制冷设备、同步电机的检测装置及其失步检测方法与流程

1.本发明涉及电机保护领域，特别是涉及一种制冷设备、同步电机的检测装置及其失步检测方法。


背景技术：

2.同步电机凭借高效率、调速范围广等优点广泛应用于智能设备中。然而在实际运行的过程中，同步电机可能会出现失步现象，导致其产生的功率与预设功率不匹配，甚至会导致破坏设备的严重后果。
3.现有技术中出现了一些检测同步电机的手段，例如，使用各种传感器来检测同步电机是否产生失步，这样方式增加了额外的成本，难以推广。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的旨在克服现有技术中的至少一个缺陷，提供一种制冷设备、同步电机的检测装置及其失步检测方法。
5.本发明一个进一步的目的是要提高同步电机的失步检测的可靠性。
6.本发明另一个进一步的目的是要自同步电机容易发生失步现象及时地检测出失步现象。
7.特别地，本发明提供了一种同步电机的失步检测方法，包括：启动同步电机；识别同步电机处于启动之后的运行事件，运行事件包括匀速运行事件；当识别到同步电机发生匀速运行事件时，判断同步电机的转子反电动势是否处于正常状态；在同步电机的转子反电动势处于正常状态的情况下，分别记录多个连续的预设时间间隔内的同步电机的电流峰值；在多个电流峰值随时间衰减情况下，判定同步电机处于失步状态。
8.可选地，运行事件还包括由匀速运行事件经过加速进入后一次匀速运行的加速运行事件；且识别同步电机处于启动之后的运行事之后的步骤还包括：当识别到同步电机发生加速运行事件时，确定同步电机的警戒电流值；在处于后一次匀速运行的过程中，基于预设时长周期累计同步电机的实时电流低于警戒电流值的总持续时长；根据总持续时长确定同步电机是否处于失步状态。
9.可选地，根据总持续时长确定同步电机是否处于失步状态的步骤还包括：判断总持续时长与预设时长周期的比值是否大于预设比值；若是，则确定同步电机处于失步状态；若否，则确定同步电机处于非失步状态。
10.可选地，警戒电流值为多个电流峰值的算术平均数。
11.可选地，预设比值处于3％至20％之间。
12.可选地，判断同步电机的转子反电动势是否处于正常状态的步骤还包括：检测同步电机的直轴电压vd和交轴电压vq，并计算同步电机的实时转子反电动势v1，其中v1＝√(vd^2 vq^2)；检测同步电机的转子转速ω，并计算转子转速ω对应的理论反电动势v2，v2＝ke
×
ω，ke为同步电机的反电动势常数；判断转子反电动势v1相对于理论反电动势v2的
误差率是否处于预设误差率区间；若是，则确定同步电机处于正常状态；若否，则确定同步电机处于非正常状态，进而判定同步电机处于失步状态。
13.可选地，预设误差率区间具有低阈值和高阈值；低阈值配置成处于5％至15％之间；高阈值配置成处于40％至60％之间。
14.可选地，预设时间间隔配置成30s至120s。
15.特别地，本发明还提供了一种同步电机的检测装置，该检测装置包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的机器可执行程序，并且处理器执行机器可执行程序时实现上述任一项的失步检测方法。
16.特别地，本发明还提供了一种制冷设备，制冷设备包括同步电机以及上述的检测装置。
17.本发明的同步电机检测方法，由于在同步电机匀速运行的过程中采用两次检测手段，首先是根据同步电机的转子反电动势来判定同步电机是否出现失步现象，在首次检测正常的情况下，再根据同步电机的电流值进行二次检测，即对同步电机在多个连续的预设时间间隔内的电流峰值进行比较，在多个电流峰值衰减的情况下判定同步电机处于失步状态，因此这种检测方法能够弥补仅利用转子反电动势判定的不足，提高检测的可靠性。
18.进一步地，本发明的同步电机检测方法，在同步电机由前一次匀速运行经过加速进入后一次匀速运行的事件时，在后一次匀速运行的过程中，基于预设时长周期累计同步电机的实时电流低于警戒电流值的总持续时长，根据累积到的总持续时长与预设时长周期关系判定同步电机是否失步能够及时地检测出同步电机在增加负荷的过程中(容易发生失步现象的阶段)是否发生失步现象，这样进一步提高了检测的可靠性。
19.根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
20.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
21.图1是根据本发明一个实施例的制冷设备的示意性原理图；
22.图2是根据本发明一个实施例的同步电机的失步检测方法的流程图；
23.图3是根据本发明一个实施例的同步电机一个运行场景下的时间与电流的关系图；
24.图4是根据本发明另一个实施例的同步电机的失步检测方法的流程图。
具体实施方式
25.参见图1，图1是根据本发明一个实施例的制冷设备的示意性原理图。本发明提供一种制冷设备，该制冷设备1可以理解成广义上能够产生冷量的设备，例如本领域技术人员所熟知的冰箱、冰柜、空调器等设备。
26.该制冷设备1可包括同步电机10，同步电机10可以为制冷设备1中需要动力源的用电单元提供动力源。例如，在制冷设备1中，该同步电机10可以为压缩机提供动力，以使其能
够压缩冷媒；又例如，该同步电机10还可为空调器、风冷冰箱中的换热风机提供动力源，等等。本领域技术人员可以根据实际需要进行配置。
27.同步电机10一般性地可包括定子和转子，转子上通入直流励磁电流，转子侧会产生一个正弦分布磁场。当同步电机10正常运转时，定子磁场吸引转子磁场以同步转速运转，转子磁场落后于定子磁场，当永磁同步电机10拖动负载运行时，其电磁转矩和负载转矩存在着力矩平衡，当电机转轴上的力矩平衡被破坏时，转子转速和定子转速不再同步，同步电机10可能出现失步现象。同步电机10一旦出现失步现象有可能导致由其驱动的设备无法达到预期效果，甚至可能导致危险事故的发生。
28.在一些实施例中，该制冷设备1还可包括同步电机10的检测装置20，该检测装置20可与同步电机10电性连接，以检测同步电机10在运行的过程中是否失步，一旦检测到同步电机10失步时及时反馈，避免事故的发生。
29.参见图1，进一步地，该检测装置20包括存储器22、处理器24及存储在存储器22上并在处理器24上运行的机器可执行程序220，并且处理器24执行机器可执行程序220时实现一种同步电机10的失步检测方法。
30.参见图2，图2是根据本发明一个实施例的同步电机10的失步检测方法的流程图。具体地，该失步检测方法可包括如下执行步骤：
31.步骤s310、启动同步电机10；
32.步骤s320、识别同步电机10处于启动之后的运行事件，运行事件包括匀速运行事件，该运行事件包括匀速运行事件；
33.步骤s330、当识别到同步电机10发生匀速运行事件时，判断同步电机10的转子反电动势是否处于正常状态；
34.步骤s340、在同步电机10的转子反电动势处于正常状态的情况下，分别记录多个连续的预设时间间隔内的同步电机10的电流峰值；
35.步骤s350、在多个电流峰值随时间衰减情况下，判定同步电机10处于失步状态。
36.由上述可知，同步电机10可以用于驱动制冷设备1中的用电单元，这类用电单元通常既可受用户的主动操作进行启停，还可以受制冷设备1的运行逻辑的进行启停。在步骤s310中，驱动同步电机10的过程同样地既可以是用户的主动操作，还可以是系统的自动控制。在同步电机10的启动过程中，其可以预设输出功率进行驱动。
37.参见图3，图3是根据本发明一个实施例的同步电机10一个运行场景下的时间与电流的关系图。同步电机10在启动之后的运行事件一般性地可包括多个，例如启动事件、匀速运行事件、加速运行事件等。
38.举例说明(需要说明的是，下述举例仅是为了便于描述同步电机10的运行阶段，并代表对该同步电机10作特殊限定)：当同步电机10接收到以某一预定输出功率启动指令后，认为其发生了启动事件(图3中的o-t1时间段)，在发生启动事件时，同步电机10的电流值先上升后下降。随后，同步电机10的实时电流值在该预定输出功率对应的额定电流上下波动，认为其发生了匀速运行事件(图3中的t1-t2时间段)。当用户或者系统提升同步电机10的输出功率时，同步电机10进入由前一个匀速运行经过加速的加速运行，同步电机10的实时电流值随输出功率的增大而逐渐增加(图3中的t2-t3时间段)，当提升至调整后的输出功率时，同步电机10的实时电流值在该调整后输出功率对应的额定电流上下波动，开始进入后
一个匀速阶段(图3中的t3-t4时间段)，此时可认为其发生了加速运行事件。
39.当同步电机10启动后，同步电机10的转子线圈中的磁通量就会发生变化，这样同步电机10的转子就会产生反电动势，同步电机10的转子转速越快，磁通变化就越快，同步电机10的反电动势就越高，因此，同步电机10的转子反电动势与其转子的转速成正比。也就是说，同步电机10正常运转时，随着时间的增加转速不断上升，反向电动势不断上升，当达到目标转速时，转速不变，反向电动势也不变。那么一旦同步电机10出现失步现象，其转子开始下降，同时反向电动势减小。
40.因此，在步骤s330中，首先利用上述性质可以对同步电机10是否失步进行首先检测。当检测到同步电机10的转子反电动势异常时，则判定同步电机10已经处于失步状态，那么此时就可将失步信号发送给同步电机10的供电单元，切断电源，停运同步电机10，避免同步电机10由于失步引起的事故。
41.当检测到同步电机10的转子反电动势正常时，还不能完全断定同步电机10处于非失步状态。由于在步骤s330具体判断过程中需要将转子反电动势v1与理论反电动势v2进行对比(下文介绍步骤s330的具体判断步骤)，而理论反电动势v2引入了同步电机10的反电动势常数，由于反电动势常数是该同步电机10出厂之前得到的经验值，因此，完全根据同步电机10的转子反电动势来判定是否失步还可能不可靠。
42.因此，在步骤s330判定同步电机10的转子反电动势处于正常状态的情况下，还要进行步骤s340和步骤s350，对同步电机10是否失步进行二次检测，以检测的可靠性。
43.具体地，在步骤s340中，分别记录多个连续的预设时间间隔内的同步电机10的电流峰值，该预设时间间隔可以为30s至120s之间任意数值，例如30s、50s、100s、120s等。
44.以图3为例，t1-t2时间段可认为触发了同步电机10的匀速运行事件，将t1-t2时间段以预设时间间隔内划分三个时间周期，即t1-t1时间周期、t1-t2时间周期、t2-t2时间周期，在这三个时间周期内分别提取并记录同步电机10的电流峰值i1、i2、i3。
45.在步骤s350中，可以将这三个电流峰值i1、i2、i3进行比较，判断其是否随着时间推移而衰减，若是，则最终判定同步电机10处于失步状态，若否则最终判定同步电机10处于非失步状态。
46.由于同步电机10一旦出现失步现象，其产生的热量升高，电阻增大，电流减小，因此当三个时间周期内的电流值随时间衰减时，则可以说明同步电机10出现了失步现象，这样可以进一步提高检测的可靠性。
47.在本实施例中，预设时间间隔越多，则记录到的同步电机10的电流峰值数据就越多，这样可以保证采样的多样性，保证检测的可靠性。在一些具体的实施例中，该预设时间间隔的数量还可以配置成不小于3次，也即记录到的同步电机10的电流峰值不小于3个，进一步保证了采样的多样性。
48.综上所述，本发明的同步电机10检测方法在匀速阶段采用两次检测手段，首先是根据同步电机10的转子反电动势来判定同步电机10是否出现失步现象，在首次检测正常的情况下，在根据同步电机10的电流值进行二次检测，即对同步电机10在多个连续的预设时间间隔内的电流峰值进行比较，在多个电流峰值衰减的情况下判定同步电机10处于失步状态，这种检测方法能够弥补仅利用转子反电动势判定的不足，提高检测的可靠性。
49.在一些实施例中，识别同步电机10处于启动之后的运行事之后的步骤还可包括：
50.当识别到同步电机10发生加速运行事件时，确定同步电机10的警戒电流值。该警戒电流值可以表征同步电机10处于后一次匀速运行的最低值。
51.在处于后一次匀速运行的过程中，基于预设时长周期累计同步电机10的实时电流低于警戒电流值的总持续时长。在该步骤中，预设时长周期可根据实际情况配置，例如30s至120s之间任意数值。
52.根据总持续时长确定同步电机10是否处于失步状态。
53.当检测到同步电机10在前一次匀速运行加速运行至后一次匀速运行时，同步电机10的转速提高，电流值上升，当其完成调整后(即加速阶段结束后)，电流值在调整后输出功率对应的额定电流值附近波动。
54.在上述步骤中，累计同步电机10的实时电流低于警戒电流值的总持续时长的过程可采用计时器实现。例如在加速运行结束后，在预设时长周期内，当检测到同步电机10的实时电流值低于警戒电流值时，开始累积计时，当同步电机10的实时电流值高于警戒电流值时，暂停计时，最终完成在预设时长周期内的累积计时任务，得到总持续时长。
55.继续以图3为例，图3中t3-t4时间段表示同步电机10经过加速运行后的后一次匀速运行过程中的预设时长周期，ia表示警戒电流值，t3、t4表示在该预设时长周期中两段同步电机10的实时电流低于警戒电流值的时长，那么t3 t4则为总持续时长。
56.在根据总持续时长确定同步电机10是否处于失步状态时，可以比较上述累积到的总持续时长与预设时长周期的比值是否大于预设比值。若大于预设比值，则说明同步电机10的电流值较小，可能已经出现了失步现象；若小于预设比值，则可认为同步电机10的电流值正常，未出现失步现象。
57.继续以图3为例，在根据总持续时长确定同步电机10是否处于失步状态时，可以判断(t3 t4)/(t4-t3)的比值是否大于预设比值。
58.在一些具体的实施例中，该预设比值还可配置成3％至20％之间任意数值，例如3％、10％、20％等，本领域技术人员可以根据实际情况来配置。
59.进一步地，该同步电机10的警戒电流值还可配置成前一次匀速运行时记录的、多个连续的预设时间间隔内的电流峰值的算术平均数。由于加速后，同步电机10的电流值要比加速前大，因此以多个电流峰值的算术平均数作为警戒电流值，不仅能够保证判断依据的可靠性，而且充分利用之前采集的数据，进一步优化程序，节约资源。
60.下面详细介绍上述实施例中步骤s330判断过程，即判断同步电机10的转子反电动势是否处于正常状态还可包括如下步骤：
61.检测同步电机10的直轴电压vd和交轴电压vq，并计算同步电机10的实时转子反电动势v1，其中
62.检测同步电机10的转子转速ω，并计算转子转速ω对应的理论反电动势v2，v2＝ke
×
ω，ke为同步电机10的反电动势常数。
63.判断转子反电动势v1相对于理论反电动势v2的误差率n是否处于预设误差率区间。
64.若是，则确定同步电机10处于正常状态。
65.若否，则确定同步电机10处于非正常状态，进而判定同步电机10处于失步状态。
66.在上述判断过程中，误差率n＝∣(v2-v1)/v2∣
×
100％。当误差率n处于误差率区间时，可认为实时转子反电动势v1与理论反电动势v2相差不大，处于合理的范围内，此时需要进行二次失步检测；当误差率n超过误差率区间时，则认为实时转子反电动势v1与理论反电动势v2相差较大，判定为失步状态。
67.在一些具体的实施例中，预设误差率区间的低阈值还可配置成处于5％至15％之间，例如5％、10％、15％等。预设误差率区间的高阈值还可配置成处于40％至60％之间，例如40％、50％、60％等。本领域技术人员应当可以理解，在上述低阈值与高阈值范围内分别选择一个合理的点值可以确定出预设误差率区间，例如预设误差率区间可以为5％-40％、12％-50％、15％-60％、5％-55％、15％-50％等。
68.参见图4，图4是根据本发明另一个实施例的同步电机10的失步检测方法的流程图。在一些更加详细的实施例中，该同步电机10的失步检测方法还可通过如下步骤进行：
69.步骤s410、启动同步电机10。
70.步骤s420、判断同步电机10启动之后的运行事件。
71.步骤s420中，当同步电机10发生匀速运行事件时，则进行如下步骤。
72.步骤s432、检测同步电机10的直轴电压vd和交轴电压vq，并计算同步电机10的实时转子反电动势v1。
73.步骤s433、检测同步电机10的转子转速ω，并计算转子转速ω对应的理论反电动势v2。
74.步骤s434、判断转子反电动势v1相对于理论反电动势v2的误差率处于预设误差率区间。
75.若否，则执行步骤s437、判定同步电机10处于非正常状态，进而判定同步电机10处于失步状态，停运同步电机10。
76.若是，则执行步骤s435、记录多个连续的预设时间间隔内的电流峰值。
77.步骤s436、判断多个电流峰值是否随时间衰减。
78.若是，则执行步骤s452、判定同步电机10处于失步状态，停运同步电机10。
79.若否，则执行步骤s454、判定同步电机10处于非失步状态。
80.步骤s420中，当同步电机10发生加速运行事件时，则进行如下步骤。
81.步骤s442、确定同步电机10的警戒电流值。
82.步骤s443、在预设时长周期内，检测同步电机10的实时电流低于警戒电流值的总持续时长。
83.步骤s444、判断总持续时长与预设时长周期的比值是否大于预设比值。
84.若是，则执行步骤s452、判定同步电机10处于失步状态，停运同步电机10。
85.若否，则执行步骤s454、判定同步电机10处于非失步状态。
86.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。