一种电机运行中三相电源缺相检测方法及电机缺相保护系统

摘要

一种电机运行中三相电源缺相检测方法及电机缺相保护系统。提供了一种能够快速、可靠的检测电机动态和静态下的缺相和相序；同时,满足电动装置中电机动、静态的缺相检测保护，避免电机长时间处于非正常运转状态的电机运行中三相电源缺相检测方法及电机缺相保护系统。包括以下步骤：N101，开始，电机运转；N102，对三相电压进行采样、检测,判断是否为0；N103，如果三相采样电压中任一相电压为0，则认为缺相上电；N104，如果三相采样电压均不为0,则继续判断三相采样电压两两差值是否过大；N105，如果不是,则进行相序检测；N106，如果差值过大,则认为是上电缺相。本发明可以实时检测出电机缺相运行，为减少电机缺相运行提供了有效保障。

说明书

技术领域

本发明涉及三相交流异步电机技术领域，特别涉及一种电机运行中三相电源缺相检测方法及保护系统。

背景技术

三相交流异步电机的电源经常出现缺相现象，此类故障难以被发现，致使电机长时间处于缺相运行状态而发生危险，目前国内外电动装置中三相交流电机缺相保护装置只能在电机未运行（静态）的情况下进行缺相检测，该装置虽然在一定程度上对电机有保护作用，但远远不够，实践中60%～70%以上的电机烧毁事故都是缺相运行所致，另外一些采用传感器如电流传感器测三相电流，空气开关、继电器和交流接触器等继电保护装置进行电机缺相检测及保护的场合因为其环境要求高和空间占用大等缺点不能被广泛应用，且该继电保护装置制作成本和维护成本较高、可靠性低，经济效益低，因此一种成本低廉、几乎不需要任何传感器、可靠性高、占用空间小、能广泛运用的、在电机运行中（动态）实现电源缺相实时检测从而保护电机的系统装置成为提高电机使用寿命、保证安全生产的关键。相序自动检测功能是确保电机可靠、正常运行的另一要素，否则电机运行就会失控，直接导致设备损坏，严重的更会造成人身伤害。电动装置中三相交流电机的大量使用促使电机缺相运行检测变得迫在眉睫。

发明内容

本发明针对以上问题,提供了一种能够快速、可靠的检测电机动态和静态下的缺相和相序；同时, 满足电动装置中电机动、静态的缺相检测保护，避免电机长时间处于非正常运转状态的电机运行中三相电源缺相检测方法及电机缺相保护系统。

本发明的技术方案为：包括以下步骤：

N101，开始，电机运转；

N102，对三相电压进行采样、检测,判断是否为0；

N103，如果三相采样电压中任一相电压为0，则认为缺相上电；

N104，如果三相采样电压均不为0,则继续判断三相采样电压两两差值是否过大；

N105，如果不是,则进行相序检测；

N106，如果差值过大,则认为是上电缺相。

所述三相采样电压为嵌入式微处理器AD转换模块的AD值。

所述三相采样电压为采样所得电压中若干高位值的平均值。

N104中，继续判断所述三相采样电压两两差值是否过大进一步包括：

三相采样电压两两相减得到三个差值；

三个差值分别与共同电压阙值相比较；

如果三个差值都小于共同电压阙值，则认为不是上电缺相；

如果三个差值中任意不小于共同电压阙值，则认为是上电缺相。

共同电压阙值为电机运转或非运转时不缺相状态下三相采样电压两两差值之和的平均值。

N105中，三相电源相序检测进一步包括：

如果当前是不缺相状态；

以其中一相为基准，取该相电压采样值上升沿中一段；

观察另外两相此时是否有且仅有一相采样值为0；

若另外两相中一相为0视为正相序，则另一相为0视为反相序。

还包括：置位相对应的缺相标志位；

当检测到电源一相缺相时，启动该相缺相计数值；当该相缺相计数值达到计数阙值时，复位相对应的缺相标志位，即认为当前为缺相状态。

在复位相对应的缺相标志位后，还应包括：

检测到三相采样电压两两差值均小于共同电压阙值时，置位相对应的缺相标志位，即认为当前为不缺相状态。

一种电机缺相保护系统，包括电机控制器；

检测所述电机的状态，如果检测到当前为缺相状态时，如果电机处于运转状态，立即向电机控制器发出电机停止信号并发出报警信号；

如果检测到当前为缺相状态时，如果电机处于非运转状态，则立即发出报警信号。

其中，检测到当前为缺相状态包括：

采用电机运行中三相电源缺相检测方法对所述电机运行中三相电源缺相进行检测；

获得相对应的缺相标志位。

本发明的电机运行中三相电源缺相检测方法，可以实时检测出电机缺相运行，为减少电机缺相运行提供了有效保障。

本发明中的电机缺相保护系统，系统反应灵敏，动作迅速，所用元器件少，接线简单，制作或购置成本低廉，无需诸多如电流或速度等传感器，不需维护，能适应较恶劣的环境，对提高生产效率和经济效益以及保证安全生产具有重要意义。

附图说明

图1是本发明电机运行中三相电源缺相检测方法的流程图；

图2是本发明电机缺相保护系统的流程图；

图3是本发明电机运行中三相电源缺相检测函数流程图；

图3-1是图3的局部放大图一；

图3-2是图3的局部放大图二；

图4是本发明三相采样电压波形图。

具体实施方式

参照附图描述本发明实施例提出的电机运行中三相电源缺相检测方法。

如图1 所示，所述电机运行中三相电源缺相检测方法包括以下步骤：

N101，开始，电机运转；

N102，对三相电压进行采样、检测,判断是否为0；

N103，如果三相采样电压中任一相电压为0，则认为缺相上电；

N104，如果三相采样电压均不为0,则继续判断三相采样电压两两差值是否过大；

N105，如果不是,则进行相序检测；

N106，如果差值过大,则认为是上电缺相。

具体的，缺相检测算法包含缺相上电（缺相上电为三相中任意两相有电时通电）和上电缺相两部分，缺相上电时通过检测Umax、Vmax、Wmax（以此为代号）初值判别是否为0 以界定是否缺相；上电缺相通过将Umax、Vmax、Wmax的两两差值U_V、V_W、W_U（以此为代号）与阈值电压比较，判别是否发生缺相，阈值电压的选取同时满足电机停止和动态缺相（电机运转）判别条件。缺相上电和上电缺相均包含电机运转或非运转状态。

所述三相采样电压为嵌入式微处理器AD转换模块的AD值。AD采样模块精度高，完全满足采样要求，采样所得数据为缺相判断提供重要的依据。

所述三相采样电压为采样所得电压中若干高位值的平均值。当没有缺相时，三相的最大值几乎一样，当发生缺相时，三相不平衡，体现在每相采样电压的最大值发生较大偏差，因此取最大值比较；取多个最大值的平均值是因为防止某一项出现突然的尖峰而导致误判。

缺相检测方法采样幅值约为3V、相位相差120°的正半周正弦波，如图4 所示。采样波形数据时只截取峰值电压附近区间内的数据，以减少数据处理时间，增加峰值取值的准确性。

还包括：置位相对应的缺相标志位；

当检测到电源一相缺相时，启动该相缺相计数值；当该相缺相计数值达到计数阙值时，复位相对应的缺相标志位，即认为当前为缺相状态。多次计数，实现真正发生缺相时能够准确捕捉，及时提供缺相信息。

在复位相对应的缺相标志位后，还应包括：

检测到三相采样电压两两差值均小于共同电压阙值时，置位相对应的缺相标志位，即认为当前为不缺相状态。当不缺相时，从缺相状态转换为不缺相状态，保证系统正常运行。

如图3 所示，电机运行中三相电源缺相检测函数流程如下：

N301，初始化，置位缺相标志位为1，复位相序检测标志位为0；

N302，分别检测A相、B相、C相各8个采样电压最大值的平均值Umax、Vmax、Wmax是否为0 ；

如果A，B，C任一相为0，则进入N303；

如果A，B，C三相都不为0 ，则进入N304；

N303，缺相的那相缺相计数值累加，次数没有超过20，则进入N302，次数如果超过20，则进入N306，

N304，A，B，C三相采样电压的平均值Umax、Vmax、Wmax的差值U_V、V_W、W_U是否都小于共同阙值，其中：

U_V=|Umax-Vmax|；

V_W=|Vmax-Wmax|；

W_U=|Wmax-Umax|；

共同电压阙值为电机运转或非运转时不缺相状态下三相采样电压两两差值之和的平均值；防止因出现短时的尖峰导致缺相误判。

如果都小于共同阙值，则进入N305中的ⅰ，ⅱ，ⅲ；

如果只要有一个不小于共同阙值，则进入N305中的ⅳ，ⅴ，ⅵ；

N305，如果ⅳ，ⅴ，ⅵ中缺相次数超过计数阙值20，则进入N306；

如果ⅰ，ⅱ，ⅲ中不缺相时，置位缺相标志位为1，进入N307；

N306，当三相都为缺相上电或上电缺相时复位缺相标志为0 ，复位计数值为0；

N307，检测到未缺相，则进行相序检测，具体的如下：

以其中一相，如A相为基准，取该相电压采样值上升沿中一段，

观察另外两相此时是否有且仅有一相采样值为0 ，若另外两相中，

B相为0 视为正相序；

C相为0 视为反相序；

检测完相序，置位相序标志位为1 ，进入N304；

图3的N307部分为相序检测；相序检测的优点是通过电阻和二极管组成分压斩波电路，电路简单，无需多余传感器和继电器，配合微处理器的软件程序进行判断，实现相序检测，软件简单，对微处理器的性能要求不高。

根据本发明实施例的电机运行中三相电源缺相检测方法，三相输入电源（380V）电压检测范围可以从-20%～+10%，检测准确性高，可靠、稳定。

一种电机缺相保护系统，包括电机控制器；

检测所述电机的状态，如果检测到当前为缺相状态时，如果电机处于运转状态，立即向电机控制器发出电机停止信号并发出报警信号；

如果检测到当前为缺相状态时，如果电机处于非运转状态，则立即发出报警信号。即使电机不运行，当发生缺相时，阻止电机再次运行，直到缺相故障排除。

其中，检测到当前为缺相状态包括：

采用电机运行中三相电源缺相检测方法对所述电机运行中三相电源缺相进行检测；

获得相对应的缺相标志位。根据缺相标志位发出缺相报警，避免系统在缺相状态下工作，造成损失。

如图2所示，本发明中电机缺相保护系统，包括以下步骤：

N201，置位所述相对应的缺相标志位为1，即认为当前为不缺相状态；

N202,采用上述方法检测到所述电源上电缺相或缺相上电时；

N203,启动该相缺相计数值加1；

N204,当该相缺相计数值达到计数阙值20时，复位所述相对应的缺相标志位为0 ，复位该相缺相计数值为0 即认为当前为缺相状态；

N205，检测所述电机的状态，如果检测到当前为缺相状态时；

N206,如果电机处于运转状态，立即向电机控制器发出电机停止信号；

N207,如果检测到当前为缺相状态时，如果电机处于非运转状态，则立即发出报警信号。

根据本发明实施例的电机缺相保护系统，系统反应灵敏，动作迅速，所用元器件少，接线简单，制作或购置成本低廉，无需诸多如电流或速度等传感器，基本不需维护，能适应较恶劣的环境，对提高生产效率和经济效益以及保证安全生产具有重要意义。

相较于现有缺相检测技术多采用电流传感器、继电器和交流接触器等继电保护装置配合使用进行电机运行中缺相检测，该方案由于空间占用体积大，不便应用于对设备体积和密封性有严格要求的场合，本发明主体部分的电路板体积较小，便于密封，输入为三根三相电源线，输出为缺相和相序判断共两根信号线，使用过程无需复杂的接线且能可靠运行。