运转，实时采样PMSM电机的三相交流电流；

2)将前述实时采样的PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值，即取三相交流电流的绝对值，然后实时进行低通滤波处理，将所述的三相交流信号转换成直流信号；

3)将转换得到的三相直流信号与所述电流阀值作比较，当所述三相直流电流值大于所述电流阀值时，确定该相为缺相状态，否则当所述三相直流电流值小队于所述电流阀值时，确定该相为正常状态；

4)将滤波后的三相电流值I_{u_flt}、I_{v_flt}、I_{w_flt}与阀值I_th进行比较，以U相为例说明缺相检测的保护机制；如果I_{u_flt}<I_th,则置位缺相标志，并进行计时，如果计时时间超过了50ms，则进行触发缺相保护，关闭电机，复位缺相标志和缺相计时器。如果在50ms内，I_{u_flt}>＝I_th,则说明缺相故障已经不存在，则要复位缺相标志和缺相计时器；其它两相的操作原理和U相一样。

本发明具有如下突出的实质性特点和显著技术进步：

1、本发明涉及的PMSM电机缺相检测方法，通过预先设定PMSM电机缺相比较的电流阀值，实时采样PMSM电机的三相交流电流；将前述实时采样的PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值，即取三相交流电流的绝对值，然后实时进行低通滤波处理，将所述的三相交流信号转换成直流信号；将转换得到的三相直流信号与所述电流阀值作比较，当所述三相直流电流值大于所述电流阀值时，确定该相为缺相状态，否则当所述三相直流电流值小队于所述电流阀值时，确定该相为正常状态；因此能够解决现有技术单相电流积分法存在检测及判断准确性较低、效果较差及三相电流比较法存在采样时间长、容易造成缺相保护失效、安全系数低等问题，具有缺相保护响应时间短、检测及判断准确性高和安全系数高等突出的实质性特点和显著进步

2、本发明涉及的PMSM电机缺相保护机制，通过采用PMSM电机缺相检测方法判断确认电机是否缺相，当检测确认了PMSM电机存在缺相的状态后，置位缺相标志位并触发一个缺相计时器，对缺相状态进行计时，当计时时间到了预设的时间，则触发保护PMSM电机的动作，关闭电机运转；如果在计时时间内，PMSM电机缺相状态已经恢复，则需要复位缺相计时器；以开始下一次的缺相检测；因此可以明显提升缺相保护的实时性和准确性，增加PMSM电机运行的可靠性，减少由于缺相检测失效造成的安全隐患。

3、本发明具有成本低、可靠性高等突出的实质性特点和显著进步。

附图说明

图1是本发明的缺相检测方法的原理框图。

图2是本发明的缺相保护机制的原理框图。

图3是本发明一个具体实施例的实现方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

具体实施例1

参见图1、图3，本实施例涉及的PMSM电机缺相检测方法，其特征在于：

1)预先设定PMSM电机缺相比较的电流阀值，准备好带处理器芯片MCU和电流传感器的检测装置；开动PMSM电机并使该PMSM电机处于正常运转或低速运转，实时采样PMSM电机的三相交流电流；

2)将前述实时采样的PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值，即取三相交流电流的绝对值，然后实时进行低通滤波处理，将所述的三相交流信号转换成直流信号；

3)将转换得到的三相直流信号与所述电流阀值作比较，当所述三相直流电流值大于所述电流阀值时，确定该相为缺相状态，否则当所述三相直流电流值小队于所述电流阀值时，确定该相为正常状态。

本实施例中：

在电机运行的整个过程中，利用处理器芯片MCU实时采样PMSM电机的三相电流I_u、I_v、I_w，连接在处理器芯片MCU信号输入端的AD采样模块将电流传感器输出的实时电流采样三相交流电流I_u、I_v、I_w转换成直流电流信号输入处理器芯片MCU；所述并且所述三相电流在相位上相差120度电气角，即

I_u＝I*sin(θ)

I_v＝I*sin(θ-120)

I_w＝I*sin(θ-240)；

式中，I为PMSM电机的三相电流额定值。

将PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值后，对所述三相电流值取绝对值，将下半部的负值转换成正值，并保存到I_{u_abs},I_{v_abs},I_{w_abs}三个变量中；然后对I_{u_abs},I_{v_abs},I_{w_abs}进行低通滤波处理，将信号转换成直流信号，并保存到I_{u_flt},I_{v_flt},I_{w_flt}三个变量中。

参照图2-图3，本发明涉及的PMSM电机缺相保护机制，采用PMSM电机缺相检测方法判断确认电机是否缺相，当检测确认了PMSM电机存在缺相的状态后，置位缺相标志位并触发一个缺相计时器，对缺相状态进行计时，当计时时间到了预设的时间，则触发保护PMSM电机的动作，关闭电机运转；如果在计时时间内，PMSM电机缺相状态已经恢复，则需要复位缺相计时器；以开始下一次的缺相检测。

所述PMSM电机缺相检测方法，包括：

1)预先设定PMSM电机缺相比较的电流阀值，准备好带处理器芯片MCU和电流传感器的检测装置；开动PMSM电机并使该PMSM电机处于正常运转或低速运转，实时采样PMSM电机的三相交流电流；

2)将前述实时采样的PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值，即取三相交流电流的绝对值，然后实时进行低通滤波处理，将所述的三相交流信号转换成直流信号；

3)将转换得到的三相直流信号与所述电流阀值作比较，当所述三相直流电流值大于所述电流阀值时，确定该相为缺相状态，否则当所述三相直流电流值小队于所述电流阀值时，确定该相为正常状态；

4)将滤波后的三相电流值I_{u_flt}、I_{v_flt}、I_{w_flt}与阀值I_th进行比较，以U相为例说明缺相检测的保护机制；如果I_{u_flt}<I_th,则置位缺相标志，并进行计时，如果计时时间超过了50ms，则进行触发缺相保护，关闭电机，复位缺相标志和缺相计时器。如果在50ms内，I_{u_flt}>＝I_th,则说明缺相故障已经不存在，则要复位缺相标志和缺相计时器；其它两相的操作原理和U相一样。

本实施例中：

可以设定电流阀值为10ma并保存在I_th中，PMSM电机的三相电流额定值I为10ma，当实时采样PMSM电机的三相电流I_u、I_v、I_w各为8ma时，即三相电流值取绝对值各为16ma并分别保存到I_{u_abs},I_{v_abs},I_{w_abs}三个变量中；然后对I_{u_abs},I_{v_abs},I_{w_abs}进行低通滤波处理，将信号转换成直流信号(即转换成直流16ma电流信号)，并保存到I_{u_flt},I_{v_flt},I_{w_flt}三个变量中，计算出低通滤波后的的三相电流值的平均值为直流16ma，并保存到I_avg中。将转换得到的三相直流信号I_{u_flt},I_{v_flt},I_{w_flt}与所述电流阀值I_th作比较，显然三相直流信号I_{u_flt},I_{v_flt},I_{w_flt}大于电流阀值I_th，因此PMSM电机不缺相。而当实时采样PMSM电机的三相电流I_u、I_v、I_w中任一相的电流小于5ma时，该相电流经低通滤波后的的电流值的平均值为直流小于10ma，即小于电流阀值I_th时，说明该相缺相，即对该相进行置位缺相标志位并触发一个缺相计时器，对缺相状态进行计时，当计时时间到了预设的时间，则触发保护PMSM电机的动作，关闭电机运转；如果在计时时间内，PMSM电机缺相状态已经恢复，则需要复位缺相计时器；以开始下一次的缺相检测。

具体实施例2：

本发明具体实施例2的特点是：在设定PMSM电机缺相比较的电流阀值时，将计算低通滤波后的的三相电流值的平均值，并保存到I_avg中，I_avg的表达式为I_avg＝(I_{u_flt}+I_{v_flt}+I_{w_flt})/3；将PMSM电机缺相比较的电流阀值设定为I_avg/2保存到I_th中。即PMSM电机缺相比较的电流阀值由实时检测的三相电流经低通滤波转换成直流后的平均值确定，然后再将该各相的实时检测电流与所述电流阀值进行比较，从而测得缺相及对电机进行缺相保护。其余同具体实施例1。

具体实施例3：

本发明具体实施例3的特点是：所述PMSM电机缺相比较的电流阀值还可根据电机的负载设定。其余同具体实施例1。

另外，本发明的其他具体实施例中，在进行电机缺相检测时，还可以在电机运行的整个过程中，由控制芯片MCU实时采样PMSM电机的三相电流，I_u，I_v，I_w，将I_u，I_v，I_w三相电流经过直流偏置，偏置电压取为MCU供电电压的1/2，即VCC/2，并且三相电流在相位上相差120度电气角，即

I_u＝VCC/2+I*sin(θ)

I_v＝VCC/2+I*sin(θ-120)

I_w＝VCC/2+I*sin(θ-240)；

式中，I为PMSM电机的三相电流额定值。

将采样得到的电流值I_u，I_v，I_w进行还原,即三相电流还原成原始的电流信号值

I_u＝I*sin(θ)

I_v＝I*sin(θ-120)

I_w＝I*sin(θ-240)；

式中，I为PMSM电机的三相电流额定值。

对三相电流值取绝对值，将下半部的负值转换成正值，并保存到I_{u_abs},I_{v_abs},I_{w_abs}三个变量中；对I_{u_abs},I_{v_abs},I_{w_abs}进行低通滤波处理，将信号转换成直流信号，并保存到I_{u_flt},I_{v_flt},I_{w_flt}三个变量中；

计算滤波后的的三相电流值的平均值，并保存到Iavg中，

I_avg＝(I_{u_flt}+I_{v_flt}+I_{w_flt})/3

根据电机的负载设定缺相的阀值并保存到I_th中，在本发明的实施过程中，取I_th＝I_avg/2。

Claims (7)

1.一种PMSM电机缺相检测方法，其特征在于：

1)预先设定PMSM电机缺相比较的电流阀值，准备好带处理器芯片MCU和电流传感器的检测装置；开动PMSM电机并使该PMSM电机处于正常运转或低速运转，实时采样PMSM电机的三相交流电流；

2)将前述实时采样的PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值，即取三相交流电流的绝对值，然后实时进行低通滤波处理，将所述的三相交流信号转换成直流信号；

3)将转换得到的三相直流信号与所述电流阀值作比较，当所述三相直流电流值大于所述电流阀值时，确定该相为缺相状态，否则当所述三相直流电流值小队于所述电流阀值时，确定该相为正常状态。

2.根据权利要求1所述一种PMSM电机缺相检测方法，其特征在于：的第1)点中，在电机运行的整个过程中，利用处理器芯片MCU实时采样PMSM电机的三相电流I_u、I_v、I_w，连接在处理器芯片MCU信号输入端的AD采样模块将电流传感器输出的实时电流采样三相交流电流I_u、I_v、I_w转换成直流电流信号输入处理器芯片MCU；所述并且所述三相电流在相位上相差120度电气角，即

I_u＝I*sin(θ)

I_v＝I*sin(θ-120)

I_w＝I*sin(θ-240)；

式中，I为PMSM电机的三相电流额定值。

3.根据权利要求1所述一种PMSM电机缺相检测方法，其特征在于：第2)点中，将PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值后，对所述三相电流值取绝对值，将下半部的负值转换成正值，并保存到I_{u_abs},I_{v_abs},I_{w_abs}三个变量中；然后对I_{u_abs},I_{v_abs},I_{w_abs}进行低通滤波处理，将信号转换成直流信号，并保存到I_{u_flt},I_{v_flt},I_{w_flt}三个变量中。

4.根据权利要求1所述一种PMSM电机缺相检测方法，其特征在于：在设定PMSM电机缺相比较的电流阀值时，将计算低通滤波后的的三相电流值的平均值，并保存到I_avg中，I_avg的表达式为I_avg＝(I_{u_flt}+I_{v_flt}+I_{w_flt})/3；将PMSM电机缺相比较的电流阀值设定为I_avg/2保存到I_th中。

5.根据权利要求1-4任一权利要求所述一种PMSM电机缺相检测方法，其特征在于：所述PMSM电机缺相比较的电流阀值可根据电机的负载设定。

6.一种PMSM电机缺相保护机制，其特征在于：采用PMSM电机缺相检测方法判断确认电机是否缺相，当检测确认了PMSM电机存在缺相的状态后，置位缺相标志位并触发一个缺相计时器，对缺相状态进行计时，当计时时间到了预设的时间，则触发保护PMSM电机的动作，关闭电机运转；如果在计时时间内，PMSM电机缺相状态已经恢复，则需要复位缺相计时器；以开始下一次的缺相检测。

7.根据权利要求6所述一种PMSM电机缺相保护机制，其特征在于：所述PMSM电机缺相检测方法，包括：

1)预先设定PMSM电机缺相比较的电流阀值，准备好带处理器芯片MCU和电流传感器的检测装置；开动PMSM电机并使该PMSM电机处于正常运转或低速运转，实时采样PMSM电机的三相交流电流；

2)将前述实时采样的PMSM电机三相交流电流的下半部的负值转换成正值，即取三相交流电流的绝对值，然后实时进行低通滤波处理，将所述的三相交流信号转换成直流信号；

3)将转换得到的三相直流信号与所述电流阀值作比较，当所述三相直流电流值大于所述电流阀值时，确定该相为缺相状态，否则当所述三相直流电流值小队于所述电流阀值时，确定该相为正常状态；

4)将滤波后的三相电流值I_{u_flt}、I_{v_flt}、I_{w_flt}与阀值I_th进行比较，以U相为例说明缺相检测的保护机制；如果I_{u_flt}<I_th,则置位缺相标志，并进行计时，如果计时时间超过了50ms，则进行触发缺相保护，关闭电机，复位缺相标志和缺相计时器。如果在50ms内，I_{u_flt}>＝I_th,则说明缺相故障已经不存在，则要复位缺相标志和缺相计时器；其它两相的操作原理和U相一样。

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