永磁同步电机功率计算方法、装置、冰箱控制器及冰箱与流程

本发明实施例涉及电机功率计算技术，尤其涉及一种永磁同步电机功率计算技术。

背景技术：

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机。当定子侧通入三相对称电流，由于三相定子在空间位置上相差120°，所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场，转子在旋转磁场中受到电磁力作用运动。

在某种异常情况下，会出现永磁同步电机运行于较高功率，此时电流较大，但又没有达到过流保护值，如果长期运行于此状态，就会导致永磁同步电机的损坏，控制器各元器件寿命大为降低。故目前永磁同步电机要求将功率设定在一定范围内，这就需要找到一种方法，能够较为准确的计算出功率。

目前，功率计算方法是通过增加功率测量模块，永磁同步电机电源线在给永磁同步电机供电之前，先经过功率测量模块进行相关数据采集计算。由于需要增加功率测量模块，增加了永磁同步电机的制造成本。

技术实现要素：

本发明实施例提出一种永磁同步电机功率计算方法、装置、冰箱控制器及冰箱，以有效降低永磁同步电机、冰箱控制器及冰箱的制造成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种永磁同步电机功率计算方法，包括：

获取电机当前三相电流值；

根据当前三相电流值估算电机转速；

根据当前三相电流值、估算电机转速及电机常数计算电机的功率，电机常数与气隙磁通量及转矩常数相关。

第二方面，本发明实施例提供了一种永磁同步电机功率计算装置，包括：

获取模块，用于获取电机在预设功率下的当前三相电流值；

估算模块，用于根据当前三相电流值估算电机转速；

计算模块，用于根据当前三相电流值、估算电机转速及电机常数计算电机的功率，电机常数与气隙磁通量及转矩常数相关。

第三方面，本发明实施例提供了一种冰箱控制器，包括上述实施例提供的永磁同步电机功率计算装置。

第四方面，本发明实施例提供了一种冰箱，包括永磁同步电机和上述实施例提供的冰箱控制器，冰箱控制器控制永磁同步电机运转。

本发明实施例提供了一种永磁同步电机功率计算方法、装置、冰箱控制器及冰箱，该方法仅通过获取电机的三相电流就可以计算出电机的功率，可以在无需增加额外的测量模块的情况下，准确的计算出电机的实际功率，能够实现在不同工况下对电机进行实时功率保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的永磁同步电机功率计算方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一提供的冰箱的永磁同步电机控制方案框图；

图3是本发明实施例二提供的永磁同步电机功率计算方法的流程示意图；

图4是本发明实施例三提供的永磁同步电机功率计算方法的流程示意图；

图5是本发明实施例四提供的永磁同步电机功率计算方法的流程示意图；

图6是本发明实施例五提供的永磁同步电机功率计算方法的流程示意图；

图7是本发明实施例六提供的永磁同步电机功率计算装置的结构示意图；

图8是本发明实施例八提供的冰箱的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的一种永磁同步电机功率计算方法的流程示意图，本实施例可适用于通过使用永磁同步电机的三相电流计算永磁同步电机功率的情况，该方法可以由本发明实施例提供的永磁同步电机功率计算装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现。

如图1所示，永磁同步电机功率计算方法，包括：

S110、获取电机当前三相电流值。

永磁同步电机包括定子和转子两大部分，定子的三相电流分别为I_a、I_b和I_c。三相电流的获取可以通过采样电路实现，采样电路可以由采样电阻构成，也可以由其他电路构成，必要时还可以包括放大电路，对采样后的信号进行放大处理。直接采样的三相电流信号或者经过放大的三相电流信号还可以通过A/D转换器件，转换成数字信号。

S120、根据当前三相电流值估算电机转速。

图2是冰箱的永磁同步电机控制方案框图，如图2所示，根据当前三相电流值估算电机转速具体可以包括：三相电流I_a、I_b和I_c经过CLARK变换得到两相静止α-β坐标系下的I_α和I_β，对I_α和I_β进行PARK变换得到两相旋转d-q坐标系I_d和I_q。再根据I_d和I_q，利用反电动势法估算出电机转速W。

S130、根据当前三相电流值、估算电机转速及电机常数计算电机的功率，电机常数与气隙磁通量及转矩常数相关。

如图2所示，励磁电流其中I_d和I_q是S120中计算出的值。再根据电机功率P＝A×I_S×W计算出永磁同步电机的输出功率。其中，P为电机输出功率，W为S120中估算出的估算电机转速，I_S为前述计算出的励磁电流，A为电机常数，电机常数可以是电机厂家给出的值，也可以是经过测量计算后的值。

本发明实施例提供了一种永磁同步电机功率计算方法，该方法仅通过获取电机的三相电流就可以计算出电机的功率，可以在无需增加额外的测量模块的情况下，准确的计算出电机的实际功率，能够实现在不同工况下对电机进行实时功率保护。

图2中，还包括电机转速的控制方案，包括接收目标转速W*，经过带反馈的PI比例积分调节器生成目标励磁电流I_s*，目标励磁电流I_s*经过正余弦变换得到d-q坐标系下的目标I_d(I_d^*)和目标I_q(I_q^*)，I_d^*和I_q^*分别经过带反馈的PI比例积分调节器后得到d-q坐标系下的目标V_d(V_d^*)和目标V_q(V_q^*)，V_d^*和V_q^*经过PARK逆变换得到α-β坐标系下的目标V_α(V_α^*)和目标V_β(V_β^*)，V_α^*和V_β^*经过SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulation，空间矢量脉宽调制)控制逆变器，进而控制永磁同步电机。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的永磁同步电机功率计算方法的流程示意图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，在获取所述电机当前三相电流值之前，还包括如下步骤：获取所述电机在预设功率下的参考三相电流值和参考电机转速；根据预设功率、参考三相电流值和参考电机转速计算所述电机常数。

相应的，本实施例所提供的永磁同步电机功率计算方法，包括：

S210，获取电机在预设功率下的参考三相电流值和参考电机转速。

在本实施例中，在对永磁同步电机功率计算之前，需要计算电机的电机常数。以提供计算永磁同步电机功率的电机常数。对于不同的永磁同步电机，需要对每台电机都计算其相应的电机常数。该电机参数可以在实验工况下，通过功率、三相电流值和电机转速计算得出。在实验室环境下，可准确的测出在预设功率下的三相电流值和电机转速。示例性的，可以借助于测试台，给电机进行加载使得电机的输出功率达到设定的功率保护值，即预设功率，用示波器或功率仪等测试电流的仪器测出此时电机的参考三相电流值，即参考三相电流值，用转速计等测量转速的仪器测出电机转速，即参考电机转速。

S220、根据预设功率、参考三相电流值和参考电机转速计算所述电机常数。

由电磁功率公式：P＝T_e×Ω 式(1)

其中T_e为电磁转矩，Ω为电机转子的机械角速度，此电磁功率为电动机的电磁转矩对机械负载所作的机械功率，即电机的输出功率。

由电磁转矩公式：T_e＝C_T×φ×I_s 式(2)

其中，C_T为转矩常数，φ为气隙磁通量，I_s为励磁电流。

又

其中，W为电机机械转速，单位为r/min，将式(2)和式(3)代入式(1)可得令电机常数得出电磁功率P＝A×I_S×W，由于电机的损耗功率较小，可以把电机的输出功率近似为电磁功率。即，

电机功率P＝A×I_S×W 式(4)

将电机此时的预设功率值、参考三相电流值及参考电机转速值代入式(4)就可计算出此时的电机常数A值。

S230、获取电机当前三相电流值。

S240、根据当前三相电流值估算电机转速。

S250、根据当前三相电流值、估算电机转速及对应的电机常数计算电机的功率。

本实施例通过增加在设定的功率保护值下测试得出的电机常数A值，用于电机的功率计算，可以提高电机功率计算的精确度。

需要说明的是，步骤：获取所述电机在预设功率下的参考三相电流值和参考电机转速；根据预设功率、参考三相电流值和参考电机转速计算所述电机常数。可以限定在获取所述电机当前三相电流值之前，也可限定在根据预设功率、参考三相电流值和参考电机转速计算所述电机常数之前的任一步骤。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的永磁同步电机功率计算方法的流程示意图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，将所述获取所述电机在预设功率下的参考三相电流值具体优化为：获取所述电机在预设功率下的多个预设转速对应的多个参考三相电流值；将所述根据预设功率、参考三相电流值和参考电机转速计算所述电机常数具体优化为：根据预设功率、多个预设转速对应的多个参考三相电流值和多个预设转速计算多个预设转速对应的多个电机常数；并将根据当前三相电流值、估算电机转速及电机常数计算电机的功率，具体优化为：根据电机估算转速选取对应的电机常数；根据当前三相电流值、估算电机转速及对应的电机常数计算电机的功率。

相应的，本实施例所提供的永磁同步电机功率计算方法，包括：

S310、获取所述电机在预设功率下的多个预设转速对应的多个参考三相电流值。

由于电机常数与气隙磁通量及转矩常数相关，在不同的转速下，电机常数会产生相应的变化。在本实施例中，在对永磁同步电机功率计算之前，需要计算多个预设转速对应的多个电机常数，以提供计算永磁同步电机功率的电机常数。该电机参数可以在实验工况下，通过功率、三相电流值和电机转速计算得出。在实验室环境下，可准确的测出在预设功率下的三相电流值。示例性的，可以借助于测试台，给电机进行加载使得电机的输出功率达到设定的功率保护值，即预设功率，并设定电机分别以不同的预设转速转动，用示波器或功率仪等测试电流的仪器测出每个预设转速对应的电机的三相电流值，即参考三相电流值。

S320、根据预设功率、多个预设转速对应的多个参考三相电流值和多个预设转速计算多个预设转速对应的多个电机常数。

将电机此时的预设功率值、参考三相电流值及预设转速值代入式(4)就可计算出此时的电机常数A值。对多个预设转速下分别进行参考三相电流值的测量和计算就可以得到多个预设转速对应的多个电机常数A的值。

S330、获取电机当前三相电流值。

S340、根据当前三相电流值估算电机转速。

S350、根据电机估算转速选取对应的电机常数。

将电机估算转速和S310中的多个预设转速进行比较，可以选取最接近的预设转速对应的电机常数A的值作为功率计算的电机常数值。

S360、根据当前三相电流值、估算电机转速及对应的电机常数计算电机的功率。

将步骤S350选取的电机常数值代入电机功率计算公式(4)，得出电机的功率。

本实施例通过在多个预设转速下，设定的功率保护值下测试得出的多个电机常数A值，再根据估算电机转速选取合适的电机常数A的值用于电机的功率计算，可以进一步提高电机功率计算的精确度。

需要说明的是，步骤：获取所述电机在预设功率下的多个预设转速对应的参考三相电流值；根据预设功率、多个预设转速对应的多个参考三相电流值和多个预设转速计算多个预设转速对应的电机常数。可以限定在获取电机当前三相电流值之前，也可限定在根据预设功率、参考三相电流值和预设转速计算所述电机常数之前的任一步骤。

可选地，上述永磁同步电机功率计算方法中，预设转速的范围为1200～4200r/min。该转速范围涵盖了永磁同步电机通常情况下的工作转速，仅在该范围内进行电机常数值的测量，减小了测量的工作量。

可选地，上述永磁同步电机功率计算方法中，预设转速为180×M+1200r/min，其中M为大于等于1的整数。通过每隔180r/min测量一个电机常数值，进一步减小了测量的工作量。

实施例四

图5为本发明实施例四提供的永磁同步电机功率计算方法的流程示意图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，将所述获取所述电机在预设功率下的参考三相电流值具体优化为：获取所述电机在预设功率下多个预设电压对应的多个参考三相电流值和参考电机转速；将所述根据预设功率、参考三相电流值和参考电机转速计算所述电机常数具体优化为：根据预设功率、多个参考三相电流值和参考电机转速计算多个预设电压对应的多个电机常数；并将所述根据所述当前三相电流值、估算电机转速及电机常数计算所述电机的功率，进一步优化为：获取电机当前电压值，根据当前电压值选取对应的电机常数；根据当前三相电流值、估算电机转速及对应的电机常数计算所述电机的功率。

相应的，本实施例所提供的永磁同步电机功率计算方法，包括：

S410、获取电机在预设功率下多个预设电压对应的多个参考三相电流值和参考电机转速。

由于电机常数与电机输入电压相关，对于不同的输入电压，电机常数会产生相应的变化。在本实施例中，在对永磁同步电机功率计算之前，需要计算多个预设电压对应的多个电机常数，以提供计算永磁同步电机功率的电机常数。该电机参数可以在实验工况下，通过功率、三相电流值和电机转速计算得出。在实验室环境下，可准确的测出在预设功率下的三相电流值和电机转速。

S420、根据预设功率、多个参考三相电流值和参考电机转速计算多个预设电压对应的多个电机常数。

S430、获取电机当前电压值。

当前电压值的获取可以通过采样电路实现，采样电路可以由采样电阻构成，也可以由其他电路构成。

S440、根据当前电压值选取对应的电机常数。

将S430中获取的当前电压和S410中的多个预设电压进行比较，可以选取最接近的预设电压对应的电机常数A的值作为功率计算的电机常数值。

S450、获取电机当前三相电流值

S460、根据当前三相电流值估算电机转速

S470、根据当前三相电流值、估算电机转速及对应的电机常数计算电机的功率。

将步骤S440选取的电机常数值代入电机功率计算公式，得出电机的功率。

本实施例通过测量多个预设电压下的多个参考三相电流值和参考电机转速，得到多个预设电压对应的多个电机常数，可以防止电压变化导致电流发生变化，从而使得功率计算值误差较小，这样也就使得电机功率计算方法可应用于那些电压不稳定及电压较低的地区。

需要说明的是，步骤：获取电机在预设功率下多个预设电压对应的多个参考三相电流值和参考电机转速；根据预设功率、多个参考三相电流值和参考电机转速计算多个预设电压对应的多个电机常数。可以限定在获取电机当前电压值之前，也可限定在根据当前电压值选取对应的电机常数之前的任一步骤。步骤：获取当前电压值；根据当前电压值选取对应的电机常数。可以限定在获取电机当前三相电流值之前，也可限定在根据预设功率、参考三相电流值和预设转速计算所述电机常数之前的任一步骤。

可选地，上述永磁同步电机功率计算方法中，多个预设电压包括：1.1倍额定电压、0.85倍额定电压或0.73倍额定电压。通过测量前述三个预设电压得到三个电机常数，减小了电机常数测量的工作量。

实施例五

图6为本发明实施例五提供的永磁同步电机功率计算方法的流程示意图。本实施例以上述实施例为基础进行优化，在本实施例中，将所述获取所述电机在预设功率下的参考三相电流值具体优化为：获取所述电机在预设功率、多个预设电压下多个预设转速对应的多组参考三相电流值；将所述根据预设功率、参考三相电流值和参考电机转速计算所述电机常数具有优化为：根据预设功率、多组参考三相电流值、多个预设转速得到多个预设转速和多个预设电压对应的多组电机常数。

相应的，将本实施例所提供的永磁同步电机功率计算方法，包括：

S510、获取所述电机在预设功率和多个预设电压下多个预设转速对应的多组参考三相电流值。

S520、根据预设功率、多组参考三相电流值和多个预设转速得到多个预设转速和多个预设电压对应的多组电机常数。

S530、获取电机当前电压值。

S540、根据当前电压值选取对应的电机常数组。

S550、获取电机当前三相电流值。

S560、根据当前三相电流值估算电机转速。

S570、根据电机估算转速和电机常数组选取对应的电机常数。

S580、根据当前三相电流值、估算电机转速及对应的电机常数计算电机的功率。

本实施例通过测量多个预设电压下多个预设转速的参考三相电流值，得到多组电机常数，进一步扩大了功率计算方法的应用范围，既防止了电压出现的功率计算异常，又增加了功率计算的准确性。

实施例六

本发明实施例提供了一种永磁同步电机功率计算装置，请参考图7，其是本发明实施例六提供的一种永磁同步电机功率计算装置示意图。

所述永磁同步电机功率计算装置，包括：

获取模块61，用于获取电机在预设功率下的当前三相电流值；

估算模块62，用于根据当前三相电流值估算电机转速；

计算模块63，用于根据当前三相电流值、估算电机转速及电机常数计算电机的功率，电机常数与气隙磁通量及转矩常数相关。

本发明实施例提供了一种永磁同步电机功率计算装置，该装置仅通过获取电机的三相电流就可以计算出电机的功率，可以在无需增加额外的测量模块的情况下，准确的计算出电机的实际功率，能够实现在不同工况下对电机进行实时功率保护。

可选地，上述永磁同步电机功率计算装置还包括：

参考数据获取模块65，用于获取电机在预设功率下的参考三相电流值和参考电机转速；电机常数计算模块64，用于根据预设功率、参考三相电流值和参考电机转速计算所述电机常数。

可选地，上述永磁同步电机功率计算装置中，参考数据获取模块用于：

获取电机在预设功率下的多个预设转速对应的多个参考三相电流值；

相应的，电机常数计算模块用于：

根据预设功率、多个预设转速对应的多个参考三相电流值和多个预设转速计算多个预设转速对应的多个电机常数；

计算模块用于：

根据电机估算转速选取对应的电机常数；

根据当前三相电流值、估算电机转速及对应的电机常数计算电机的功率。

可选地，上述永磁同步电机功率计算装置中，预设转速的范围为1200～4200r/min。

可选地，上述永磁同步电机功率计算装置中，预设转速为1200+180M r/min，其中M为大于等于1的整数。

可选地，上述永磁同步电机功率计算装置中，参考数据获取模块用于：

获取电机在预设功率下多个预设电压对应的多个参考三相电流值和参考电机转速；相应的，电机常数计算模块用于：根据预设功率、多个参考三相电流值和参考电机转速计算多个预设电压对应的多个电机常数；计算模块用于：根据当前电压值选取对应的电机常数；根据当前三相电流值、估算电机转速及对应的电机常数计算所述电机的功率。

可选地，上述永磁同步电机功率计算装置中，多个预设电压包括：1.1倍额定电压、0.85倍额定电压或0.73倍额定电压。

本发明实施例所提供的永磁同步电机功率计算装置可用于执行本发明任意实施例提供的永磁同步电机功率计算方法，具备相应的功能模块，实现相同的有益效果。

实施例七

本发明实施例提供了一种冰箱控制器，其特征在于，根据上述永磁同步电机功率计算方法进行功率计算。

实施例八

本发明实施例提供了一种冰箱，请参考图8，其是本发明实施例八提供的一种冰箱的示意图。

一种冰箱71，可以包括永磁同步电机712，还可以包括上述冰箱控制器711，冰箱控制器711控制永磁同步电机712运转。

本发明实施例提供了一种冰箱控制器及冰箱，通过采用永磁同步电机功率计算方法，仅通过获取电机的三相电流就可以计算出电机的功率，因此不需要增加额外的功率测量模块，在实现准确计算电机的实时功率的同时，有效降低了冰箱控制器以及冰箱的制造成本。

显然，本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以通过如上所述的设备实施。可选地，本发明实施例可以用计算机装置可执行的程序来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由处理器来执行，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等；或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。