交流同步電機(jī)及其電流有效值計(jì)算方法和過載保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種交流同步電機(jī)及其電流有效值計(jì)算方法和過載保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展，電動(dòng)機(jī)尤其是交流同步電動(dòng)機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)及人們生活中作為不 可替代的動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)用越來越廣泛。由于過載導(dǎo)致電機(jī)燒毀的情況時(shí)有發(fā)生。
[0003] 現(xiàn)有過載保護(hù)方法，主要包括：首先判斷電機(jī)是否發(fā)生或?qū)⒁^載，在判斷過載時(shí) 采用停機(jī)、降低轉(zhuǎn)速或輸出功率的方式保護(hù)電機(jī)。
[0004] 對于判斷電機(jī)發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生過載的方法，現(xiàn)有技術(shù)中主要包括：
[0005] ①熱繼電器保護(hù)法。熱繼電器是利用雙金屬片膨脹性原理研制的。但金屬片的離 散性大，需要經(jīng)常對金屬片進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0006] ②通過埋設(shè)溫度傳感器直接測溫的方法。該方法需要電機(jī)廠的配合，目前某些大 型電動(dòng)機(jī)中已埋設(shè)了溫度傳感器，但大部分中小型電動(dòng)機(jī)中還沒有埋設(shè)溫度傳感器。
[0007] ③建立電機(jī)的熱模型。該方法是一種比較切實(shí)可行的方法，可實(shí)現(xiàn)熱累計(jì)。目前 在電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)器中采用的多為一階或二階的熱模型，模型比較簡單，但電機(jī)熱模型中關(guān) 鍵參數(shù)的獲取相對比較困難。
[0008] ④利用反時(shí)限過流來實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。該方法是通過設(shè)定限制線對I_t特性曲線進(jìn) 行判斷來實(shí)現(xiàn)熱過載保護(hù)，但該方法沒有反映出熱積累效應(yīng)。
[0009] ⑤利用電機(jī)電流的大小進(jìn)行判斷，而采集電機(jī)電流會(huì)導(dǎo)致計(jì)算值滯后。
[0010] 另外，在判斷過載發(fā)生或?qū)⒁l(fā)生以后，需要限制轉(zhuǎn)速，如果設(shè)置轉(zhuǎn)速不當(dāng)仍會(huì)產(chǎn) 生燒毀的情況。
[0011] 因此，現(xiàn)有方法的缺陷主要在于三個(gè)方面：1，電流采樣時(shí)，采集電機(jī)電流有滯后 性；2,判斷過載時(shí)，涉及的電機(jī)熱模型獲取困難；3,對電機(jī)轉(zhuǎn)速限制時(shí)，設(shè)置轉(zhuǎn)速不當(dāng)仍導(dǎo) 致電機(jī)燒毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的是提供一種電流有效值計(jì)算方法和過載保護(hù)方法，用以解決采集電 機(jī)電流的滯后性問題。同時(shí)本發(fā)明還提供利用上述電流有效值計(jì)算方法和過載保護(hù)方法的 同步電機(jī)。
[0013] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0014] 交流同步電機(jī)電流有效值計(jì)算方法，采集任兩相電流和轉(zhuǎn)子角度，進(jìn)行計(jì)算，
，ia、ib為a、b相電流，0為 電機(jī)轉(zhuǎn)子角度，iq為q軸電流，即電流有效值。
[0015] 本發(fā)明還提供了交流同步電機(jī)過載保護(hù)方法，采集任兩相電流和轉(zhuǎn)子角度，進(jìn)行 計(jì)I
，ia、ib為a、b相電流， 0為電機(jī)轉(zhuǎn)子角度，iq為q軸電流，即電流有效值，根據(jù)計(jì)算出的電流有效值，判斷是否過 載，若過載則限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0016] 進(jìn)一步的，判斷是否過載的具體步驟包括：對i2q_I%進(jìn)行零下限積分，并計(jì)算積 分結(jié)果與發(fā)熱動(dòng)作值的差值；同時(shí)計(jì)算^與I 4的差值；比較上述兩差值的大小，令較大 的一個(gè)為過載啟動(dòng)量；若過載啟動(dòng)量不小于零，則限制電機(jī)轉(zhuǎn)速；其中，發(fā)熱動(dòng)作值為k(I 2 4-12_ )，k為設(shè)定系數(shù)，I#為電機(jī)的額定電流，為電機(jī)的最大電流。
[0017] 進(jìn)一步的，通過電流環(huán)控制限制電機(jī)轉(zhuǎn)速，若過載啟動(dòng)量大于零，則過載保護(hù)電流 取給定電流；若過載啟動(dòng)量不小于零，則過載保護(hù)速度取校驗(yàn)電流與給定電流的較小值； 其中，過載保護(hù)電流是經(jīng)過載保護(hù)方法計(jì)算出的電流給定值；校驗(yàn)電流是根據(jù)額定電流、最 大電流和電流有效值的校驗(yàn)產(chǎn)生的。
[0018] 進(jìn)一步的，校驗(yàn)電流是目標(biāo)電流與電流有效值的差值經(jīng)過PID調(diào)節(jié)產(chǎn)生的；其中， 目標(biāo)電流在q軸電流大于最大電流且持續(xù)時(shí)間小于設(shè)定時(shí)間的情況下，取最大電流，在持 續(xù)時(shí)間大于等于設(shè)定時(shí)間情況下，取額定電流。
[0019] 進(jìn)一步的，所述設(shè)定時(shí)間為2s。
[0020] 本發(fā)明還提供了一種交流同步電機(jī)，包括控制器，控制器根據(jù)采集到的任兩相電 流，根攜
計(jì)算電流有效值，ia、ib 為a、b相電流，0為電機(jī)轉(zhuǎn)子角度，iq為q軸電流，即電流有效值。
[0021] 還有一種交流同步電機(jī)，包括控制器，控制器根據(jù)過載保護(hù)方法確定過載保護(hù)電 流，所述過載保護(hù)電流是經(jīng)過載保護(hù)方法計(jì)算出的電流給定值。
[0022] 本發(fā)明的電流有效值計(jì)算方法利用兩相電流實(shí)時(shí)值直接計(jì)算出電流有效值，具備 實(shí)時(shí)有效電流的特性，能夠解決采集電機(jī)電流滯后的問題。
[0023] 在將這種有效值計(jì)算方法應(yīng)用于過載保護(hù)，由于過載保護(hù)首先需要檢測電流有效 值才能進(jìn)行后續(xù)的判斷和處理，因此，迅速檢測出電流有效值有助于后續(xù)處理，避免因電流 采集的滯后性而使過載保護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明過載保護(hù)方法實(shí)施例同步電機(jī)控制系統(tǒng)框圖；
[0025] 圖2是本發(fā)明過載保護(hù)方法實(shí)施例過載保護(hù)方法的原理圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明過載保護(hù)方法實(shí)施例過載保護(hù)邏輯結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明過載保護(hù)方法實(shí)施例過載保護(hù)程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0029] 有效值計(jì)算方法實(shí)施例
[0030] 交流同步電機(jī)電流有效值計(jì)算方法，利用兩相實(shí)時(shí)電流進(jìn)行計(jì)算，在使用時(shí)，只需 采集任兩相電流。比如a、b相，則電流有效值計(jì)算部分通過以下公式實(shí)現(xiàn)
[0031]
[0032] 其中ia、ib為a、b相電流，9為電機(jī)轉(zhuǎn)子角度，iq為q軸電流，即為電流有效值。
[0033] 該方法用于過載保護(hù)，但不限于此，也能夠用于交流同步電機(jī)的其他控制。
[0034] 過載保護(hù)方法實(shí)施例
[0035] 如圖1所示，采集任兩相電流，計(jì)算電流有效值iq(如以上實(shí)施例）；根據(jù)計(jì)算出 的電流有效值（根據(jù)電流有效值，但并不僅根據(jù)電流有效值，還包括電機(jī)參數(shù)和其他檢測 值），判斷是否過載，若過載則限制電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0036] 由于過載保護(hù)首先需要檢測電流有效值才能進(jìn)行后續(xù)的判斷和處理，因此，迅速 檢測出電流有效值有助于后續(xù)處理，避免因電流采集的滯后性而使過載保護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致電 機(jī)燒毀。
[0037] 根據(jù)同步控制方式的不同，限制電機(jī)轉(zhuǎn)速有不同的具體表現(xiàn)形式，比如同步電機(jī) 采用電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)的控制方式，限制電機(jī)轉(zhuǎn)速最終轉(zhuǎn)化為對電流的控制。比如轉(zhuǎn)速外 環(huán)電流內(nèi)環(huán)的控制方式，限制電機(jī)轉(zhuǎn)速最終也轉(zhuǎn)化為對電流的控制。
[0038] 如圖2,根據(jù)過載啟動(dòng)條件，若符合過載啟動(dòng)條件，則過載保護(hù)電流取校驗(yàn)電流，若 不符合過載啟動(dòng)條件，則過載保護(hù)電流取給定電流。其中，給定電流是外環(huán)提供的給定電 流，過載保護(hù)電流是經(jīng)過過載保護(hù)方法確定的電流給定值，如圖1所示，經(jīng)過轉(zhuǎn)速外環(huán)產(chǎn)生 的給定電流經(jīng)過過載保護(hù)轉(zhuǎn)化為過載保護(hù)電流。
[0039] 判斷過載時(shí)，可以僅依靠有效值大小判斷或者依照現(xiàn)有技術(shù)中的其他方法。對于 判斷過載時(shí)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的限制，可以通過現(xiàn)有技術(shù)中的特定算法計(jì)算。
[0040] 如圖2、3、4給出了一種優(yōu)選的方式，在上述兩個(gè)方面--判斷過載的方式和對電 機(jī)轉(zhuǎn)速限制的方式，都采用了優(yōu)化的、不同于現(xiàn)有技術(shù)的方式：在判斷過載時(shí)（即過載啟動(dòng) 條件），體現(xiàn)了熱積累效應(yīng)，而且不需要借助現(xiàn)有方法中的難以獲取的電機(jī)參數(shù)（除電流有 效值以外的參數(shù)），體現(xiàn)在圖2中的過載啟動(dòng)條件；在對電機(jī)轉(zhuǎn)速限制時(shí)，計(jì)算出校驗(yàn)速度， 避免不當(dāng)?shù)脑O(shè)置導(dǎo)致電機(jī)燒毀，體現(xiàn)在圖2中校驗(yàn)電流與給定電流的比較。
[0041] 具體的，交流同步電機(jī)過載保護(hù)方法，包括q軸電流折算部分、目標(biāo)電流選擇部分 1、PID控制器2,過載保護(hù)啟動(dòng)部分3共四部分。
[0042] 電流有效值計(jì)算部分通過以下公式實(shí)現(xiàn)
[0043]
[0044]其中ia、ib為a、b相電流，0為電機(jī)轉(zhuǎn)子角度。
[0045] 目標(biāo)電流選擇部分1包括通過差值計(jì)算器11、零比較器12、觸發(fā)計(jì)時(shí)器13和14、 與邏輯15、真值選擇器16。q軸電流和最大電流輸入差值計(jì)算器11。差值比較器11的輸 出輸入零比較器12。零比較器12輸出一方面輸入觸發(fā)計(jì)時(shí)器13和14,另一方面和