交流同步电机及其过载保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种交流同步电机及其过载保护方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展，电动机尤其是交流同步电动机在工业生产及人们生活中作为不 可替代的动力和驱动装置应用越来越广泛。由于过载导致电机烧毁的情况时有发生。
[0003] 现有过载保护方法，主要包括：首先判断电机是否发生或将要过载，在判断过载时 采用停机、降低转速或输出功率的方式保护电机。
[0004] 对于判断电机发生或将要发生过载的方法，现有技术中主要包括：
[0005] ①热继电器保护法。热继电器是利用双金属片膨胀性原理研制的。但金属片的离 散性大，需要经常对金属片进行校准。
[0006] ②通过埋设温度传感器直接测温的方法。该方法需要电机厂的配合，目前某些大 型电动机中已埋设了温度传感器，但大部分中小型电动机中还没有埋设温度传感器。
[0007] ③建立电机的热模型。该方法是一种比较切实可行的方法，可实现热累计。目前 在电动机热保护器中采用的多为一阶或二阶的热模型，模型比较简单，但电机热模型中关 键参数的获取相对比较困难。
[0008] ④利用反时限过流来实现过流保护。该方法是通过设定限制线对I_t特性曲线进 行判断来实现热过载保护，但该方法没有反映出热积累效应。
[0009] ⑤利用电机电流的大小进行判断，而采集电机电流会导致计算值滞后。
[0010] 另外，在判断过载发生或将要发生以后，需要限制转速，如果设置转速不当仍会产 生烧毁的情况。
[0011] 因此，现有方法的缺陷主要在于三个方面：1，电流采样时，采集电机电流有滞后 性；2,判断过载时，涉及的电机热模型获取困难；3,对电机转速限制时，设置转速不当仍导 致电机烧毁。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是提供一种同步电机过载保护方法，用以解决电机热模型获取困难 的问题。同时本发明还提供利用上述方法的同步电机。
[0013] 为实现上述目的，本发明的方案包括：
[0014] 交流同步电机过载保护方法，根据电机的电流有效值iq，判断是否过载，若过载 则限制电机转速；判断是否过载的具体步骤包括：对i2q_I%进行零下限积分，并计算积分 结果与发热动作值的差值；同时计算、与I4的差值；比较上述两差值的大小，令较大的一 个为过载启动量；若过载启动量不小于零，则限制电机转速；其中，发热动作值为k(I2ft -I2 tj)，k为设定系数，I#为电机的额定电流，为电机的最大电流。
[0015] 进一步的，通过电流环控制限制电机转速，若过载启动量大于零，则过载保护电流 取给定电流；若过载启动量不小于零，则过载保护速度取校验电流与给定电流的较小值； 其中，过载保护电流是经过载保护方法计算出的电流给定值；校验电流是根据额定电流、最 大电流和电流有效值的校验产生的。
[0016] 进一步的，校验电流是目标电流与电流有效值的差值经过PID调节产生的；其中， 目标电流在q轴电流大于最大电流且持续时间小于设定时间的情况下，取最大电流，在持 续时间大于等于设定时间情况下，取额定电流。
[0017] 进一步的，所述设定时间为2s。
[0018] 本方面还提供了一种交流同步电机，交流同步电机包括控制器，控制器根据过载 保护方法确定过载保护电流，所述过载保护电流是经过载保护方法计算出的电流给定值。
[0019] 本发明在判断过载时（即过载启动条件），体现了热积累效应，而且不需要借助现 有方法中的难以获取的电机参数（除电流有效值以外的参数），从而解决了获取电机热模 型苦难的问题。
[0020] 在对电机转速限制时，还计算出校验速度，避免不当的设置导致电机烧毁。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明过载保护方法实施例同步电机控制系统框图；
[0022] 图2是本发明过载保护方法实施例过载保护方法的原理图；
[0023] 图3是本发明过载保护方法实施例过载保护逻辑结构图；
[0024] 图4是本发明过载保护方法实施例过载保护程序流程图。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0026] 过载保护方法实施例
[0027] 交流同步电机电流有效值计算方法，利用两相实时电流进行计算，在使用时，只需 采集任两相电流。比如a、b相，则电流有效值计算部分通过以下公式实现
[0028]
[0029] 其中ia、ib为a、b相电流，0为电机转子角度，iq为q轴电流，S卩为电流有效值。
[0030] 以上是获取有效电流的一种计算方式，也可以采用现有技术中的其他计算方式。
[0031] 如图1所示，采集任两相电流，计算电流有效值iq(如以上实施例）；根据计算出 的电流有效值（根据电流有效值，但并不仅根据电流有效值，还包括电机参数和其他检测 值），判断是否过载，若过载则限制电机转速。
[0032] 由于过载保护首先需要检测电流有效值才能进行后续的判断和处理，上述计算方 式能够迅速检测出电流有效值有助于后续处理，避免因电流采集的滞后性而使过载保护不 及时导致电机烧毁。
[0033] 根据同步控制方式的不同，限制电机转速有不同的具体表现形式，比如同步电机 采用电压外环电流内环的控制方式，限制电机转速最终转化为对电流的控制。比如转速外 环电流内环的控制方式，限制电机转速最终也转化为对电流的控制。关于限制电机转速，现 有技术中有多种方式。
[0034] 如图2,根据过载启动条件，若符合过载启动条件，则过载保护电流取校验电流，若 不符合过载启动条件，则过载保护电流取给定电流。其中，给定电流是外环提供的给定电 流，过载保护电流是经过过载保护方法确定的电流给定值，如图1所示，经过转速外环产生 的给定电流经过过载保护转化为过载保护电流。
[0035] 如图2、3、4给出了一种优选的方式，在上述两个方面一一判断过载的方式和对电 机转速限制的方式，都采用了优化的、不同于现有技术的方式：在判断过载时（即过载启动 条件），体现了热积累效应，而且不需要借助现有方法中的难以获取的电机参数（除电流有 效值以外的参数），体现在图2中的过载启动条件；在对电机转速限制时，计算出校验速度， 避免不当的设置导致电机烧毁，体现在图2中校验电流与给定电流的比较。
[0036] 具体的，交流同步电机过载保护方法，包括q轴电流折算部分、目标电流选择部分 1、PID控制器2,过载保护启动部分3共四部分。
[0037] 电流有效值计算部分通过以下公式实现
[0038]
[0039] 其中ia、ib为a、b相电流，0为电机转子角度。
[0040] 目标电流选择部分1包括通过差值计算器11、零比较器12、触发计时器13和14、 与逻辑15、真值选择器16。q轴电流和最大电流输入差值计算器11。差值比较器11的输 出输入零比较器12。零比较器12输出一方面输入触发计时器13和14,另一方面和触发计 时器13和14的输出一起输入与逻辑15。与逻辑15的输出作为判据输入真值选择器16， 当判据为真时真值选择器16输出最大电流，当为假时输出额定电流。
[0041]目标电流选择部分1实现的功能为：目标电流在q轴电