[发明专利]一种伺服电机过热保护方法

说明书

一种伺服电机过热保护方法，将伺服电机看作均质物体，进行过热保护时，首先测定被测电机的热模型参数，然后计算当前工况下的稳态温升Δτ_∞；再计算出当前时刻的温升变化Δτ，判断是否满足过热保护条件。本发明进行电机过热保护时，无需额外的温度传感器，节省了系统成本；传统基于反时限电流过载保护机制，仅考虑了铜耗对温升的影响，本发明的温升建模更接近实际热模型，并兼顾了模型的精度与效率；本发明建模方法简便，通过常规加载测试获取的数据，便可测定热模型的具体参数，建立的热模型结构，易于单片机编程实现，可由伺服系统软件实现电机的过热保护。

技术领域

本发明属于伺服系统故障保护应用领域,涉及伺服电机热模型的测定及过热保护，为一种伺服电机过热保护方法。

背景技术

在伺服系统实际应用中，伺服电机温度过高容易导致定子绕组、磁钢、轴承、光电编码器等关键零部件疲劳，电机绝缘能力的下降，影响伺服电机的使用寿命，严重时直接发生绝缘损坏、绕组短路、电机烧毁等故障。因此必须对伺服电机进行过热保护，以提高伺服系统的安全可靠性。

在定子绕组中内埋热电偶等温度传感器是最常见的过热保护方案，其优点在于可实时监控电机温度并进行保护；缺点在于增加了系统成本、增加了外部接口与接线；传感器本身的可靠性、外部接线的完整性、信号抗干扰性都会影响过热保护的可靠性。

另一种常见的电机过热保护方案是基于I-t或者I²-t反时限的电流过载保护机制，例如中国专利CN102810850A《一种电机运行过载保护方法》和专利申请CN104935224A《交流同步电机及其过载保护方法》；由于过载保护这类方案仅依赖于电流信号，容易出现过热保护时温度偏差比较大的情形。也有通过建立电机热模型来推定电机温度进行电机过热保护的方案，例如中国专利CN103368499A《通过推定的温度进行电动机过热保护的电动机控制装置》，但其仅对电流及其高次谐波引起的铜耗进行建模，但未考虑铁耗、机械损耗等因素的影响。

发明内容

本发明要解决的问题是：针对现有电机过热保护机智存在的缺陷，需要提出新的电机过热保护方法，简化过热保护的系统成本，提高过热保护的准确性。

本发明的技术方案为：一种伺服电机过热保护方法，将伺服电机看作均质物体，温升变化Δτ满足式(1)：

式中Δτ_∞为稳态温升，T_th为热时间常数，t为时间，

根据伺服电机热损耗的构成知识，建立稳态温升与电机电流及转速的关系式(2)：

式中I_rms为电机相电流的有效值，ω_rms为电机转速的有效值，k₁、k₂为正相关系数，λ为指数幂；

进行过热保护时，首先测定被测电机的热模型参数T_th、k₁、k₂和λ，然后根据式(2)计算当前工况下的稳态温升Δτ_∞；再根据式(1)计算出当前时刻的温升变化Δτ，判断是否满足过热保护条件。

所述测定被测伺服电机的热模型参数具体为：

步骤101，使伺服电机工作在额定转速、额定转矩的工况下，记录时间-温升变化数据直至达到热平衡，测定热时间常数T_th；

步骤102，使伺服电机运行在某转速下，选取2～3个转矩点进行加载测试，记录各转矩点下的稳态温升；

步骤103，更换运行转速，重复步骤102；