[发明专利]基于电压前馈的永磁同步电机端部短路保护装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于电压前馈的永磁同步电机端部短路保护装置及方法。装置包括母线电压滤波器、电压斜率检测器、电压门限判断器、端部短路动作执行器和硬件过流信号阻断器，母线电压滤波器连接在逆变器直流母线上，母线电压滤波器分别与电压斜率检测器、电压门限判断器相连，电压斜率检测器、电压门限判断器都分别与端部短路动作执行器、硬件过流信号阻断器相连。本发明在永磁同步电机发生故障时能够及时切断与控制器的电气连接关系即对端部进行短路，同时相比现有技术解决了端部短路操作时瞬间过充电流过大的问题，以及过压检测滤波延迟较大的问题。

技术领域

本发明涉及一种电机控制技术领域，尤其是涉及一种基于电压前馈的永磁同步电机端部短路保护装置及方法。

背景技术

随着国民经济和科学技术的发展，电机在各行各业中发挥的作用越来越重要。永磁同步电机得益于其设计、制造、控制的方面的诸多优点，广泛应用于各种工业生产生活的场合。加之我国的稀土资源丰富，永磁同步电机的应用市场在我国尤其大。永磁同步电机可由交直轴电感的异同被分为表贴式和内置式，由于内置式永磁同步电机（IPMSM）可在弱磁条件下具有较宽的调速区间，应用较为广泛。

在永磁同步电机特别是车用永磁同步电机的控制中， 往往会遇到一些不可预知的故障以及恶劣工况。在故障等级达到一定程度（过流、过压、失速等）时，有必要迅速地将电机能量快速泻放掉，达到迅速停车的效果。另外，当车用永磁同步电机工作在发电状态，且指令不当或母线主继电器断开等故障发生时，母线电压会陡然上升。当母线电压达到IGBT耐受电压上限时，会立即击穿IGBT。此时即需要进行端部短路保护，才能保证IGBT的安全即整车动力系统的受控。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中遇到故障时电机不能快速泻掉能量和整车动力系统不受控的问题，提供了一种基于电压前馈的永磁同步电机端部短路保护装置及方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于电压前馈的永磁同步电机端部短路保护装置，包括母线电压滤波器、电压斜率检测器、电压门限判断器、端部短路动作执行器和硬件过流信号阻断器，所述母线电压滤波器输入端连接在逆变器直流母线上，所述母线电压滤波器的输出端分别与所述电压斜率检测器的输入端、电压门限判断器的输入端相连，所述电压斜率检测器的输出端分别与所述端部短路动作执行器、硬件过流信号阻断器相连，所述电压门限判断器的输出端分别与所述端部短路动作执行器、硬件过流信号阻断器相连。本发明在永磁同步电机发生故障时能够及时切断与控制器的电气连接关系即对端部进行短路，同时相比现有技术解决了端部短路操作时瞬间过充电流过大的问题，以及过压检测滤波延迟较大的问题。其中母线电压滤波器对逆变器直流母线电压进行滤波处理，将模拟电压采样信号的高频噪声滤除，避免造成端部短路保护动作的误触发。电压斜率检测器可以采用电压斜率电路，用于判断母线电压滤波器输出的滤波后电压的斜率是否过大，包括正向和负向，即设定增量和减量阈值，将上一次母线电压滤波值与当前滤波值做差，将得到的差值与增量阈值比较，当大于增量阈值或小于减量阈值则判断斜率过大，则触发端部短路动作执行器和过流信号阻断器。电压门限判断电路可以采用双电压比较器，如LM339。电压门限用于检测母线电压的绝对值是否高于设定的最大值或最小值，若两种情况任意一种判断为真，则触发端部短路动作执行器和过流信号阻断器。硬件过流信号阻断器采用一块传输芯片，传输芯片的通断使能位连接至主控MCU中，配合端部短路算法来决定硬件过流故障信号是否外发，间接保证了在端部短路过程中，IGBT不可能出现六相断路的情况。端部短路动作执行器就是触发进行短路动作，使逆变器上三桥全通/全断，下三桥全断/全通。