一种永磁电机启动的控制系统和控制方法与流程

本发明属于电机控制，具体涉及一种永磁电机启动的控制系统和控制方法。

背景技术：

1、永磁同步电机因体积小，重量轻，效率高等优点，被广泛地应用于各个领域。因为永磁同步电机的转子为永磁体，所以驱动永磁同步电机时需要给定与永磁体同步的电压信号。对于类似风机，汽车车轮驱动等负载，电机的转子在启动前可能会因为外部的影响会处于三种状态：静止，正转，反转。如何区分这三种状态，一般传统的方法有：在电机上连接位置传感器如编码器，来检测电机的初始状态；或者在电路板上增加电路检测电机相线上的电压来测算电机的初始状态。以上两种方法都需要增加额外的硬件来检测电机的初始状态，在工程应用时成本较高，且可靠性变差。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述问题，提供一种能解决电机启动时准确启动控制的技术问题，且在不增加额外的硬件来检测电机的初始状态，也能达到可靠性的电机启动控制系统和控制方法。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种永磁电机启动的控制系统，包括：控制器模块、检测模块、软件模块和模式转换模块，检测模块用于电机启动前的电压幅值和相位检测，该检测模块能够在启动前检出电机此时作为发电机状态时的电压幅值和相位，软件模块来检测电机启动前的初始状态和运算；模式转换模块用于电机工作在电流模式或电压模式。

3、进一步地，所述该一种永磁电机启动的控制系统，还包括启动保护模块，启动保护模块用于启动电流判断。

4、进一步地，所述该一种永磁电机启动的控制系统，还包括温度判断模块，温度判断模块用以判断电机内部的温度，该温度能够用磁通量φ和定子电阻r推算出来，φ为电机磁通量(wb)，磁通量和电阻的变化在一定的时间内造成id反馈值和iq反馈值与指令值存在差值，当差值超过一定阈值，送出启动故障；此时，降低启动或运行电流，再次启动并进行温度判断，当连续判断次数超过n，即为3或5时，即启动失败。

5、进一步地，所述该一种永磁电机启动的控制系统，还包括云端模块，云端模块存储有电机启动数据，启动温度和启动地域位置，并根据地域位置，进行s次启动后，结合大数据分析，更新电机启动数据。

6、进一步地，所述该一种永磁电机启动的控制系统还包括时间触发模块和报警模块，时间触发模块至少存储有时间t1、t2和t3之一的时间长度，并依据时间段进行一定触发输出；其中，利用软件算法来检测电机的初始状态，如果在电机启动前，让电机工作在电流模式下，并控制电机的电流为0，那么控制器输出的电压与电机的发电电压幅值相同，相位相同；根据控制器输出的电压幅值和相位就可推算出电机的转速和方向。

7、永磁同步电机因外部力在自由转动时会产生三相同步的正弦波电压(类似发电机)。永磁同步电机的额定反电动势计算公式如下：

8、eb＝4.44*φ*f*k*cos(θ)，其中，eb为一相(或三相)电机的额定反电动势(v·s)；φ为电机磁通量(wb)，可通过磁路设计或实测得到；

9、f为电机额定频率(hz)；

10、k为电机功率系数，通常为0.95-0.98，与电机的功率因数有关。

11、故本发明在不增加额外的硬件的基础上，利用软件算法来检测电机的初始状态，如果在电机启动前，让电机工作在电流模式下，并控制电机的电流为0，那么控制器输出的电压与电机的发电电压幅值相同，相位相同。根据控制器输出的电压幅值和相位就可推算出电机的转速和方向。

12、永磁同步电机是一种通常用永磁体作为电动机的转子，通过向永磁体施加交变电流来产生转矩。其转子的磁场和定子上的激励电流同步旋转，因此称为永磁同步电机。常见的永磁同步电机有表面永磁同步电机和内嵌式永磁同步电机两种，其转矩大小与永磁体磁场和定子电流的大小和相位有关。在应用中，需要能够准确计算永磁同步电机额定反电动势。

13、本发明还公开了一种永磁电机启动的控制方法，包括如下步骤：

14、s1、模式转化的步骤，根据电机启动前检测电机的初始状态的步骤，在电机启动前，让电机工作转化到在电流模式下；

15、s2、输出控制的步骤，控制电机的电流为0；

16、s3、电压获取的步骤，在电机的输入电流为0时，获得控制器输出的电压幅值a控和相位θ控角度；

17、s4、逻辑推理的步骤，在电机的输入电流为0时，获得控制器输出的电压幅值a控和相位θ控角度；发电机状态时的电压幅值和相位，依据eb＝4.44*φ*f*k*cos(θ)，根据控制器输出的电压幅值和相位反推算出电机的转速和方向。

18、进一步地，所述一种永磁电机启动的控制方法还包括如下的步骤：将启动电流i分解为d轴电流id和q轴电流值iq；其中，d轴电流id和q轴电流值iq，又进一步分为电流命令值(以^为命令值的标识标志)和电流反馈值(以#为反馈值的标识标志)；该控制d轴电流命令值id^＝0，q轴电流命令值iq^按照最大力矩控制或者pi调节控制确定；该电流反馈值用于校正电机电流输入和电机的控制为闭环控制。

19、进一步地，所述一种永磁电机启动的控制方法，预先设置控制周期t1，包括：控制所述电机的交轴电流的命令值为零；控制所述电机的直轴电流的命令值为零；获取反电动势eb，并推算反电动势的幅值和相位，根据推算的相位和幅值，推算出永磁电机转动的速度和方向。

20、进一步地，所述预先设置控制周期t1后，还设置有一个运行周期t2，在该t2周期内，交轴电流的命令值按照与时间呈a/r*cos(θ)，其中(θ＝t2/l*360，即在0,360之间的数值，l为可调参数用以保证θ在0与360之间的数值)相关的方式变化,其中a为电压幅值，r为定子电阻；或者，预先设置控制周期t1后，还设置有一个运行周期t2，在该t2周期内，直轴电流的命令值按照与时间呈a/r*sin(θ)，其中(θ＝t2/l*360，即在0，360之间的数值，l为可调参数用以保证θ在0与360之间的数值)相关的方式变化，其中a为电压幅值，r为定子电阻。

21、进一步地，所述预先设置控制周期t1后，还设置有一个运行周期t3，在该t3周期内，采用保护启动的步骤，该保护启动的步骤e，该步骤f用以软启动或者降压启动的方式启动电机，其中，软启动是通过逐渐增加电机的电压和电流来解决启动电流大的问题；具体操作是在启动时逐渐增加电机的电压和电流，使电机渐进式启动，减少启动电流峰值，从而起到减少启动冲击的效果；其中，降压启动是通过减小电源电压来解决启动电流大的问题；具体操作是在电机启动前通过降压器逐渐调低电源电压，使电流渐渐上升，从而减少启动电流，采用降压启动时需要考虑电源系统的保护，避免系统电压过低引起其他设备异常；判断启动电流大小的步骤f，该步骤f用于判断启动电流的大小，以防止电机的烧毁。这是因为永磁电机启动时，由于磁通还未建立，内部电阻较小，当电源施加在线圈上时，电流会剧烈上升，导致启动电流较大。这会对电机和系统造成负担，甚至导致电机的烧毁。

22、本发明的有益效果是：本发明所提供的一种永磁电机启动的控制系统和控制方法，解决了永磁电机启动难以确定初始状态的技术问题，还能解决启动时出现的故障，且实现了可靠准确电机的启动控制，还在不增加额外的硬件来检测电机的初始状态并给出了准备判断和确定。同时，本发明所公开的技术方案能够防止电机烧毁，这是因为永磁电机启动时，由于磁通还未建立，内部电阻较小，当电源施加在线圈上时，电流会剧烈上升，导致启动电流较大。这会对电机和系统造成负担，甚至导致电机的烧毁。