一种提高高压无刷直流电动机工作可靠性与安全性的方法

摘要

本发明提出一种提高高压无刷直流电动机工作可靠性与安全性的方法，通过在电动机控制器工作逻辑中，加入中间软起模块，使得在突加载、过载、堵转情况下，电动机能够逐步增加占空比输出，软起至额定转速，这样可以避免突加载、过载、堵转，转速突降时，电动机控制器驱动电流长时间过大，甚至烧毁的问题，有效降低了控制器过流的风险，提高了产品的可靠性、安全性，并保持了无刷直流电动机如负载变化时，较强的转速恢复能力等其他优点。

说明书

技术领域

本发明属于航空电气设计技术，具体为一种提高高压无刷直流电动机工作可靠性与安全性的方法。

背景技术

目前高压无刷直流电动机控制器采用如图1的控制流程，PI控制图如图2。DSP利用中断的方式，循环进行调速，每次先根据当前转速，计算出所需PWM波占空比；再进入电流限幅，根据当前电流大小，判断是否需要进行占空比限幅，之后将最终所得占空比值送至DSP的PWM控制寄存器中，以得到所需占空比的PWM波输出，来控制电动机的能量输入，保证电动机在不同负载下，保持额定转速。

但该控制逻辑在实际使用中存在一个严重的问题，即当电动机堵转时，由于转速降低，这时PI输出的占空比会由于当前转速与目标转速差值大而增加，而此时电动机转速较低，反电动势较小，这样，高占空比与低转速会导致正向电流增大。转速被压得越低，反电动势越低，导致经过电动机控制器的电流过大，严重时会导致控制器内部功率驱动电路烧毁。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种提高高压无刷直流电动机工作可靠性与安全性的方法，通过在电动机控制器工作逻辑中，加入中间软起模块，使得在突加载、过载、堵转情况下，电动机能够逐步增加占空比输出，软起至额定转速，这样可以避免突加载、过载、堵转时，电动机控制器驱动电流长时间过大，甚至烧毁的问题。

本发明的技术方案为：

所述一种提高高压无刷直流电动机工作可靠性与安全性的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：检测电动机转速以及母线电流，并根据当前转速采用PI控制方式计算出所需PWM波占空比；

步骤2：判断中间软起标志位是否无效，若无效，则进入步骤3，若有效，则进入步骤7；

步骤3：若当前转速≥8000rpm，则直接输出PI控制方式计算的PWM波占空比，并进入步骤10，否则进入步骤4；

步骤4：对电动机转速<8000rpm进行延时确认，当电动机转速在设定的连续若干时间内均<8000rpm，则进入步骤5，在进行延时确认过程中，仍直接输出PI控制方式计算的PWM波占空比进行控制；

步骤5：设置中间软起标志位有效；

步骤6：根据电动机当前转速v，通过以下公式计算占空比限幅变量λ：

然后进入步骤8；

步骤7：占空比限幅变量λ自增0.0736％；

步骤8：判断占空比限幅变量是否≥100％，若否，则直接进入步骤9；若是，则进入中间软起退出延时，并进入步骤9；当达到设定的延时时间后，中间软起标志位清零；

步骤9：：输出占空比为采用PI控制方式计算出的PWM波占空比*占空比限幅变量λ；

步骤10：等待下一检测周期，达到周期时间后，返回步骤1。

有益效果

本发明通过在电动机控制器工作逻辑中，加入中间软起模块，使得在突加载、过载、堵转情况下，电动机能够逐步增加占空比输出，软起至额定转速，这样可以避免突加载、过载、堵转，转速突降时，电动机控制器驱动电流长时间过大，甚至烧毁的问题，有效降低了控制器过流的风险，提高了产品的可靠性、安全性，并保持了无刷直流电动机如负载变化时，较强的转速恢复能力等其他优点。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：现有技术中的控制逻辑示意图；

图2：现有技术中的PI控制图；

图3：加入中间软起的控制逻辑示意图；

图4：占空比限幅变量与转速的关系。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出的提高高压无刷直流电动机工作可靠性与安全性的方法，通过在电动机控制器工作逻辑中，加入中间软起模块，使得在突加载、过载、堵转情况下，电动机能够逐步增加占空比输出，软起至额定转速，这样可以避免突加载、过载、堵转时，电动机控制器驱动电流长时间过大，甚至烧毁的问题。

具体包括以下步骤：

步骤1：检测电动机转速以及母线电流，并根据当前转速采用PI控制方式计算出所需PWM波占空比。

步骤2：判断中间软起标志位是否无效，若无效，则进入步骤3，若有效，则进入步骤7。

步骤3：若当前转速≥8000rpm，则直接输出PI控制方式计算的PWM波占空比，并进入步骤10，否则进入步骤4。

步骤4：对电动机转速<8000rpm进行至少的12ms延时确认，当电动机转速在连续12ms内均<8000rpm，则进入步骤5，在进行延时确认过程中，仍直接输出PI控制方式计算的PWM波占空比。

从附图可以看出，由于当前的一个检测周期是4ms，所以采用的是统计中间软起延时确认变量来进行延时确认的，当中间软起延时确认变量增加到3以上，则表示延时确认完成，如果在延时确认过程中，某一检测周期的转速不小于8000rpm，则将中间软起延时确认变量清零。

步骤5：延时确认完成，设置中间软起标志位有效。

步骤6：根据电动机当前转速v，通过以下公式计算占空比限幅变量λ：

设置占空比限幅变量的目的就是将占空比降低至安全占空比，转速越低，占空比越低，能够保证控制器与电动机不过流；然后进入步骤8。

步骤7：占空比限幅变量λ自增0.0736％；即占空比限幅变量逐次增加(实现中断进入一次，占空比增加一次)。

步骤8：判断占空比限幅变量是否≥100％，若否，则直接进入步骤9；若是，则进行中间软起退出延时，并进入步骤9，当达到设定的100ms延时时间后，中间软起标志位清零。

中间软起退出延时也是通过统计中间软起退出延时变量来实现的，当中间软起退出延时变量达到25之后，即达到设定的100ms延时时间后，中间软起标志位清零。

步骤9：输出占空比为采用PI控制方式计算出的PWM波占空比*占空比限幅变量λ；附图中将当前转速≥8000rpm以及中间软起延时确认中的占空比输出也引到这里，可以认为是占空比限幅变量λ为100％，即直接输出PI控制方式计算的PWM波占空比。

步骤10：等待下一检测周期，达到周期时间后，返回步骤1。

从图3中可以看出，采用本发明加入中间软起的控制器，在突加负载或堵转时，输出占空比由于占空比限幅变量的作用而逐渐增加，使得控制器输出电流也逐步增加，抑制了电流突增或过流的情况，避免了控制器过流的风险。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。