CN114200220A - 一种基于两段定位的永磁同步电机缺相检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于两段定位的永磁同步电机缺相检测方法，包括第一定位ParkI和第二定位ParkII；首先进入ParkI，通过N个PWM，获得N个三相电流值，再通过判断式后确定是否缺相；如果缺相，再进入ParkII，通过N个PWM，获得N三相电流值，通过判断式后，确定是哪一相缺相。本发明对于是否设置位置传感器均为适用，而且，可以直接采集三相或两相电流，灵活方便；更可以精确判定缺相相位，更好的满足了市场的需求。

Description

一种基于两段定位的永磁同步电机缺相检测方法

技术领域

本发明涉及一种检测方法，尤其是一种电机缺相的检测方法，具体的说是一种基于两段定位的永磁同步电机缺相检测方法。

背景技术

对于永磁同步电机来说，驱动参数匹配错误、运行期间接触端子老化、外力因素等，会导致缺相运行，在负荷不恶劣的场合，电机仍然可以两相运行，但是电机振动大，影响机械部件寿命，影响使用体验；另外，相电流变为原来的√3倍，加重了电机发热，也增加了永磁体退磁的风险。

目前，检测永磁同步电机的方法主要有专利号201310669650.0的技术手段，但是，存在以下问题：

1)只针对有位置传感器的控制方案有效，对无传感器的控制方案无效。

2)只能检测出单相缺相，不能检测出是否发生了两相缺相或三相缺相。

3)针对电流采样未做滤波处理,容易受到干扰导致误判或漏判缺相。

4)获取三相电流的方式未详细说明，灵活性不足。

因此，需要加以改进，以便更好的满足市场需求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的问题，通过一种基于两段定位的永磁同步电机缺相检测方法，可以快速为准确的检测出永磁同步电机启动前的缺相情况，并采取相应的动作，确保电机运行的安全性和可靠性。

本发明的技术方案是：

一种基于两段定位的永磁同步电机缺相检测方法，包括第一定位ParkI和第二定位ParkII；包括以下步骤：

1）设定检测方式Md，对应于ParkI时，三相电流合成矢量is的定位位置：

Md=0，is定位在A相轴线上；

Md=1，is定位在B相轴线上；

Md=2，is定位在C相轴线上；

2）设定：θ_ref=2kπ+Md*2π/3，k为整数，Id_ref=C，Iq_ref=0；其中，Id_ref代表d轴电流的指令值；Iq_ref代表q轴电流的指令值；θ_ref代表d轴与A相轴轴线的夹角；C为常数，且C>0；

3）进入ParkI阶段，经过延时时间TimeDelay1后，在连续N个PWM周期内采集和计算得到N个三相电流ia1，ib1，ic1；

4）分别去除每相N个电流值中的最高值和最低值，并对剩余的N-2个电流值取平均值后再取绝对值，得到|ia1_ave|、|ib1_ave|和|ic1_ave|；

再取其最小值i1_min=Min{|ia1_ave|,|ib1_ave|,|ic1_ave|}和

最大值i1_max=Min{|ia1_ave|,|ib1_ave|,|ic1_ave|}；

5）若i1_min<{(1/2*Id_ref)(1-n%)}，则转下一步；否则，判定不缺相，正常启动；其中，n%为容错裕度；

6）若i1_max≥{(1/2*Id_ref)(1-n%)}，则转步骤12）；否则，转下一步；

7）延时TimeDelay2时间，进入ParkII，把三相电流合成矢量is的定位调节至原定位的±π/6处，设定：Id_ref=C，Iq_ref=0，θ_ref =2kπ+Md*2π/3±π/6 ；其中，C为常数，且C>0；

8）经过TimeDelay1后，在连续N个PWM周期内采集和计算得到N个三相电流ia2，ib2，ic2；

9）分别去除每相N个电流值中的最高值和最低值，并对剩余的N-2个电流值取平均值后再取绝对值，得到|ia2_ave|、|ib2_ave|和|ic2_ave|，再取最大值i2_max=max{|ia2_ave|,|ib2_ave|,|ic2_ave|}；

10）若i2_max>{(√3*Id_ref)(1-m%)}，转下一步；否则，判定两相或三相缺相，禁止启动；其中，m%为容错裕度；

11）若Md=0，则判定A相缺相，禁止启动；

若Md=1，则判定B相缺相，禁止启动；

若Md=2，则判定C相缺相，禁止启动；

12）若i1_min==|ia1_ave|，则判定A相缺相，禁止启动；

若i1_min==|ib1_ave|，则判定B相缺相，禁止启动；

若i1_min==|ic1_ave|，则判定C相缺相，禁止启动。

进一步的，所述n%为10%~90%；所述m%为10%~90%。

本发明的有益效果：

本发明设计合理，逻辑清晰，操作方便，具有以下优点：

1）不管有位置传感器还是无位置传感器的方案，都可以适用。

2）通过N个PWM，获得N个三相电流值，去掉最大值和最小值后再取平均值，可以滤除采样干扰。

3）获取三相电流的方式包括：直接采集三相电流；也可直接采集两相电流，并通过iu+iv+iw=0计算出第三相，方式灵活。

4）可以区分出是单相缺相，还是两相和三相缺相。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

一种基于两段定位的永磁同步电机缺相检测方法，包括第一定位ParkI和第二定位ParkII；该检测方法包括以下步骤：

Step1：缺相检测三种方式选择：

方式1：令Md=0,

代表着：定位1阶段，三相电流合成矢量is定位在A相轴线处；定位II，三相电流合成矢量is定位在A相轴线±π/6处。

方式2：令Md=1,

代表着：定位1阶段，三相电流合成矢量is定位在B相轴线处；定位II，三相电流合成矢量is定位在B相轴线±π/6处。

方式3：Md=2,

代表着：定位1阶段，三相电流合成矢量is定位在C相轴线处；定位II，三相电流合成矢量is定位在C相轴线±π/6处。

Step2：设置令Id_ref=C(C为常数，且C>0),Iq_ref=0,θ_ref =2kπ+Md*2π/3 (k为整数)；其中，Id_ref代表的是d轴电流的指令值；Iq_ref代表的是q轴电流的指令值；θ_ref代表的是d轴与A相轴轴线的夹角；

Step3：进入ParkI后，延时一段时间TimeDelay，然后通过采集和计算的方式得到连续N个PWM周期的N个三相电流ia，ib，ic；

若硬件使用的是母线电流采样方式和两相电流采样方式，每个PWM周期可以采集到两相电流，通过ia+ib+ic=0的关系可以计算出第三相电流；

若硬件使用的三相电流采样方式，可以使用上述方式，也可以直接采集得到三相电流；

然后，分别去除N个三相电流中的最高值和最低值，对剩余的N-2个三相电流取平均值，并对平均值再取绝对值，可以得到|Ia1_ave|,|Ib1_ave|,|Ic1_ave|，再取其最小值i1_min=Min{|ia1_ave|,|ib1_ave|,|ic1_ave|}和

最大值i1_max=Min{|ia1_ave|,|ib1_ave|,|ic1_ave|}；

Step4：若i1_min＜{(1/2*Id_ref)(1-n%)}，则执行Step5；否则，判断不缺相，可以正常启动。

以Md=0，即方式1为例，不同缺相情形下对应的三相电流状况如下：

ParkI阶段内，

如果不缺相，那么ia=Id_ref，ib=-1/2*Id_ref，ic=-1/2*Id_ref； 式（a）

如果缺A相，ia=ib=ic=0； 式（b）

如果缺B相，ia=Id_ref，ib=0，ic=-Id_ref； 式（c）

如果缺C相，ia=Id_ref，ib=-Id_ref ，ic=0； 式（d）

如果缺两相或三相，ia=ib=ic=0； 式（e）

ParkI阶段内是否缺相可以下述方法进行区分：

当i1_min＜{(1/2*Id_ref)(1-n%)}时，肯定发生了缺相；

当i1_min≥{(1/2*Id_ref)(1-n%)}时，判定为未发生缺相；

n%是一个容错裕度，取值范围是10~90%，可根据实际测试来进行设定。因为外界电磁干扰和温度的影响、电流检测回路元器件规格值偏差、电流的检测有可能会出现负偏差，在不缺相的时候，|ib|和|ic|也会小于1/2*Id_ref，因而导致误判为缺相。

当Md=1，或者Md=2时，不同缺相情形对应的三相电流状况与Md=0不同。具体为：

Md=1时，ParkI阶段内，

如果不缺相，那么ia=-1/2*Id_ref，ib= Id_ref，ic=-1/2*Id_ref； 式（a-1）；

如果缺A相，ia=0，ib= Id_ref，ic=-Id_ref； 式（b-1）；

如果缺B相，ia=ib=ic=0； 式（c-1）；

如果缺C相，ia=-Id_ref，ib=Id_ref ，ic=0； 式（d-1）；

如果缺两相或三相，ia=ib=ic=0； 式（e-1）；

Md=2时，ParkI阶段内，

如果不缺相，那么ia=-1/2*Id_ref，ib=-1/2* Id_ref，ic=Id_ref； 式（a-2）；

如果缺A相，ia=0，ib= -Id_ref，ic=Id_ref； 式（b-2）；

如果缺B相，ia=-Id_ref，ib=0，ic=Id_ref； 式（c-2）；

如果缺C相，ia=ib=ic=0； 式（d-2）；

如果缺两相或三相，ia=ib=ic=0； 式（e-2）；

当Md=1,和Md=2时，根据不同缺相情形下的三相电流状况，也可以用Step4的判断条件来判断是否发生缺相。

Step5：若i1_max≥{(1/2*Id_ref)(1-n%)}，则执行Step6；否则，执行Step7。

满足Step4的判定条件后，可以通过Step5的判定条件把缺相的情形分成两种：

如果i1_max≥{(1/2*Id_ref)(1-n%)}，ParkI的定位轴线所在相以外的两相中任意一相为缺相；

如果i1_max＜{(1/2*Id_ref)(1-n%)}，ParkI的定位轴线所在相为缺相或缺两相以上。

Step6：根据i1_min的值来判断，ParkI的定位轴线所在相以外的两相中，具体哪一相缺相：

i1_min==|ia1_ave|时，A相缺相；

i1_min==|ib1_ave|时，B相缺相；

i1_min==|ic1_ave|时，C相缺相；

满足Step4，Step5的判定条件后，三种Md对应的判断逻辑如下：

当Md=0时，对应式（c）、式（d）两种三相电流状态，可以根据i1_min的值来区分出B相缺相，还是C相缺相；

当Md=1时，对应式（b-1）和式（d-1）两种三相电流状态。可以根据i1_min的值来区分出A相缺相，还是C相缺相。

当Md=2时，对应式（b-2）和式（d-2）两种三相电流状态。可以根据i1_min的值来区分出A相缺相，还是B相缺相。

Step7：延时TimeDelay2时间，等待ParkI阶段结束；然后切换至ParkII阶段，即令Id_ref=C(C为常数，且C>0),Iq_ref=0,θ_ref =2kπ+Md*2π/3±π/6 (k为整数)；再延时TimeDelay1，然后按照Step2的方法，得到|Ia2_ave|，|Ib2_ave|，|Ic2_ave|，再取其最大值i2_max=max{|ia2_ave|,|ib2_ave|,|ic2_ave|}；

Step8：若i2_max≥sqrt(3)*Id_ref（1-m%），则执行Step9；否则，判断为缺两相或三相。

通过Step8的判断条件，可以区分如下两种缺相情形：

若i2_max ＞{sqrt(3)*Id_ref*(1-m%)}，则，ParkI阶段的定位轴线所在相为缺相；

若i2_max≤{sqrt(3)*Id_ref*(1-m%)}，则，判定为缺两相以上。

以Md=0，即方式1为例，ParkII阶段两种缺相情形和对应的三相电流状况如下：

如果A相缺相，那么ia=0，ib=±sqrt（3）*Id_ref，ic= ∓ sqrt（3）*Id_ref； 式（f）

如果缺两相或三相，那么ia=ib=ic=0。 式（g）

同时，可以用Step8的判断条件，来判断是缺A相，还是缺两相以上：

当i2_max >{sqrt(3)*Id_ref*(1-m%)}时，判定A相缺相。

当i2_max≤{sqrt(3)*Id_ref*(1-m%)}时，判定为缺两相以上。

其中，m%是一个容错裕度，取值范围是10~90%，可根据实际测试来进行设定。因为考虑到外界电磁干扰和温度的影响、电流检测回路元器件规格值偏差、电流的检测有可能会出现负偏差，在缺A相的时候，|ib|和|ic|也会小于sqrt(3)*Id_ref，因而导致误判为缺两相或三相。

当Md=1，或者Md=2时，两种缺相情形和对应的三相电流状况与Md=0不同。具体为

Md=1时，

如果B相缺相，那么ia= ∓ sqrt（3）*Id_ref，ib=0，ic=±sqrt（3）*Id_ref，式（f-1）；

如果缺两相或三相，那么ia=ib=ic=0， 式（g-1）；

Md=2时，

如果C相缺相，那么ia=±sqrt（3）*Id_ref，ib=∓ sqrt（3）*Id_ref，ic=0， 式（f-2）；

如果缺两相或三相，那么ia=ib=ic=0。， 式（g-2）；

当Md=1,和Md=2时，根据不同缺相情形下的三相电流状况可知，也可以用Step8的判断条件判断是ParkI阶段的定位轴线所在相为缺相，还是缺两相以上。

Step9：判定ParkI阶段的定位轴线所在相为缺相，并且可根据Md的值来判定具体缺哪一相：

Md=0，判断A缺相；

Md=1，判断B缺相；

Md=2，判断C缺相。

所述Id_ref、k、TimeDelay1、TimeDelay2、N、m%、n%都是可变量，可以根据不同的控制方案、不同的电机、不同的应用场景，设定不同的值。

C是常数，而且C>0。

K是整数，包括负整数，零，正整数。

TimeDelay1指的是ParkI和ParkII在电流矢量施加后，到开始进行三相电流采样之间的时间间隔。因为ParkI和ParkII的电流矢量施加后施加完成以后，***不能立即达到稳定状态，要等***达到稳态后进行电流采样。

TimeDelay2指的是在ParkII电流矢量施加之前，使ParkI电流矢量能够持续一段时间，为ParkI阶段的缺相程序执行保留足够的时间裕度。

N是正整数。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种基于两段定位的永磁同步电机缺相检测方法，包括第一定位ParkI和第二定位ParkII；其特征是，包括以下步骤：

1）设定检测方式Md，对应于ParkI时，三相电流合成矢量is的定位位置：

Md=0，is定位在A相轴线上；

Md=1，is定位在B相轴线上；

Md=2，is定位在C相轴线上；

2）进入ParkI阶段，设定：θ_ref=2kπ+Md*2π/3，k为整数，Id_ref=C，Iq_ref=0；其中，Id_ref代表d轴电流的指令值；Iq_ref代表q轴电流的指令值；θ_ref代表d轴与A相轴轴线的夹角；C为常数，且C>0；

3）经过延时时间TimeDelay1后，在连续N个PWM周期内采集和计算得到N个三相电流ia1，ib1，ic1；

4）分别去除每相N个电流值中的最高值和最低值，并对剩余的N-2个电流值取平均值后再取绝对值，得到|ia1_ave|、|ib1_ave|和|ic1_ave|；再取其最小值i1_min=Min{|ia1_ave|,|ib1_ave|,|ic1_ave|}和

最大值i1_max=Min{|ia1_ave|,|ib1_ave|,|ic1_ave|}；其中，N为正整数；

5）若i1_min<{(1/2*Id_ref)(1-n%)}，则转下一步；否则，判定不缺相，正常启动；其中，n%为容错裕度；

6）若i1_max≥{(1/2*Id_ref)(1-n%)}，则转步骤12）；否则，转下一步；

7）延时TimeDelay2时间，进入ParkII，把三相电流合成矢量is的定位调节至原定位的±π/6处，设定：Id_ref=C，Iq_ref=0，θ_ref =2kπ+Md*2π/3±π/6 ；其中，C为常数，且C>0；

8）经过TimeDelay1后，在连续N个PWM周期内采集和计算得到N个三相电流ia2，ib2，ic2；

9）分别去除每相N个电流值中的最高值和最低值，并对剩余的N-2个电流值取平均值后再取绝对值，得到|ia2_ave|、|ib2_ave|和|ic2_ave|，再取最大值i2_max=max{|ia2_ave|,|ib2_ave|,|ic2_ave|}；

10）若i2_max>{(√3*Id_ref)(1-m%)}，转下一步；否则，判定两相或三相缺相，禁止启动；其中，m%为容错裕度；

11）若Md=0，则判定A相缺相，禁止启动；

若Md=1，则判定B相缺相，禁止启动；

若Md=2，则判定C相缺相，禁止启动；

12）若i1_min==|ia1_ave|，则判定A相缺相，禁止启动；

若i1_min==|ib1_ave|，则判定B相缺相，禁止启动；

若i1_min==|ic1_ave|，则判定C相缺相，禁止启动。

2.根据权利要求1所述的基于两段定位的永磁同步电机缺相检测方法，其特征是，所述n%为10%~90%；所述m%为10%~90%。