一种永磁同步电机驱动电路的自动检测系统和方法与流程

1.本发明涉及永磁同步电机检测技术领域，特别涉及一种永磁同步电机驱动电路的自动检测系统和方法。


背景技术：

2.svpwm和转子磁场定位一般用在磁链调制和调速控制上面，在驱动电路的功能性检测方面运用较少。
3.变频器的驱动电路使永磁同步电机能够正确地控制信号，如pwm输出信号，实际生产中通常通过示波器人工抓取各个驱动环节的节点信号来判断哪一路驱动电路无法工作，效率较低，自动化程度不够。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题之一在于针对现有永磁同步电机驱动电路所存在的不足而提供一种永磁同步电机驱动电路的自动检测系统。
5.本发明所要解决的技术问题之二在于针对现有永磁同步电机驱动电路所存在的不足而提供一种永磁同步电机驱动电路的自动检测方法。
6.为了实现上述发明目的，本发明的一种永磁同步电机驱动电路的自动检测系统，包括中央处理芯片、反相器驱动电路、光耦隔离电路、反相器驱动输出电路、功率控制模块，所述中央处理芯片输出六路驱动信号，经反相器驱动电路后进入所述光耦隔离电路，再经过反相器驱动输出电路进入所述功率控制模块，输出三相电压给永磁同步电机，其特征在于，还包括一传感器，所述传感器测量所述永磁同步电机的三相电流信号反馈至所述中央处理芯片。
7.在本发明的一个优选实施例中，所述中央处理芯片为dsp。
8.在本发明的一个优选实施例中，所述传感器为电流传感器。
9.本发明的一种永磁同步电机驱动电路的自动检测方法，包括如下步骤：
10.步骤1：中央处理芯片使用电流环发送pwm信号控制永磁同步电机驱动电路；
11.步骤2：定位永磁同步电机转子到指定的角度，使得两次角度定位能够完成永磁同步电机驱动电路中的6路驱动回路的导通；
12.步骤3：通过三相的反馈电流方向和预先设定的判断阈值来判断永磁同步电机驱动电路的6路驱动回路是否运行正常；
13.步骤4：将驱动电路的状态反馈给上位机。
14.在本发明的一个优选实施例中，所述中央处理芯片输入的参考电流是两相同步坐标系，所述中央处理芯片中的电流控制器输出控制电压经坐标变换为两相静止坐标，再经过所述中央处理芯片中的svpwm转换成六路三相pwm驱动信号输出，经所述永磁同步电机驱动电路中的反相器驱动电路后进入所述永磁同步电机驱动电路中的光耦隔离电路，再经过永磁同步电机驱动电路中的反相器驱动输出电路进入所述永磁同步电机驱动电路中的功
率控制模块，输出三相电压给永磁同步电机。
15.在本发明的一个优选实施例中，步骤3中的反馈电流通过一电流传感器进行采样，所述电流传感器采样永磁同步电机三相的反馈电流，再通过三相静止坐标系转换为两相同步坐标系，将采样三相的反馈电流反馈至中央处理芯片构成回路。
16.在本发明的一个优选实施例中，将两相同步坐标系转换到三相静止坐标系的步骤如下：
17.步骤1：从两相同步坐标系转换为两相静止坐标系；
18.步骤2：将两相静止坐标系转换为三相静止坐标系。
19.由于采用了如上的技术方案，本发明将svpwm和转子磁场定位用在驱动电路的功能性检测上，来完成对于永磁同步电机驱动电路的自动检测。本发明着力于通过软件算法去检测永磁同步电机驱动电路的运行状态，而传统上一般通过人工对监测点位的电平进行测试，从而提升了检测效率，能够快速确定驱动电路的故障，反馈给上位机。
附图说明
20.图1为本发明永磁同步电机的驱动系统原理示意图。
21.图2为本发明永磁同步电机驱动电路的自动检测方法模型示意图。
22.图3为从dq坐标系转换到αβ坐标系的示意图。
23.图4为从αβ坐标系转换到abc坐标系的示意图。
24.图5为本发明ipm简图。
25.图6为实际测试三相相电流图像示意图一。
26.图7为实际测试三相相电流图像示意图二。
27.图8为v相上桥臂导通，uw下桥臂导通时的驱动端的电路简图。
28.图9为三相电压合成的空间电压矢量示意图。
29.图10为永磁同步电机驱动电路的自动检测方法流程示意图。
具体实施方式
30.以下结合附图和具体实施方式来进一步描述本发明。
31.参见图1，图中所示的永磁同步电机的驱动系统中，中央处理芯片(dsp)的六路驱动管脚pwm1-pwm6分别输出六路驱动信号，经反相器驱动电路后进入光耦隔离电路，再经过反相器驱动输出电路进入功率控制模块(ipm),输出三相电压给永磁同步电机，传感器(sensor)测量三相电流信号反馈给dsp。
32.在进行永磁同步电机转子磁场定向控制(foc)的时候，工业上一般使用的是两相同步坐标系，选择两相同步坐标系的目的是方便永磁同步电机实现解耦，等效成直流电机去控制，这就要求坐标系要从三相静止坐标系(即abc坐标系)转换到两相同步坐标系下(即dq坐标系)，参见图2，即dsp输入的参考电流ir是两相同步坐标系，电流控制器(acr)输出控制电压经坐标变换为两相静止坐标(即αβ坐标系)，再经过svpwm转换成三相pwm信号输出给永磁同步电机，电流传感器(sensor)采样三相电流信号，再通过将三相静止坐标系(即abc坐标系)转换为两相同步坐标系(即dq坐标系)，将采样的电流反馈构成回路。
33.两相同步坐标系转换到三相静止坐标系需要经历两个步骤，参见图3，第一步是从
两相同步坐标系转换到两相静止坐标系，即从dq坐标系转换到
∝
β坐标系,依据几何关系，得到反park变换。
[0034][0035]
再将两相静止坐标系转换为三相静止坐标系，参见图4，即从αβ坐标系转换到abc坐标系，依据几何关系，得到反clarke变换：
[0036][0037]
当为等功率变换，m
′
＝1为等幅值变换
[0038]
综上所述，从dq坐标系到abc坐标系的变换矩阵为
[0039][0040]
采用lq＝0控制，即转子角度定位时，得到：
[0041][0042]
如图5的ipm的简图，pn为母线正负端，共有三相六个驱动桥臂(igbt)，每相上下两个，配续流二极管(fly-wheel diode)，永磁同步电机用电感等效，接法为y-n。
[0043]
由图5可知，要测试到六路驱动信号是否导通，需要分别给三相电路正负两个方向的电流，当一相电流为正向的时候为ipm上桥臂导通，该相电流由驱动电路上桥臂流入永磁同步电机；当一相电流为负向的时候为ipm下桥臂导通，该相电流由永磁同步电机流入驱动电路下桥臂，那么就转化成了一个数学问题，如何通过两次定位角度来实现测试驱动电路的六路都导通一次，下面给出两种思路：
[0044]
思路一：
[0045]
定义方案为
[0046]
相\电流方向\次数第一次第二次a＞0＜0b＜0＞0c＜0＞0
[0047]
即满足
[0048][0049]
即需要求解上述约束条件，
[0050]
举一实施例，假定定位的转子角度要求在，那么，
[0051]
第一次定位，选取
[0052]
①
自动满足，
[0053]
②
得到
[0054]
③
在该区间也同样成立，因为sinθ，cosθ均大于0；
[0055]
第二次定位，选取
[0056]
(4)自动满足，
[0057]
(5)在该区间也同样成立，因为alnθ＞0，cosθ＜0，
[0058]
(6)得到
[0059]
假定第一次定位选择0
°
，第一次定位选择165
°
，则，
[0060]
计算165
°
的三角函数的时候，需要用到半角公式，即：
[0061][0062][0063]
正负取决于角所在位置，
[0064]
则
[0065][0066][0067]
可得到如下表格
[0068][0069][0070]
参见图6，第一次的实际测试三相相电流图像为转子定位在0
°
，参见图7第二次的实际测试三相相电流图像为转子定位在165
°
。
[0071]
从这个实施例中可以看到两次定位确保了六个驱动支路都完成了导通，即进行了自动检测工作。通过三相的反馈电流方向和设定的判断阈值来判断6路驱动回路是否运行正常，并且将驱动电路的状态反馈给上位机。
[0072]
思路二：
[0073]
依据许金博在文献(空间电压矢量调制svpwm技术)所述svpwm空间矢量合成关系来确定定位角度，由于驱动电路三相桥臂共有6个开关管，为了研究各相上下桥臂的不同开关闭合时输出的空间矢量，定义开关函数s
x
(a，b，c)，当a，b，c任一等于1时表示所在相的上桥臂导通，等于0时表示所在相的下桥臂导通，则三相共有8种开关组合，包括6个非零矢量s1(0，0，1)，s2(0，1，0)，s3(0，1，1)，s4(1，0，0)，s5(1，0，1)，s6(1，1，0)，和两个零矢量s0(0，0，0)和s7(1，1，1)，以s2(0，1，0)为例，其驱动端的电路简图为图8
[0074]
依图8可得，
[0075]usn-u
cn
＝u
de
[0076]usn-u
an
＝u
ds
[0077]uan
u
sn
u
cn
＝0
[0078]
可解得
[0079][0080]
同理可计算出其他各种组合下的空间电压矢量，如下表所示，
[0081][0082][0083]
依据三相的空间相位关系，可以得到图9，是一个正六边形，其中非零矢量的幅值相同，相邻的矢量间隔60
°
,而两个零矢量幅值为零，位于中心。
[0084]
通过将转子定位到s1/s6，s2/s6,s3/s4这三组任一组角度互成180
°
，均可以实现对6个驱动回路的侦测，通过三相的反馈电流方向和设定的判断阈值来判断6路驱动回路是否运行正常，并且将驱动电路的状态反馈给上位机。
[0085]
参见图10，永磁同步电机驱动电路的自动检测方法，包括如下步骤：
[0086]
步骤1：中央处理芯片使用电流环发送pwm信号控制永磁同步电机驱动电路；
[0087]
步骤2：定位永磁同步电机转子到指定的角度，使得两次角度定位能够完成永磁同步电机驱动电路中的6路驱动回路的导通；
[0088]
步骤3：通过三相的反馈电流方向和预先设定的判断阈值来判断永磁同步电机驱动电路的6路驱动回路是否运行正常；
[0089]
步骤4：将驱动电路的状态反馈给上位机。