用于交流同步电机的磁场控制系统及其控制方法

1.本发明涉及电机磁场控制技术领域，具体为用于交流同步电机的磁场控制系统及其控制方法。


背景技术：

2.同步电机，和感应电机（即异步电机）一样是一种常用的交流电机。同步电机是电力系统的心脏，它是一种集旋转与静止、电磁变化与机械运动于一体，实现电能与机械能变换的元件，其动态性能十分复杂，而且其动态性能又对全电力系统的动态性能有极大影响。电机在设备控制领域也至关重要，其中电机内的磁场控制也越来越重要。
3.但是在现有技术中，无法判定周边环境磁场对电机的影响，导致磁场控制效率低下且不准确；在磁场控制前，无法准确判断磁铁状态是否达到饱和，无法确定电机规格是否使用准确，导致电机的使用效率降低，同时电机规格不合理匹配使用容易造成电机使用寿命降低，且运行成本增加。
4.针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。


技术实现要素：

5.本发明的目的就在于提出用于交流同步电机的磁场控制系统及其控制方法，对电机周边环境的磁场进行分析，判断周边环境的磁场对电机磁场的影响，提高电机内磁场检测的准确性，同时能够准确分析出电机的运行状态，防止周边磁场影响电机磁场，导致电机的管控性降低，间接提高了电机运行成本且降低了电机的运行效率；分析电机内磁铁状态，从而判断磁铁磁性是否达到饱和，有利于检测电机规格是否适合当前场景，提高了电机的工作效率，防止出现电机未合理匹配，导致电机的使用寿命降低且电机的工作效率降低；根据电机的运行需求对磁场进行控制，提高了电机运行的高效性。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：用于交流同步电机的磁场控制系统，包括电机磁场控制平台，电机磁场控制平台内设置有服务器，服务器通讯连接有磁场分析单元、环境分析单元、电机分析单元以及磁场控制单元；通过电机磁场控制平台对电机的磁场进行控制，服务器生成环境分析信号并将环境分析信号发送至环境分析单元，环境分析单元接收到环境分析信号后，对电机周边环境的磁场进行分析，判断周边环境的磁场对电机磁场的影响，生成环境分析异常信号或者环境分析正常信号并将其发送至服务器；服务器接收到环境分析正常信号后，生成电机分析信号并将电机分析信号发送至电机分析单元，电机分析单元接收到电机分析信号后，对电机的运行状态进行分析，判断电机运行是否正常；生成电机运行异常信号或者电机运行正常信号，并将其发送至服务器；服务器接收到电机运行正常信号后，生成磁场分析信号并将磁场分析信号发送至磁场分析单元，磁场分析单元用于对电机内磁铁进行分析，分析电机内磁铁状态，从而判断磁铁磁性是
否达到饱和；生成电机规格不合适信号或者电机规格合适信号并将其发送至服务器；服务器接收到电机规划合格信号，生成磁场控制指令并将磁场控制指令发送至磁场控制单元，通过磁场控制单元对电机的磁场进行控制。
7.进一步地，环境分析单元的分析过程如下：设置检测时间，将检测时间划分为i个子时间点，采集到各个子时间点对应环境内磁场强度，根据各个子时间点的磁场强度构建环境磁场集合，采集到环境磁场集合内最大磁场强度差值，通过环境磁场集合内各个子集采集到检测时间内环境平均磁场强度，并将各个子集对应子时间点的环境磁场强度与环境平均磁场强度进行比较：若环境磁场集合内子集对应子时间点的环境磁场强度大于环境平均磁场强度，则将对应子集标记为正浮动磁场强度；若环境磁场集合内子集对应子时间点的环境磁场强度小于环境平均磁场强度，则将对应子集标记为负浮动磁场强度；采集到检测时间内各个子时间点对应正浮动磁场强度和负浮动磁场强度的数量；通过分析获取到检测时间内环境磁场分析系数xi，将检测时间内环境磁场分析系数xi与环境磁场分析系数阈值进行比较：若检测时间内环境磁场分析系数xi≥环境磁场分析系数阈值，则判定环境分析异常，生成环境分析异常信号并将环境分析异常信号发送至服务器；若检测时间内环境磁场分析系数xi＜环境磁场分析系数阈值，则判定环境分析正常，生成环境分析正常信号并将环境分析正常信号发送至服务器。
8.进一步地，电机分析单元的分析过程如下：采集到实时电机外壳的温度值和温度变化浮动值，采集到电机转子速度与定子旋转磁场速度的波动间隔时间；通过分析获取到电机运行分析系数fx，将电机运行分析系数与电机运行分析系数阈值进行比较：若电机运行分析系数≥电机运行分析系数阈值，则判定对应电机运行分析不合格，生成电机运行异常信号并将电机运行异常信号发送至服务器；若电机运行分析系数＜电机运行分析系数阈值，则判定对应电机运行分析合格，生成电机运行正常信号并将电机运行正常信号发送至服务器。
9.进一步地，磁场分析单元的分析过程如下：采集到电机内部磁铁的磁畴，采集到各个磁畴的移动频率以及磁畴对应方向改变频率，并将各个磁畴的移动频率以及磁畴对应方向改变频率分别与磁畴移动频率阈值和磁畴方向改变频率阈值进行比较：若各个磁畴的移动频率大于磁畴移动频率阈值，且磁畴对应方向改变频率大于磁畴对应方向改变频率，则判定对应磁铁运行合格；若各个磁畴的移动频率小于磁畴移动频率阈值或者磁畴对应方向改变频率小于磁畴对应方向改变频率，则判定对应磁铁运行不合格；电机内磁铁运行合格时，采集磁铁对应相同方向的磁畴数量，若磁铁对应相同方向的磁畴数量大于相同方法的磁畴数量阈值，则判定磁铁的磁场强度到达饱和，实时检测电机需求输出电流与实际输出电力，若需求输出电流大于实时输出电力，则判定对应电机
规格不合适，生成电机规格不合适信号并将电机规格不合适信号发送至服务器；若需求输出电流小于实时输出电力，，则判定对应电机规格合适，生成电机规格合适信号并将电机规格合适信号发送至服务器。
10.进一步地，磁场控制单元的控制过程如下：采集到电机的运行转向和电机控制设备的传动方向，并将电机的运行转向和电机控制设备的传动方向分别标记为电机正转向和设备正传动；若设备正传动到达传动限位，则生成方向改变指令并将控制电机磁场反向旋转，并将对应运行转向标记为电机反转向，将对应设备的传动方向标记为设备负传动；采集到设备正传动到达传动限位的时刻和控制电机磁场反向旋转的时刻，并根据设备正传动到达传动限位的时刻和控制电机磁场反向旋转的时刻采集到反应时长，若反应时长大于反应时长阈值，则判定磁场控制不合格，生成磁场控制不合格信号并将磁场控制不合格信号发送至服务器；若反应时长小于反应时长阈值，则判定磁场控制合格，生成磁场控制合格信号并将磁场控制合格信号发送至服务器；对电机控制设备的传动速度进行分析，若电机控制设备的传动速度大于传动速度阈值，则生成磁场强度降低信号并对电机内的磁场强度进行降低，从而控制电机的输出电流降低，将电机控制设备的传动速度进行降低；若电机控制设备的传动速度小于传动速度阈值，则生成磁场强度增强信号并对电机内的磁场强度进行升高，从而控制电机的输出电流升高，将电机控制设备的传动速度进行加快。
11.进一步地，用于交流同步电机的磁场控制方法，具体磁场控制方法步骤如下：通过电机磁场控制平台对电机的磁场进行控制，服务器生成环境分析信号并将环境分析信号发送至环境分析单元，环境分析单元接收到环境分析信号后，对电机周边环境的磁场进行分析，判断周边环境的磁场对电机磁场的影响，生成环境分析异常信号或者环境分析正常信号并将其发送至服务器；服务器接收到环境分析正常信号后，生成电机分析信号并将电机分析信号发送至电机分析单元，电机分析单元接收到电机分析信号后，对电机的运行状态进行分析，判断电机运行是否正常；生成电机运行异常信号或者电机运行正常信号，并将其发送至服务器；服务器接收到电机运行正常信号后，生成磁场分析信号并将磁场分析信号发送至磁场分析单元，磁场分析单元用于对电机内磁铁进行分析，分析电机内磁铁状态，从而判断磁铁磁性是否达到饱和；生成电机规格不合适信号或者电机规格合适信号并将其发送至服务器；服务器接收到电机规划合格信号，生成磁场控制指令并将磁场控制指令发送至磁场控制单元，通过磁场控制单元对电机的磁场进行控制。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明中，对电机周边环境的磁场进行分析，判断周边环境的磁场对电机磁场的影响，提高电机内磁场检测的准确性，同时能够准确分析出电机的运行状态，防止周边磁场影响电机磁场，导致电机的管控性降低，间接提高了电机运行成本且降低了电机的运行效率；对电机的运行状态进行分析，判断电机运行是否正常，在电机运行正常的前提下进行磁场控制，防止电机运行异常下控制磁场，导致控制成本白白浪费；分析电机内磁铁状态，从而判断磁铁磁性是否达到饱和，有利于检测电机规格是否适合当前场景，提高了电机的工作效率，防止出现电机未合理匹配，导致电机的使用寿命
降低且电机的工作效率降低；根据电机的运行需求对磁场进行控制，提高了电机运行的高效性。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
15.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.如图1所示，用于交流同步电机的磁场控制系统，包括电机磁场控制平台，电机磁场控制平台内设置有服务器，服务器通讯连接有磁场分析单元、环境分析单元、电机分析单元以及磁场控制单元；电机磁场控制平台用于对电机的磁场进行控制，服务器生成环境分析信号并将环境分析信号发送至环境分析单元，环境分析单元接收到环境分析信号后，对电机周边环境的磁场进行分析，判断周边环境的磁场对电机磁场的影响，提高电机内磁场检测的准确性，同时能够准确分析出电机的运行状态，防止周边磁场影响电机磁场，导致电机的管控性降低，间接提高了电机运行成本且降低了电机的运行效率，具体分析过程如下：设置检测时间，将检测时间划分为i个子时间点，采集到各个子时间点对应环境内磁场强度，并将各个子时间点对应环境内磁场强度标记为cqdi；根据各个子时间点的磁场强度构建环境磁场集合，采集到环境磁场集合内最大磁场强度差值，并将环境磁场集合内最大磁场强度差值标记为qczi；通过环境磁场集合内各个子集采集到检测时间内环境平均磁场强度，并将各个子集对应子时间点的环境磁场强度与环境平均磁场强度进行比较：若环境磁场集合内子集对应子时间点的环境磁场强度大于环境平均磁场强度，则将对应子集标记为正浮动磁场强度；若环境磁场集合内子集对应子时间点的环境磁场强度小于环境平均磁场强度，则将对应子集标记为负浮动磁场强度；采集到检测时间内各个子时间点对应正浮动磁场强度和负浮动磁场强度的数量，并将其分别标记为zsli和fsli；通过公式获取到检测时间内环境磁场分析系数xi，其中，a1、a2以及a3均为预设比例系数，且a1＞a2＞a3＞0，β为误差修正因子，取值为1.203；环境磁场分析系数是将检测时间内环境磁场强度的参数进行归一化处理得到一个用于判定环境磁场强度是否合格的数值；采集最大磁场强度差值能够判断环境磁场的变化趋势，采集正浮动磁场强度和负浮动磁场强度的数量能够判断环境磁场的数值稳定
性，通过公式可得最大磁场强度差值越大，正浮动磁场强度和负浮动磁场强度的数量越多，检测时间内环境磁场分析系数越大，表示环境磁场强度不合格；将检测时间内环境磁场分析系数xi与环境磁场分析系数阈值进行比较：若检测时间内环境磁场分析系数xi≥环境磁场分析系数阈值，则判定环境分析异常，生成环境分析异常信号并将环境分析异常信号发送至服务器；若检测时间内环境磁场分析系数xi＜环境磁场分析系数阈值，则判定环境分析正常，生成环境分析正常信号并将环境分析正常信号发送至服务器；本技术中环境分析异常信号表示为环境内磁场对电机磁场存在影响，反之环境分析正常信号表示为环境内磁场对电机磁场不存在影响；服务器接收到环境分析正常信号后，生成电机分析信号并将电机分析信号发送至电机分析单元，电机分析单元接收到电机分析信号后，对电机的运行状态进行分析，判断电机运行是否正常，在电机运行正常的前提下进行磁场控制，防止电机运行异常下控制磁场，导致控制成本白白浪费，具体分析过程如下：采集到实时电机外壳的温度值和温度变化浮动值，并将实时电机外壳的温度值和温度变化浮动值分别标记为wdz和wdf；采集到电机转子速度与定子旋转磁场速度的波动间隔时间，并将电机转子速度与定子旋转磁场速度的波动间隔时间标记为bsj；本技术中波动间隔时间表示为电机转子速度与定子旋转磁场速度从不一致恢复至一致的间隔时间；通过公式获取到电机运行分析系数fx，其中，b1、b2以及b3均为预设比例系数，且b1＞b2＞b3＞0，e为自然常数，电机运行分析系数是将电机运行的参数进行归一化处理得到一个用于判定电机运行是否合格的数值；通过公式可得外壳的温度值、温度变化浮动值以及波动间隔时间越大，电机运行分析系数越大，表示电机运行不合格；将电机运行分析系数与电机运行分析系数阈值进行比较：若电机运行分析系数≥电机运行分析系数阈值，则判定对应电机运行分析不合格，生成电机运行异常信号并将电机运行异常信号发送至服务器；若电机运行分析系数＜电机运行分析系数阈值，则判定对应电机运行分析合格，生成电机运行正常信号并将电机运行正常信号发送至服务器；服务器接收到电机运行正常信号后，生成磁场分析信号并将磁场分析信号发送至磁场分析单元，磁场分析单元用于对电机内磁铁进行分析，分析电机内磁铁状态，从而判断磁铁磁性是否达到饱和，有利于检测电机规格是否适合当前场景，提高了电机的工作效率，防止出现电机未合理匹配，导致电机的使用寿命降低且电机的工作效率降低，具体分析过程如下：采集到电机内部磁铁的磁畴，并将电机内部磁铁的磁畴标记为o，o为正整数，磁畴表示为铁磁材料内部一片片微小的空间区域中由原子阵列组成的整体磁矩，每一片空间区域中原子阵列组成的磁矩代表一个磁畴，为公开已知的现有技术；采集到各个磁畴的移动频率以及磁畴对应方向改变频率，并将各个磁畴的移动频率以及磁畴对应方向改变频率分别与磁畴移动频率阈值和磁畴方向改变频率阈值进行比较：若各个磁畴的移动频率大于磁畴移动频率阈值，且磁畴对应方向改变频率大于磁畴对应方向改变频率，则判定对应磁铁运行合格；若各个磁畴的移动频率小于磁畴移动频率阈值或者磁畴对应方向改变频率小于磁畴对应方向改变频率，则判定对应磁铁运行不合格；
电机内磁铁运行合格时，采集磁铁对应相同方向的磁畴数量，若磁铁对应相同方向的磁畴数量大于相同方法的磁畴数量阈值，则判定磁铁的磁场强度到达饱和，实时检测电机需求输出电流与实际输出电力，若需求输出电流大于实时输出电力，则判定对应电机规格不合适，生成电机规格不合适信号并将电机规格不合适信号发送至服务器；反之，则判定对应电机规格合适，生成电机规格合适信号并将电机规格合适信号发送至服务器；服务器接收到电机规划合格信号，生成磁场控制指令并将磁场控制指令发送至磁场控制单元；磁场控制单元用于对电机的磁场进行控制，根据电机的运行需求对磁场进行控制，提高了电机运行的高效性，具体控制过程如下：采集到电机的运行转向和电机控制设备的传动方向，并将电机的运行转向和电机控制设备的传动方向分别标记为电机正转向和设备正传动；若设备正传动到达传动限位，则生成方向改变指令并将控制电机磁场反向旋转，并将对应运行转向标记为电机反转向，将对应设备的传动方向标记为设备负传动；采集到设备正传动到达传动限位的时刻和控制电机磁场反向旋转的时刻，并根据设备正传动到达传动限位的时刻和控制电机磁场反向旋转的时刻采集到反应时长，若反应时长大于反应时长阈值，则判定磁场控制不合格，生成磁场控制不合格信号并将磁场控制不合格信号发送至服务器；若反应时长小于反应时长阈值，则判定磁场控制合格，生成磁场控制合格信号并将磁场控制合格信号发送至服务器；对电机控制设备的传动速度进行分析，若电机控制设备的传动速度大于传动速度阈值，则生成磁场强度降低信号并对电机内的磁场强度进行降低，从而控制电机的输出电流降低，将电机控制设备的传动速度进行降低；若电机控制设备的传动速度小于传动速度阈值，则生成磁场强度增强信号并对电机内的磁场强度进行升高，从而控制电机的输出电流升高，将电机控制设备的传动速度进行加快。
17.用于交流同步电机的磁场控制方法，具体磁场控制方法步骤如下：步骤一、通过电机磁场控制平台对电机的磁场进行控制，服务器生成环境分析信号并将环境分析信号发送至环境分析单元，环境分析单元接收到环境分析信号后，对电机周边环境的磁场进行分析，判断周边环境的磁场对电机磁场的影响，生成环境分析异常信号或者环境分析正常信号并将其发送至服务器；步骤二、服务器接收到环境分析正常信号后，生成电机分析信号并将电机分析信号发送至电机分析单元，电机分析单元接收到电机分析信号后，对电机的运行状态进行分析，判断电机运行是否正常；生成电机运行异常信号或者电机运行正常信号，并将其发送至服务器；步骤三、服务器接收到电机运行正常信号后，生成磁场分析信号并将磁场分析信号发送至磁场分析单元，磁场分析单元用于对电机内磁铁进行分析，分析电机内磁铁状态，从而判断磁铁磁性是否达到饱和；生成电机规格不合适信号或者电机规格合适信号并将其发送至服务器；步骤四、服务器接收到电机规划合格信号，生成磁场控制指令并将磁场控制指令发送至磁场控制单元，通过磁场控制单元对电机的磁场进行控制。
18.本发明工作原理：用于交流同步电机的磁场控制系统及其控制方法，在工作时，通过电机磁场控制平台对电机的磁场进行控制；通过环境分析单元对电机周边环境的磁场进
行分析，判断周边环境的磁场对电机磁场的影响；通过电机分析单元对电机的运行状态进行分析，判断电机运行是否正常；通过磁场分析单元对电机内磁铁进行分析；通过磁场控制单元对电机的磁场进行控制。
19.上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
20.以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。