永磁同步电机退磁保护方法、系统、装置及存储介质与流程

本发明实施例涉及电机技术领域，更具体地说，涉及一种永磁同步电机退磁保护方法、系统、装置以及存储介质。

背景技术：

永磁同步电机的永磁体大多采用钕铁硼等稀土永磁材料，其最大的隐患是发生不可逆退磁，发生不可逆退磁后的永磁同步电机的带载能力将大大减弱，严重时甚至无法运行。

一般情况下，导致永磁同步电机退磁有两个原因：高温和大电流。对于采用变频器控制的永磁同步电机，一般都会有过流保护，防止出现大电流，因此高温是导致永磁同步电机退磁的主要原因。为了防止永磁同步电机退磁，一个可行的方法是实时监测永磁同步电机的温度，当温度到达警戒值时要给出提示并立即停机，从而防止温度进一步升高而导致永磁体退磁。

目前永磁同步电机退磁保护主要通过以下两种方案：

一种方案是，在永磁同步电机的定子上埋入热敏电阻等温度传感器，然后通过引线接入到变频器或者plc(programmablelogiccontroller，可编程逻辑控制器)上以获取永磁同步电机的温度，并根据获取的温度进行退磁保护。但该方案存在有以下两点缺陷：

1)需要额外的接线将检测的温度传递给变频器或者plc，增加了成本，同时如果永磁同步电机离驱动器的距离较远，则存在接线不方便且干扰比较严重的问题，并导致检测的温度不准，增加了误报故障的概率；

2)热敏电阻等温度传感器只能检测永磁同步电机定子的温度，而永磁体是安装在永磁同步电机的转子上，转子和定子的温度差随散热方式、电机运行频率、电流谐波等不同而差异很大，不能简单的数字叠加，所以该方案存在即使定子的温度没有达到预警值但是转子温度非常高，并导致永磁体退磁的情况，从而失去了保护的作用。

另一种方案是，采用电机热模型方式，即通过设置永磁同步电机的详细参数，例如定转子质量、永磁体质量、厚度、接入方式等，再加上运行时的电压、电流来估算永磁同步电机各个模块的温度，从而对永磁电机进行退磁保护。但该方案需要知道详细的永磁同步电机本体信息，这是很多使用者无法提供的，即使提供了这些数据也无法保证提供的数据非常精准，导致估算的温度出现偏差，从而出现误报故障以及无法保护的问题。

综上，现有的永磁同步电机退磁保护方案存在有成本高、接线不便及无法有效防止电机发生退磁，或者需要知道详细的永磁同步电机本体信息，而大多用户无法准确的提供这些数据，导致电机估算温度出现偏差的问题。

技术实现要素：

本发明实施例针对上述永磁同步电机在退磁保护方案中，温度传感器接线复杂、成本高、无法有效防止电机发生退磁，以及热模型方式对设置的参数要求较高且存在估算温度容易出现偏差的问题，提供一种永磁同步电机退磁保护方法、系统、装置及存储介质。

本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种永磁同步电机退磁保护方法，所述永磁同步电机的转子具有永磁体；所述方法包括：

在所述永磁同步电机运行过程中，监测所述永磁同步电机的实时反电动势；

根据所述实时反电动势以及预存的初始参考温度和初始参考反电动势计算得到所述永磁同步电机的实时温度；

在所述实时温度超过预设的退磁预警温度阈值时，输出报警信息并控制所述永磁同步电机停机。

优选地，所述在所述永磁同步电机运行过程中，监测所述永磁同步电机的实时反电动势包括：

在所述永磁同步电机运行过程中，检测所述永磁同步电机的实时运行参数；

根据所述实时运行参数计算所述永磁体的实时磁链；

根据所述实时磁链计算所述永磁同步电机的实时反电动势。

优选地，所述实时运行参数包括所述永磁同步电机的d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id、q轴电流iq以及运行角速度ω，根据所述实时运行参数计算所述永磁体的实时磁链包括：

根据所述实时运行参数按照以下计算式计算得到所述永磁体的实时磁链：

其中，ld是所述永磁同步电机的d轴电感，lq是所述永磁同步电机的q轴电感，r1是所述永磁同步电机的定子电阻，ψf是所述永磁体的实时磁链。

优选地，所述根据所述实时磁链计算所述永磁同步电机的实时反电动势包括：

根据所述实时磁链按照以下计算式计算得到所述永磁同步电机的实时反电动势：

e1＝ψfωs

其中，e1是所述永磁同步电机的实时反电动势；ωs是所述永磁同步电机的额定频率；ψf是所述永磁体的实时磁链。

优选地，所述根据所述实时反电动势以及预存的初始参考温度和初始参考反电动势计算得到所述永磁同步电机的实时温度，包括：

将所述实时反电动势以及所述初始参考温度和所述初始参考反电动势代入以下计算式计算得到所述永磁同步电机的实时温度：

其中，t1为所述永磁同步电机的实时温度，t0为初始参考温度，e0为初始参考反电动势，e1为实时反电动势，kt为永磁体的温度系数。

本发明实施例还提供一种永磁同步电机退磁保护系统，所述永磁同步电机的转子具有永磁体；所述系统包括反电动势监测单元、参考值存储单元、温度获取单元以及故障处理单元，其中：

所述反电动势监测单元，用于在所述永磁同步电机运行过程中，监测所述永磁同步电机的实时反电动势；

所述参考值存储单元，用于存储初始参考温度和初始参考反电动势；

所述温度获取单元，用于根据所述实时反电动势以及初始参考温度和初始参考反电动势计算得到所述永磁同步电机的实时温度；

所述故障处理单元，用于在所述实时温度超过预设的退磁预警温度阈值时，输出报警信息并控制所述永磁同步电机停机。

优选地，所述反电动势监测单元包括信号采样子单元、磁链获取子单元以及反电动势获取子单元，其中：

所述信号采样子单元，用于在所述永磁同步电机运行过程中，检测所述永磁同步电机的实时运行参数；

所述磁链获取子单元，用于根据所述实时运行参数计算所述永磁体的实时磁链；

所述反电动势获取子单元，用于根据所述实时磁链计算所述永磁同步电机的实时反电动势。

优选地，所述信号采样子单元采样的实时运行参数包括所述永磁同步电机的d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id、q轴电流iq以及运行角速度ω；

所述磁链获取子单元按照以下计算式计算得到所述永磁体的实时磁链：

其中ld是所述永磁同步电机的d轴电感，lq是所述永磁同步电机的q轴电感，r1是所述永磁同步电机的定子电阻，ψf是所述永磁体的实时磁链；

所述反电动势获取子单元按照以下计算式计算得到所述永磁同步电机的实时反电动势：

e1＝ψfωs

其中，e1是所述永磁同步电机的实时反电动势；ωs是所述永磁同步电机的额定频率；ψf是所述永磁体的实时磁链；

所述温度获取单元按照以下计算式计算得到所述永磁同步电机的实时温度：

其中，t1为所述永磁同步电机的实时温度，t0为初始参考温度，e0为初始参考反电动势，e1为实时反电动势，kt为永磁体的温度系数。

本发明实施例还提供一种永磁同步电机退磁保护装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器执行的计算机程序，且所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的永磁同步电机退磁保护方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的永磁同步电机退磁保护方法的步骤。

本发明实施例的永磁同步电机退磁保护方法、系统、装置及存储介质，根据永磁同步电机实时在线的反电动势获得永磁体的温度，无需额外装设温度传感器进行温度检测即可进行退磁预警，不仅降低了成本、省去了繁琐的接线，而且无需设置复杂的电机参数，提高了退磁保护的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的永磁同步电机退磁保护方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的永磁同步电机退磁保护方法中监测永磁同步电机的实时反电动势的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的永磁同步电机退磁保护系统的示意图；

图4是本发明实施例提供的永磁同步电机退磁保护系统中反电动势监测单元的示意图；

图5是本发明实施例提供的永磁同步电机退磁保护装置的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

永磁同步电机的转子通常采用钕铁硼永磁材料。对于常用的钕铁硼永磁材料，反电动势和温度有负的线性关系，其温度系数一般为：

kt＝-0.12％k^-1(1)

其中kt为温度系数。也就是说温度每升高100k，永磁同步电机的反电动势会下降12％左右(误差在2％以内)，本发明通过反推永磁同步电机的反电动势，实时在线获得永磁同步电机中永磁体的温度，从而实现对永磁体的退磁保护。

如图1所示，是本发明实施例提供的永磁同步电机退磁保护方法的流程示意图，上述永磁同步电机的转子具有永磁体，且该永磁同步电机退磁保护方法可应用于永磁同步电机的控制装置，例如变频器等，以避免永磁同步电机因高温而退磁。本实施例的永磁同步电机退磁保护方法包括：

步骤s11：在永磁同步电机运行过程中，监测永磁同步电机的实时反电动势。上述永磁同步电机的实时反电动势由转子的旋转而产生，并与转子上永磁体的磁场强度相关。在该步骤中，可以以固定的周期获取上述实时反电动势。

步骤s12：根据永磁同步电机的实时反电动势e1以及预存的初始参考温度t0和初始参考反电动势e0获得永磁同步电机的实时温度。

上述初始参考温度t0和初始参考反电动势e0可作为参数提前存储。例如，可在永磁同步电机运行前(即未设置初始参考温度和初始参考反电动势)，将环境温度(该环境温度可通过温度计等测得，也可根据体感直接获得，且上述环境温度可通过功能码输入到电机控制器的软件系统)存储为初始参考温度t0，并将永磁同步电机运行达到预定转速时的反电动势存储为初始参考反电动势e0。上述预定转速可根据需要进行设置，例如可以为永磁同步电机额定转速的三分之一或一半等(此时永磁同步电机的永磁体的温度与环境温度相差不大)。

当然，在实际应用中，初始参考温度t0和初始参考反电动势e0也可通过其他方式预存到永磁同步电机的控制装置中，只要两者对应即可。

在本发明的一个实施例中，上述永磁同步电机的实时温度t1通过以下计算式计算获得：

其中，e1是永磁同步电机的实时反电动势，kt为永磁体的温度系数。

步骤s13：在上述实时温度t1超过预设的退磁预警温度阈值时，输出报警信息并控制永磁同步电机停机(或使永磁同步电机以安全的运行方式运行)，以便于排查温度过高的原因。上述退磁预警温度阈值可根据永磁体的牌号设置。输出报警信息则可通过电机控制装置的输出装置(例如变频器的人机交互接口、声音输出设备等)输出。

上述永磁同步电机退磁保护方法通过实时在线辨识永磁同步电机的反电动势，并根据反电动势在线估算永磁体的实时温度，无需额外装设温度传感器进行温度检测即可进行退磁预警，不仅降低了成本、省去了繁琐的接线，而且无需设置复杂的电机参数，提高了退磁保护的准确性。

如图2所示，是本发明实施例提供的永磁同步电机退磁保护方法中监测永磁同步电机的实时反电动势步骤的实施例的流程示意图。

步骤s111：在永磁同步电机运行过程中，检测永磁同步电机的实时运行参数。上述实时运行参数为永磁同步电机的运行参数，在实际应用中，可通过采样永磁同步电机的反馈信号获得上述实时运行参数。在闭环矢量控制的永磁同步电机，实时运行参数也可采样永磁同步电机的控制信号获得。具体地，上述实时运行参数可包括永磁同步电机的d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id、q轴电流iq以及运行角速度ω。

步骤s112：根据上述检测获得的实时运行参数获得永磁体的实时磁链。永磁同步电机稳定运行时的电压方程如以下：

其中，ud为永磁同步电机的d轴电压、uq为永磁同步电机的q轴电压、id为永磁同步电机的d轴电流、iq为永磁同步电机的q轴电流以及ω为永磁同步电机的运行角速度，ld是所述永磁同步电机的d轴电感，lq是所述永磁同步电机的q轴电感，r1是所述永磁同步电机的定子电阻，ψf是永磁体的实时磁链。

由于永磁同步电机的d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id、q轴电流iq以及运行角速度ω都可通过采样控制信号或反馈信号获得，而定子电阻r1在永磁同步电机高速运行时电压分量较小，可忽略不计，d轴电感ld、q轴电感lq随温度变化不大，可认为是常量，因此可通过解算上述计算式(3)实时地计算出永磁体实时的磁链。

步骤s113：根据实时磁链计算永磁同步电机的实时反电动势。在获得永磁体的实时磁链后，将永磁体的实时磁链乘以永磁同步电机的额定频率就可以计算出反电动势，即：

e1＝ψf×ωs(4)

e1是永磁同步电机的实时反电动势，ωs是永磁同步电机的额定频率。

如图3所示，本发明实施例还提供一种永磁同步电机退磁保护系统，同样地，永磁同步电机的转子具有永磁体。本实施例中的永磁同步电机退磁保护系统包括反电动势监测单元31、参考值存储单元32、温度获取单元33以及故障处理单元34，上述反电动势监测单元31、温度获取单元33以及故障处理单元34可分别结合运行于电机控制装置(例如变频器等)的硬件上的软件实现，参考值存储单元32则可包括物理存储装置。

上述反电动势监测单元31用于在永磁同步电机运行过程中，监测永磁同步电机的实时反电动势。上述永磁同步电机的实时反电动势由转子的旋转而产生，并与转子上永磁体的磁场强度相关。具体地，反电动势监测单元31可以以固定的周期获取上述实时反电动势。

参考值存储单元32用于存储初始参考温度t0和初始参考反电动势e0。上述初始参考温度t0和初始参考反电动势e0可作为参数，在永磁同步电机第一次运行时进行存储。

具体地，上述初始参考温度t0和初始参考反电动势e0可通过一个设置单元输入到参考值存储单元32。上述设置单元可在永磁同步电机第一次运行时，将环境温度(上述环境温度可通过温度计等测得，也可根据体感直接获得)以功能码的形式存储为初始参考温度，并将永磁同步电机达到预定转速时的反电动势(例如通过反电动势监测单元31获取)存储为初始参考反电动势。

温度获取单元33用于根据永磁同步电机的实时反电动势e1以及参考值存储单元32中的初始参考温度t0和初始参考反电动势e0获得永磁同步电机的实时温度。

具体地，温度获取单元33通过以下计算式计算获得永磁同步电机的实时温度：

其中，t1为永磁同步电机的实时温度，kt为永磁体的温度系数。

故障处理单元34用于在实时温度超过预设的退磁预警温度阈值时，输出报警信息并控制永磁同步电机停机(或使永磁同步电机以安全的运行方式运行)。上述退磁预警温度阈值可根据永磁体的牌号设置。输出报警信息则可通过电机控制装置的输出装置(例如变频器的人机交互接口、声音输出设备等)输出。

如图4所示，是本发明实施例提供的永磁同步电机退磁保护系统中反电动势监测单元31的示意图。该反电动势监测单元31可包括信号采样子单元311、磁链获取子单元312以及反电动势获取子单元313，上述信号采样子单元311、磁链获取子单元312以及反电动势获取子单元313可分别结合运行于电机控制装置(例如变频器等)的硬件上的软件实现。其中：

信号采样子单元用于在永磁同步电机运行过程中，检测永磁同步电机的实时运行参数。该信号采样子单元311可采集(例如通过反馈值采样电路或直接从控制信号处理电路)永磁同步电机的实时运行参数，上述实时运行参数可包括永磁同步电机的d轴电压ud、q轴电压uq、d轴电流id、q轴电流iq以及运行角速度ω。

磁链获取子单元312用于根据实时运行参数计算永磁体的实时磁链。该磁链获取子单元312具体可按照以下计算式计算获得永磁体的实时磁链：

其中ld是永磁同步电机的d轴电感，lq是永磁同步电机的q轴电感，r1是永磁同步电机的定子电阻，ψf是所述永磁体的实时磁链。

反电动势获取子单元313用于根据实时磁链计算永磁同步电机的实时反电动势。该反电动势获取子单元313具体可按照以下计算式计算得到所述永磁同步电机的实时反电动势：

e1＝ψfωs(7)

其中，e1是永磁同步电机的实时反电动势；ωs是永磁同步电机的额定频率。

需要说明的是，本申请实施例提供的上述系统的各个单元，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本申请方法实施例相同，具体内容可参见本申请方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本发明实施例还提供一种永磁同步电机退磁保护装置5，如图5所示，该永磁同步电机退磁保护装置5包括存储器51和处理器52，存储器51中存储有可在处理器52执行的计算机程序，且处理器52执行计算机程序时实现如上所述的一种永磁同步电机退磁保护方法的步骤。

本实施例中的永磁同步电机退磁保护装置5与上述永磁同步电机退磁保护方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如上所述一种永磁同步电机退磁保护方法的步骤。

本实施例中的存储介质与上述永磁同步电机退磁保护方法属于同一构思，其具体实现过程详细见对应的方法实施例，且方法实施例中的技术特征在本设备实施例中均对应适用，这里不再赘述。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述永磁同步电机退磁保护系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的永磁同步电机退磁保护装置方法、系统及装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的永磁同步电机退磁保护系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或界面切换设备、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(read-onlymemory，rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。