一种开关磁阻电机相间短路的检测保护电路及其方法技术

一种开关磁阻电机相间短路的检测保护电路及其方法，设有非对称半桥功率变换器、电流采样电路、电流采样放大电路、微处理器CPU、二输入与门。CPU内置开关磁阻电机相间短路判别算法根据电机运行状态的检测，通过CPU依次对各运行状态所对应的非工作相的下开关功率管触发短路电流检测脉冲，相间短路引起的短路电流串流至非工作相下开关功率管，经过电流采样电路、电流采样放大电路反馈至CPU，与设定的阈值电流的比较作为依据，判断开关磁阻电机发生短路，从而达到开关磁阻电机相间短路保护。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，设有非对称半桥功率变换器、电流采样电路、电流采样放大电路、微处理器CPU、二输入与门。CPU内置开关磁阻电机相间短路判别算法根据电机运行状态的检测，通过CPU依次对各运行状态所对应的非工作相的下开关功率管触发短路电流检测脉冲，相间短路引起的短路电流串流至非工作相下开关功率管，经过电流采样电路、电流采样放大电路反馈至CPU，与设定的阈值电流的比较作为依据，判断开关磁阻电机发生短路，从而达到开关磁阻电机相间短路保护。【专利说明】—种开关磁阻电机相间短路的检测保护电路及其方法
本专利技术涉及非对称半桥功率变换器在开关磁阻电机中的应用，尤其涉及。
技术介绍
开关磁阻电机结构简单坚固，工作可靠，效率高，由其构成的开关磁阻电动机驱动系统与传统交直流调速系统相比，具有许多优点，如:起动转矩大，调速范围宽，控制灵活，可方便实现四象限运行，具有较强的再生制动能力，在宽广的转速和功率范围内都具有高效率，有利于节能降耗；可工作于极高转速；可缺相运行，容错能力强等。非对称半桥功率变换器凭借着各相电路完全独立、控制简单、功率器件耐压低等特性广泛应用于开关磁阻电机控制领域。正是广泛的应用于工业控制领域，可靠性问题尤其凸显。对于非对称半桥功率变换器在开关磁阻电机中的应用，相间短路故障的判别一直缺少一种简单、可靠的方法。已有技术可以在软件控制中内嵌节点能量计算算法，不过这种方法占用的微处理器资源较大，影响控制系统的实时性能。
技术实现思路
本专利技术目的是针对开关磁阻电机相间短路故障的问题，提出一种简单可靠的开关磁阻电机相间短路检测保护电路及其方法。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案:一种开关磁阻电机相间短路的检测保护电路，其特征在于:包括非对称半桥功率变换器、电流采样电路、电流采样放大电路、微处理器CPU和二输入与门，非对称半桥功率变换器的输入连接直流电源，输出连接电流采样电路，电流采样电路输出连接电流采样放大电路，电流采样放大电路输出连接微处理器CPU，微处理器CPU有三路输出，一路输出连接非对称半桥功率变换器，另两路输出连接二输入与门，二输入与门输出反馈信号连接非对称半桥功率变换器；其中:非对称半桥功率变换器包括开关功率管T1、T2、T3、T4、T5、T6，续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6和开关磁阻电机的三相绕组，其中T1、T3、T5定义为上开关功率管，Τ2、Τ4、Τ6定义为下开关功率管，Dl、D3、D5定义为上续流二极管，D2、D4、D6定义为下续流二极管，上开关功率管Tl、Τ3、Τ5的漏极分别连接上续流二极管Dl、D3、D5的阴极并连接直流电源正端，上开关功率管Τ1、Τ3、Τ5的源极分别与下续流二极管D2、D4、D6的阴极连接后接入三相电机绕组一端，三相电机绕组的另一端分别连接下开关功率管T2、T4、T6的漏极和上续流二极管Dl、D3、D5的阳极，下开关功率管T2、T4、T6的源极分别连接下续流二极管D2、D4、D6的阳极；电流采样电路包括电阻Rl、R2、R3，电阻Rl、R2、R3的一端分别连接非对称半桥功率变换器中下开关功率管T2、T4、T6的源极，电阻Rl、R2、R3的另一端连接直流电源负端；电流采样放大电路包括电阻R4、R5运算放大器Ul，运算放大器Ul的正端连接电流采样电路中下开关功率管T2、T4、T6的源极，运算放大器Ul的负端连接电阻R4和R5的一端，电阻R4的另一端接地，电阻R5的另一端与运算放大器Ul的输出端连接并作为电流采样放大电路的输出端；微处理器CPU内嵌脉宽调制PWM模块、输入输出GPIO模块、定时器--Μ模块和模数转换ADC模块，脉宽调制PWM模块输出PWM驱动信号，输入输出GPIO模块输出斩波信号和驱动信号，其中驱动信号连接至非对称半桥功率驱动器中下开关功率管T2、T4、T6的栅极，模数转换ADC模块的输入端连接电流采样放大电路中运算放大器Ul的输出端；二输入与门的两个输入端分别连接微处理器CPU中脉宽调制PWM模块输出的PWM驱动信号和输入输出GPIO模块输出的斩波信号，二输入与门的输出端连接至非对称半桥功率驱动器中上开关功率管T1、T3、T5的栅极。所说非对称半桥功率变换器中的上、下开关管均为金属-氧化物-半导体场效应晶体管。上述开关磁阻电机相间短路的检测保护电路的检测保护方法，其特征在于:针对采用非对称半桥结构作为功率变换器的开关磁阻电机，相数N 3 3，在开关磁阻电机运行期间，微处理器CPU根据内置开关磁阻电机相间短路判别算法，改变下开关功率管的驱动信号，通过输入输出GPIO 口对非工作相的下开关功率管触发短脉冲，电流采样电路测量短脉冲期间非工作相的电流值，通过电流采样放大电路反馈至微处理器CPU，与设定的阈值比较，判断开关磁阻电机发生短路，实现开关磁阻电机相间短路故障的检测保护；开关磁阻电机相间短路判别算法如下:设磁阻电机的三相绕组的工作顺序为C、B、A，当开关磁阻电机 启动，处于CB相工作状态下，通过微处理器CPU获取开关磁阻电机工作状态，捕获电机CB相向B相工作过渡的切换时间点，由输入输出GPIO模块向非工作A相的下开关功率管输出脉宽为Tpulse采样脉冲，脉冲宽度Tpulse由定时器TIM模块配置，模数转换ADC模块接收来自电流采样放大电路的电流采样信号,若C、A两相发生短路，则短路电流串流至非工作相A相下端的采样电阻，采样放大信号大于微处理器CPU设定的短路电流阈值IMf，则说明开关磁阻电机C、A两相发生相间短路，开关磁阻电机停止工作；三相绕组的其他工作顺序情况类推。本专利技术具有如下优点和显著效果:I) CPU内置开关磁阻电机相间短路判别算法根据电机运行状态的检测，通过CPU依次对各运行状态所对应的非工作相的下开关功率管触发短路电流检测脉冲，相间短路引起的短路电流串流至非工作相下开关功率管，经过电流采样电路、电流采样放大电路反馈至CPU，与设定的阈值电流的比较作为依据，判断开关磁阻电机发生短路，从而达到开关磁阻电机相间短路保护。本专利技术在不影响开关磁阻电机正常工作的情况下，大大提高了电机运行过程中发生相间短路的判断能力，对于电机内部短路也有一定的保护能力。2)方法简单，应用系统广泛，无需复杂算法，成本低，可靠性高。3)应用环境广泛，无论轻载还是重载情况下，都可以可靠地判别相间短路。4)软件算法简单，可行性高，无需复杂的硬件电路，可以有效防止相间短路对功率变换器以及电机本体的损伤。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术电路的结构框图；图2是本专利技术电路原理图；图3是开关磁阻电机短路判别算法软件流程图；图4是开关磁阻电机相间短路保护逻辑图；图5是开关磁阻电机发生绕组下端短路时电流流向示意图；图6是开关磁阻电机发生绕组下端短路时相电流示意图；图7是开关磁阻电机发生相间短路时下开关功率管驱动与相电流波形示意图。【具体实施方式】下面结合附图对专利技术的技术方案进行详细说明:如图1所示，本专利技术电路包括非对称半桥功率变换器1、电流采样电路2、电流采样放大电路3、微处理器(CPU)4和二输入与门5，非对称半桥功率变换器I的输入连接直流电源，输出连接电流采样电路2，电流采样电路2输出连接电流采样放大电路3，电流采样放大电路3输出连接微处理器(CPU) 4，微处理器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关磁阻电机相间短路的检测保护电路，其特征在于：包括非对称半桥功率变换器、电流采样电路、电流采样放大电路、微处理器CPU和二输入与门，非对称半桥功率变换器的输入连接直流电源，输出连接电流采样电路，电流采样电路输出连接电流采样放大电路，电流采样放大电路输出连接微处理器CPU，微处理器CPU有三路输出，一路输出连接非对称半桥功率变换器，另两路输出连接二输入与门，二输入与门输出反馈信号连接非对称半桥功率变换器；其中：非对称半桥功率变换器包括开关功率管T1、T2、T3、T4、T5、T6，续流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6和开关磁阻电机的三相绕组，其中T1、T3、T5定义为上开关功率管，T2、T4、T6定义为下开关功率管，D1、D3、D5定义为上续流二极管，D2、D4、D6定义为下续流二极管，上开关功率管T1、T3、T5的漏极分别连接上续流二极管D1、D3、D5的阴极并连接直流电源正端，上开关功率管T1、T3、T5的源极分别与下续流二极管D2、D4、D6的阴极连接后接入三相电机绕组一端，三相电机绕组的另一端分别连接下开关功率管T2、T4、T6的漏极和上续流二极管D1、D3、D5的阳极，下开关功率管T2、T4、T6的源极分别连接下续流二极管D2、D4、D6的阳极；电流采样电路包括电阻R1、R2、R3，电阻R1、R2、R3的一端分别连接非对称半桥功率变换器中下开关功率管T2、T4、T6的源极，电阻R1、R2、R3的另一端连接直流电源负端；电流采样放大电路包括电阻R4、R5运算放大器U1，运算放大器U1的正端连接电流采样电路中下开关功率管T2、T4、T6的源极，运算放大器U1的负端连接电阻R4和R5的一端，电阻R4的另一端接地，电阻R5的另一端与运算放大器U1的输出端连接并作为电流采样放大电路的输出端；微处理器CPU内嵌脉宽调制PWM模块、输入输出GPIO模块、定时器TIM模块和模数转换ADC模块，脉宽调制PWM模块输出PWM驱动信号，输入输出GPIO模块输出斩波信号和驱动信号，其中驱动信号连接至非对称半桥功率驱动器中下开关功率管T2、T4、T6的栅极，模数转换ADC模块的输入端连接电流采样放大电路中运算放大器U1的输出端；二输入与门的两个输入端分别连接微处理器CPU中脉宽调制PWM模块输出的PWM驱动信号和输入输出GPIO模块输出的斩波信号，二输入与门的输出端连接至非对称半桥功率驱动器中上开关功率管T1、T3、T5的栅极。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟锐，朱元钊，刁龙，刘培银，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32