CN112532140B - 一种电机弱磁失控保护方法 - Google Patents

一种电机弱磁失控保护方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112532140B
CN112532140B CN202011212762.XA CN202011212762A CN112532140B CN 112532140 B CN112532140 B CN 112532140B CN 202011212762 A CN202011212762 A CN 202011212762A CN 112532140 B CN112532140 B CN 112532140B
Authority
CN
China
Prior art keywords
axis
current
expected
motor
actual
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011212762.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN112532140A (zh
Inventor
蒋厚凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Centem Automotive Electronics Co ltd
Original Assignee
Ningbo Centem Automotive Electronics Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Centem Automotive Electronics Co ltd filed Critical Ningbo Centem Automotive Electronics Co ltd
Priority to CN202011212762.XA priority Critical patent/CN112532140B/zh
Publication of CN112532140A publication Critical patent/CN112532140A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112532140B publication Critical patent/CN112532140B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/0085—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed
    • H02P21/0089—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation specially adapted for high speeds, e.g. above nominal speed using field weakening
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电机弱磁失控保护方法，属于电机控制领域，保护方法具体包括：判断D轴期望电流、Q轴期望电流与D轴实际电流、Q轴实际电流的差值是否超过超调阈值：若是，则开始自加计数；判断计数是否超过一预设故障触发时间：若是，则触发故障动作；将D轴期望电流、Q轴期望电流强制限制到电压极限椭圆内，并实时监控输出扭矩和输入扭矩指令之间的差值；判断实际扭矩输出与期望扭矩输出是否不符，且扭矩差值超过一预设值：若是，则计数自加并关闭逆变器，停止输出。本发明的有益效果在于：通过强制将D轴、Q轴期望电流赋值，使其限制到电压极限椭圆内部，电机可及时响应，降低了产品触发故障的风险，保证了司乘的安全。

Description

一种电机弱磁失控保护方法
技术领域
本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机弱磁失控保护方法。
背景技术
随着新能源汽车和电机电子技术的发展，永磁同步电机被广泛的使用。永磁同步电机具有高功率密度、高可靠性和高效率等特点，由于电机采用永磁体励磁，无法通过励磁绕组调节励磁磁场，因此，在运行过程中必须采用弱磁控制技术以满足宽转速范围的调速需求。
目前，大多采用逆变器对电机进行控制，永磁同步电机受到逆变器运行能力的限制，逆变器对电机的限制包括电流极限圆和电压极限椭圆(其中，电流极限圆仅与电机的特性有关，电压极限椭圆随着电机转速的提升椭圆半径越来越小)。电机运行在极限工况时，如果控制出现超调，D轴和Q轴期望电流实际落在电压极限椭圆外部，由于逆变器输出能力的限制，电机实际D轴和Q轴电流永远不会跟随D轴和Q轴期望电流落在电压极限椭圆内部，最终导致电流调节器饱和，弱磁失控。
目前，市场上大多在台架标定阶段实现避免弱磁失控，增加算法来规划高转速时期望电流的运行D轴和Q轴期望电流轨迹，限制电机的最大输出外特性和弱磁电流，避免D轴和Q轴期望电流落在电压极限椭圆外，但是在产品的生命周期内，电子元器件老化和电机磁钢退磁等改变产品特殊特性，增大了产品在生命周期内触发故障的风险，从而威胁司乘安全。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电机弱磁失控保护方法，其特征在于，所述弱磁失控保护方法具体包括：
步骤S1：判断当前时刻的D轴期望电流、Q轴期望电流与D轴实际电流、Q轴实际电流的差值是否超过超调阈值：
若是，则开始自加计数并输出一计数值，并进入步骤S2；
若否，则返回所述步骤S1；
步骤S2：判断所述计数值是否超过一预设故障触发时间：
若是，则触发故障动作，并进入步骤S3；
若否，则返回所述步骤S1；
步骤S3：将所述D轴期望电流、所述Q轴期望电流限制到电压极限椭圆内，并持续监控实际输出扭矩和输入扭矩指令之间的差值；
步骤S4：判断所述实际扭矩输出与期望扭矩输出是否相符，且所述扭矩差值超过一预设值：
若所述实际扭矩输出与期望扭矩输出不相符且所述扭矩差值超过所述预设值，则关闭逆变器并控制电机停止工作；
若所述实际扭矩数超出于期望扭矩输出相符或所述扭矩差值未超过所述预设值，则返回所述步骤S1。
优选地，在步骤S1中，所述D轴实际电流和所述Q轴实际电流通过实时采集所述电机的三相电流，并对所述三相电流依次进行卡拉克变换和派克变换得到。
优选地，在步骤S1中，所述D轴期望电流、所述Q轴期望电流通过实时采集所述电机的当前扭矩指令、实时转速和直流母线电压计算得到，具体公式如下所示
D轴期望电流计算公式为
Figure BDA0002759350830000021
其中，
Id为D轴期望电流；
Ud为D轴电压；
R1为位定子电阻；
P为微分算子；
ω为转速；
Ψd为D轴磁链；
Ψq为Q轴磁链；
Q轴期望电流计算公式为
Figure BDA0002759350830000031
其中，
Iq为Q轴期望电流；
Uq为Q轴电压；
R1为位定子电阻；
P为微分算子；
ω为转速；
Ψd为D轴磁链；
Ψq为Q轴磁链。
优选地，于一预设时间内所述D轴期望电流、所述Q轴期望电流与所述D轴实际电流、所述Q轴实际电流的差值小于所述超调阈值，则计数自减，故障清除。
优选地，于进入步骤S1之前，对所述电机进行线性控制调节，使所述D轴实际电流、所述Q轴实际电流逼近所述D轴期望、所述Q轴期望电流，并实时采集电流斜率、线性控制调节时间、扭矩指令、电机转速以及所述D轴实际电流、所述Q轴实际电流和所述D轴期望、所述Q轴期望电流，得到所述超调阈值和所述故障触发时间。
优选地，所述D轴和所述Q轴目标期望电流满足如下限制关系为
Figure BDA0002759350830000032
其中，
iq为Q轴期望电流；
id为D轴期望电流；
Ld为D轴电感；
Lq为Q轴电感；
umax为电压幅值最大值；
udc为直流母线电压；
ψf为转子永磁磁链；
ω为旋转角速度。
本发明技术方案的有益效果在于：
提供一种电机弱磁失控保护方法，通过强制将D轴、Q轴期望电流赋值，使D轴、Q轴期望电流限制到电压极限椭圆内部，电机可及时响应，降低了产品在生命周期内触发故障的风险，保证了司乘的安全。
附图说明
图1为本发明的较佳的实施例中，一种电机弱磁失控保护方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种电机弱磁失控保护方法，如图1所示，弱磁失控保护方法具体包括：
步骤S1：判断当前时刻的D轴期望电流、Q轴期望电流与D轴实际电流、Q轴实际电流的差值是否超过超调阈值：
若是，则开始自加计数并输出一计数值，并进入步骤S2；
若否，则返回所述步骤S1；
步骤S2：判断所述计数值是否超过一预设故障触发时间：
若是，则触发故障动作，并进入步骤S3；
若否，则返回所述步骤S1；
步骤S3：将所述D轴期望电流、所述Q轴期望电流限制到电压极限椭圆内，并持续监控实际输出扭矩和输入扭矩指令之间的差值；
步骤S4：判断所述实际扭矩输出与期望扭矩输出是否相符，且所述扭矩差值超过一预设值：
若所述实际扭矩输出与期望扭矩输出不相符且所述扭矩差值超过所述预设值，则关闭逆变器并控制电机停止工作；
若所述实际扭矩数超出于期望扭矩输出相符或所述扭矩差值未超过所述预设值，则返回所述步骤S1。
具体的，在弱磁失控保护方法中大多采用逆变器对电机进行控制，电机受到逆变器运行能力的限制，主要是对电流幅值和电压幅值的限制：
电机的电流幅值ismax满足
Figure BDA0002759350830000051
电机的电压幅值umax满足
Figure BDA0002759350830000052
其中，iq表示Q轴实际电流，id表示D轴实际电流，ud表示D轴电机端电压，uq表示Q轴电机端电压。
在产品生命周期内持续对电机进行监控，当产品处于弱磁失控工况，D轴期望电流、Q轴期望电流与D轴实际电流、Q轴实际电流不符，并且由于逆变器运行能力的限制，D轴实际电流、Q轴实际电流在弱磁失控工况时永远不会跟随到落在电压极限椭圆内的D轴期望电流、Q轴期望电流，触发故障动作，故障触发时，将D轴期望电流、Q轴期望电流强制赋值，并增加故障等级，同时对产品的输入扭矩和输出扭矩同时进行监控，当输出扭矩与输入指令不符时，上升故障严重等级，将逆变器输出关管，停止输出。
进一步的，在步骤S1中，D轴实际电流和Q轴实际电流通过实时采集电机的三相电流，并对三相电流依次进行卡拉克变换和派克变换得到。
具体的，对采集的电机三相电流进行Clark变换，Clark变换就是将3轴2维的定子静止坐标系变换到2轴的定子静止坐标系中，具体计算公式如下：
Figure BDA0002759350830000053
Figure BDA0002759350830000061
其中，
Ia、Ib、Ic：表示电机的三相电流值；
Iα、Iβ：表示交流电流；
将得到的交流电流再进行park变换，park变换就是通过一定的角度旋转变换，把旋转中的向量变为静止直角坐标系里面的量，具体计算公式如下：
Id＝Iα*cosθ+Iβ*sinθ；
Iq＝-Iα*sinθ+Iβ*cosθ；
其中，Iα、Iβ为交流电流；
Id为D轴实际电流；
Iq为Q轴实际电流。
进一步的，在步骤S1中，D轴期望电流、Q轴期望电流通过实时采集电机的当前扭矩指令、实时转速和直流母线电压计算得到，具体公式如下所示D轴期望电流计算公式为
Figure BDA0002759350830000062
其中，
Id为D轴期望电流；
Ud为D轴电压；
R1为位定子电阻；
P为微分算子；
ω为转速；
Ψd为D轴磁链；
Ψq为Q轴磁链；
Q轴期望电流计算公式为
Figure BDA0002759350830000063
其中，
Iq为Q轴期望电流；
Uq为Q轴电压；
R1为位定子电阻；
P为微分算子；
ω为转速；
Ψd为D轴磁链；
Ψq为Q轴磁链。
进一步的，于一预设时间内D轴期望电流、Q轴期望电流与D轴实际电流、Q轴实际电流的差值小于超调阈值，则计数自减，故障清除。
具体的，于D轴期望电流、Q轴期望电流与D轴实际电流、Q轴实际电流的差值小于超调阈值，且持续一预设时间，计数自减，直到计数小于故障触发时间，故障清除。
进一步的，于进入步骤S1之前，对电机进行PI调节，使D轴实际电流、Q轴实际电流逼近D轴期望、Q轴期望电流，并实时采集电流斜率、PI调节时间、扭矩指令、电机转速以及D轴实际电流、Q轴实际电流和D轴期望、Q轴期望电流，得到超调阈值和故障触发时间。
进一步的，在步骤S3中，对D轴期望、Q轴期望电流强制赋值，使其限制到电压极限椭圆内部。
进一步的，D轴和Q轴目标期望电流满足电压极限椭圆，具体满足如下限制关系为
Figure BDA0002759350830000071
其中，
iq为Q轴期望电流；
id为D轴期望电流；
Ld为D轴电感；
Lq为Q轴电感；
umax为电压幅值最大值；
udc为直流母线电压；
ψf为转子永磁磁链；
ω为旋转角速度。
本发明技术方案的有益效果在于：
提供一种电机弱磁失控保护方法，通过强制将D轴、Q轴期望电流赋值，使D轴、Q轴期望电流限制到电压极限椭圆内部，电机可及时响应，降低了产品在生命周期内触发故障的风险，保证了司乘的安全。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种电机弱磁失控保护方法，其特征在于，所述弱磁失控保护方法具体包括：
步骤S1：判断当前时刻的D轴期望电流、Q轴期望电流与D轴实际电流、Q轴实际电流的差值是否超过超调阈值：
若是，则开始自加计数并输出一计数值，并进入步骤S2；
若否，则返回所述步骤S1；
步骤S2：判断所述计数值是否超过一预设故障触发时间：
若是，则触发故障动作，并进入步骤S3；
若否，则返回所述步骤S1；
步骤S3：将所述D轴期望电流、所述Q轴期望电流限制到电压极限椭圆内，并持续监控实际输出扭矩和输入扭矩指令之间的差值；
步骤S4：判断所述实际扭矩输出与期望扭矩输出是否相符，且所述扭矩差值超过一预设值：
若所述实际扭矩输出与期望扭矩输出不相符且所述扭矩差值超过所述预设值，则关闭逆变器并控制电机停止工作；
若所述实际扭矩数超出于期望扭矩输出相符或所述扭矩差值未超过所述预设值，则返回所述步骤S1。
2.根据权利要求1所述的电机弱磁失控保护方法，其特征在于，在步骤S1中，所述D轴实际电流和所述Q轴实际电流通过实时采集所述电机的三相电流，并对所述三相电流依次进行卡拉克变换和派克变换得到。
3.根据权利要求1所述的电机弱磁失控保护方法，其特征在于，在步骤S1中，所述D轴期望电流、所述Q轴期望电流通过实时采集所述电机的当前扭矩指令、实时转速和直流母线电压计算得到，具体公式如下所示
D轴期望电流计算公式为
Figure FDA0002759350820000011
其中，
Id为D轴期望电流；
Ud为D轴电压；
R1为位定子电阻；
P为微分算子；
ω为转速；
Ψd为D轴磁链；
Ψq为Q轴磁链；
Q轴期望电流计算公式为
Figure FDA0002759350820000021
其中，
Iq为Q轴期望电流；
Uq为Q轴电压；
R1为位定子电阻；
P为微分算子；
ω为转速；
Ψd为D轴磁链；
Ψq为Q轴磁链。
4.根据权利要求1所述的电机弱磁失控保护方法，其特征在于，于一预设时间内所述D轴期望电流、所述Q轴期望电流与所述D轴实际电流、所述Q轴实际电流的差值小于所述超调阈值，则计数自减，故障清除。
5.根据权利要求1所述的电机弱磁失控保护方法，其特征在于，于进入步骤S1之前，对所述电机进行线性控制调节，使所述D轴实际电流、所述Q轴实际电流逼近所述D轴期望、所述Q轴期望电流，并实时采集电流斜率、线性控制调节时间、扭矩指令、电机转速以及所述D轴实际电流、所述Q轴实际电流和所述D轴期望、所述Q轴期望电流，得到所述超调阈值和所述故障触发时间。
6.根据权利要求1所述的电机弱磁失控保护方法，其特征在于，所述D轴和所述Q轴目标期望电流满足如下限制关系为
Figure FDA0002759350820000022
其中，
iq为Q轴期望电流；
id为D轴期望电流；
Ld为D轴电感；
Lq为Q轴电感；
umax为电压幅值最大值；
udc为直流母线电压；
ψf为转子永磁磁链；
ω为旋转角速度。
CN202011212762.XA 2020-11-03 2020-11-03 一种电机弱磁失控保护方法 Active CN112532140B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011212762.XA CN112532140B (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种电机弱磁失控保护方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011212762.XA CN112532140B (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种电机弱磁失控保护方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112532140A CN112532140A (zh) 2021-03-19
CN112532140B true CN112532140B (zh) 2022-05-27

Family

ID=74979501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011212762.XA Active CN112532140B (zh) 2020-11-03 2020-11-03 一种电机弱磁失控保护方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112532140B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115476701B (zh) * 2022-10-17 2024-06-18 潍柴动力股份有限公司 一种电机扭矩确定方法及装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011239680A (ja) * 2011-09-01 2011-11-24 Mitsubishi Electric Corp 電動機駆動用電力変換装置
CN103701384A (zh) * 2013-12-30 2014-04-02 中冶南方（武汉）自动化有限公司 内置式永磁同步电机弱磁控制方法
CN103840732A (zh) * 2014-03-31 2014-06-04 长城汽车股份有限公司 驱动电机弱磁控制方法
CN107040179A (zh) * 2017-04-06 2017-08-11 澳特卡新能源科技（上海）有限公司 一种基于电动压缩机的弱磁失控的保护方法
CN110581680A (zh) * 2019-11-11 2019-12-17 南京埃斯顿自动化股份有限公司 一种内嵌永磁同步电机的矢量控制及弱磁方法和***
CN110752804A (zh) * 2019-09-30 2020-02-04 许昌学院 一种航空三相交流励磁***直流励磁闭环控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4881635B2 (ja) * 2006-03-15 2012-02-22 株式会社日立製作所 永久磁石モータのベクトル制御装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011239680A (ja) * 2011-09-01 2011-11-24 Mitsubishi Electric Corp 電動機駆動用電力変換装置
CN103701384A (zh) * 2013-12-30 2014-04-02 中冶南方（武汉）自动化有限公司 内置式永磁同步电机弱磁控制方法
CN103840732A (zh) * 2014-03-31 2014-06-04 长城汽车股份有限公司 驱动电机弱磁控制方法
CN107040179A (zh) * 2017-04-06 2017-08-11 澳特卡新能源科技（上海）有限公司 一种基于电动压缩机的弱磁失控的保护方法
CN110752804A (zh) * 2019-09-30 2020-02-04 许昌学院 一种航空三相交流励磁***直流励磁闭环控制方法
CN110581680A (zh) * 2019-11-11 2019-12-17 南京埃斯顿自动化股份有限公司 一种内嵌永磁同步电机的矢量控制及弱磁方法和***

Also Published As

Publication number Publication date
CN112532140A (zh) 2021-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
USRE42200E1 (en) Fault handling of inverter driven PM motor drives
CN101803176B (zh) 可变磁通驱动***
US9762163B2 (en) Method for controlling AC motor
CN110350482B (zh) 电机堵转保护方法和装置
CN101478281A (zh) 基于电流反馈的无位置传感器无刷直流电机起动方法
CN111619351B (zh) 一种安全状态控制方法、装置及汽车
JPH11308704A (ja) 電気車の制御装置及び制御方法
CN104767457B (zh) 直流变频压缩机运行过程中参数自适应的方法
CN113410819B (zh) 电机堵转保护控制方法及装置
CN112532140B (zh) 一种电机弱磁失控保护方法
CN107947669B (zh) 一种混合励磁同步电机非线性逆推跟踪控制方法
Yu et al. Current sensorless direct predictive control for induction motor drives
CN108418485B (zh) 一种隐极式混合励磁电机恒功率损耗模型预测控制方法
CN102355186B (zh) 一种永磁同步电机刹车控制方法
CN104793137B (zh) 一种基于电机运动特征值的异常负载类型判别方法
Kumar et al. DTC-SCIM drive using classical switching table & SVPWM methods based on PI controller
CN105406796A (zh) 一种变频压缩机频率控制方法***及变频空调
CN104104279A (zh) 一种变频器控制电机过励磁停机的方法及其装置
JP5092328B2 (ja) モータ制御装置及びモータ制御方法
CN103532461A (zh) 一种用于平稳控制永磁同步电机低速小转矩状态切换的装置
CN113285646A (zh) 一种不使用外接制动单元的驱动器制动控制方法
Li et al. Research on soft starting control strategy for LCI-fed synchronous motor
Kumar et al. Sensorless speed control of brushless doubly-fed reluctance machine for pump storage and wind power application
CN114050748B (zh) 一种五相双励磁同步电机分区协调控制方法
Kono et al. Speed sensorless vector control of parallel connected induction motors

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PP01 Preservation of patent right
PP01 Preservation of patent right

Effective date of registration: 20230817

Granted publication date: 20220527

PD01 Discharge of preservation of patent
PD01 Discharge of preservation of patent

Date of cancellation: 20240409

Granted publication date: 20220527