CN1010152B - 交流控制器的电流型故障探测系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种交流电动机控制系统的过电流保护系统，对交流电动机交流电源的每一相都提供了一个分开的过电流断开机构。这些分开的各相断开机构在较轻的过电流状态下起保护作用，而不使整个电动机控制系统停运。过电流保护系统还提供一个机械反馈装置，用来仅在严重过电流状态下使整个电动机控制系统停运。

Description

本发明一般地涉及到一个靠交流电流工作的电机的控制器，且尤其是涉及到交流电机控制器用的电流型故障探测系统。

由交流电流驱动的电机广泛地用于诸如工业、家用器具、娱乐等方面。是普通的这种交流电机是电动机。许多交流电动机能使用多相交流电源。

多数多相电动机装有控制器，用控制器改变电动机的某些运行参数，诸如电动机转速和转矩，以使特定的电动机适合所施加的负荷的要求。这些控制器最常见的是电子控制设备，它们使用已知的限制电功率的方法向电动机提供或多或少的电功率。电子控制设备对电流的过负荷非常敏感，因而对电动机要求高量级的电功率去驱动一个需求非常大的负荷时的严重事故也很敏感。

目前用两种方法防止在电流过负荷状态下损坏电动机的电子控制器。一种方法是，对由电动机正在驱动的部件（诸如传动臂和中间轴）的位置进行检测，并使其与移动到新位置所用的时间相关。从位置对时间的变化率即可推断出是否正在发生电流过负荷。如果变化率很小，就发出信号表示正发生电流过负荷，并由保护系统使电动机控制器停运。电动机或传动臂定位的方法费用不多，且容易 适合多数定位的应用，但也有缺点。这种型式过电流保护的保护装置受来自传动臂和中间轴的机械反馈时间的限制，而且电子过负荷的损坏常在反馈时间过完之前就发生了。还有，过负荷情况的发生可能与负荷的机械位置无关，诸如线路短路或电动机绕组短路。由于这些限制，机械反馈过负荷系统对电动机电子控制器并没有提供充分的保护。

目前，采用的保护电动机控制器免遭过电流损坏的第二种方法，是直接测量被控制电动机每一相的电流，并且当任何一相的电流超过图1中提供的预整定安全值时，就使整体电动机控制系统停运。通过一个逻辑或门，把来自每个电流传感设备的信号输入到一个数字控制器。如果一个数字高信号从或门传送到数字控制器，数字控制器就把一个系统停运信号送到电动机和电动机控制器。

在这种过电流保护系统中，每个电流传感器都与数字控制器联系。然而，必须保护数字控制器不受电动机控制系统中通常发生的电功率冲击的影响。这些电功率冲击的存在要求在每个电流传感设备和数字控制器之间有对地绝缘，对地绝缘通常是通过已知的光隔离器来实现的，如图1所示。这种光隔离器是很昂贵的。另外，当电动机的任何一相电流高于安全定值时，整个系统即停运，直到操作人员复归为止。因为电动机经常只有一相处于过电流状态，且三相电动机通常能继续以两相电功率运转，所以不必使整个电动机系统停运。

由此可见，需要一个用于三相电动机的电流过负荷保护系统，在一相过电流条件下，不使整体电动机控制系统停运，且以廉价方式为电动机控制系统提供充分的保护。

这里叙述的本发明解决了有关交流电动机控制系统过电流保护的机械反馈法和直接测量电流法两种现有技术的所有问题。本发明通过对交流电动机所用的交流电流的每一相都提供一个分开的过电流断路机构实现之。

这种新的过电流保护系统对交流电动机的每一相电源都提供一个分开的断路机构，不受数字控制器控制，或无须将断路信号送至数字控制器。三相电源的某一相可能被该系统暂时切断，而无须将整个交流电动机控制系统停运。但是，过电流保护系统也设置一个机械反馈装置，它仅当交流电动机发生故障时将总的停运信号送到数字控制器，对最严重的过电流状况提供保护，然后操作人员必须手动将系统复归。这样，就保护电源的每一相免受临时或较轻的过电流状态影响，而不会使整体系统停运;但万一发生严重过电流的情况，整体系统要被完全停运。

所以，本发明一个方面是为交流电动机提供一种过电流保护系统，该系统在较轻或临时过电流状态下不使整体交流电动机控制系统停运，但在严重的过电流状态下则使整体系统停运。

本发明另一方面是为交流电动机提供一种过电流保护系统，对交流电源的每一相都提供它自己的过电流保护机构，而不受其它保护系统的影响。

此外，本发明还有一个方面是为交流电动机控制系统提供一种过电流保护系统，其每一相的过电流保护机构根本不与数字控制设备联系。

本发明另外还有一个方面是为交流电动机控制系统提供一种价廉的过电流保护系统。

图1是直接测量电流的现有技术过电流保护系统示意图。

图2是一种对交流电源的每一相都采用一个单个的过电流保护装置的交流电动机过电流保护系统示意图。

图3是图2的单个过电流保护装置示意图。

现在一般地参考附图，具体参考图2。提供的一种电动机控制器过电流保护系统10，包括一个三相交流电动机12，一个数字控制单元14和一个三相交流电源系统16。过电流保护系统10还包括一个与电动机驱动的负载20相连的机械反馈系统18。

数字控制单元14沿着三条线路28、30、32分别与交流电源系统16的电力驱动器22、24、26相连。然后，电力驱动器22、24、26分别与过电流保护装置34、36、38相连。过电流保护装置34、36、38输入至电动机12。

机械反馈系统18包括一个与负载20相连的反馈部件40和一个安装在部件40上的反馈传感器42。传感器42与一个模拟数字转换器44相连，转换器44再与数字控制单元14相连。

在运行中，数字控制单元14沿着线路28、30、32传送数字脉冲，使每一个电力驱动器22、24、26产生单相交流电流，数字控制单元14是一个已知的微处理机，它能存储和执行控制算法每一 个电力驱动器22、24、26产生的交流电流由它自己相应的过电流保护装置34、36、38进行监测三个交流电流输入到电动机12，都成为使电动机运转所需要的三相电源。电力驱动器22、24、26和过电流保护装置的工作情况将在下面叙述。

如果电力驱动器22、24、26中的任意一个的交流电流值超过了安全定值，则它的相应的过电流保护装置34、36、38使该电力驱动器不再产生交流电流。经一个预定的时间周期后，电力驱动器22、24、26再开始产生交流电流;而如果过电流条件仍然存在，它就再停止产生交流电流。

过电流装置34、36、38分开运行，可使电力驱动器22、24、26中的任意一个停止产生交流电流，而同时其他两个电力驱动器仍然运转。如果过电流状况较轻，那么整个系统能维持运行，因为三相电动机常能靠两相电源继续运行。因此，对输出到电动机的三相电源进行单相控制，就不会由于较轻或临时过电流状况而产生停运时间。

如果存在严重的过电流情况，过电流装置34、36、38中的两个或全部三个将停止它们相应的电力驱动器22、24、26的运转。当去掉三相电动机的每一相时，电动机12的失速电压更多地取决于负荷20的量值。当电动机失速时，通过反馈部件40停止运动，由传感器42检测出。传感器42是一个可变电阻电位计，它带有附在反馈部件40上的滑动片。反馈部件40是一个与负荷20相连的机械连杆，诸如一个附着于通风道（图中未示出）中风挡上的一个传动臂。模拟/数字转换器44是一个已知的模拟/数字转换电路，它将传感器42的位置转换成数字脉冲，并将它们送到数字控制单元14。

如果反馈部件40在一固定位置保持一固定时间，这时数字控制单元14通过传感器42和模拟/数字（A/D）转换器44检测到处于失速状态，那么整个系统就由数字控制单元14停运。该固定的时间间隔一般为7秒。操作人员在对严重的过电流状态检测和校正后，必须复归电动机控制器系统10。如果数字控制单元14起动电动机控制系统10且电动机12处于失速状态或交流电源系统16中存在极度过电流状态时，就使整个系统停运。

现在参考图3示意图，过电流装置34、36、38之一（下文指34）相应设置电力驱动器22、24、26之一（下文指22）。在电力驱动器22正常工作时，数字控制单元14将相同的数字脉冲送到电力驱动器22的与门46和非门（INVERTERgate48。门46和48是由已知的集成电路构成，该集成电路通常做在半导体芯片上。正常时，与门46的第二个输入是逻辑高，由此，与门46的逻辑输出正常与非门48的逻辑输出相反，门46和48的输出分别送到已知的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFETS）电源开关50和52。金属氧化物半导体场效应晶体管50、52交替地由门46和48送来的信号起动，在直流电源56和公共地端58的线路54上产生一个交流电流。

过电流装置34包括一个电流传感元件60，它与一个已知的运算放大器比较电路62的一个输入端相连。比较器62与一个已知RC计时电路64相连，RC计时电路64和与门46的第二个输入端相连。电流传感元件60可以是任何已知的电流传感装置，诸如霍尔效应传感器或电流传感电阻器。

运行中，电流传感元件60对由电力驱动器22输出的电流值进行检测，并将一个表示该电流值的电压信号送到比较器62的正输入端。比较器62的负输入端与一个安全基准电压相连。如果由电流传感元件60来的电压值超过安全基准电压，则比较器62就将一个激励信号输出到计时电路64。

在正常运行时，计时电路64将一个恒定的数字高信号输出到与门46，使电力驱动器22起动，但是，当计时电路64被比较器62激励时，它就将一个数字低信号输出到与门46，使电力驱动器22截止。正常时计时电路使电力驱动器截止20秒，然后电力驱动器恢复运行。因此，建立三相交流电源中一相的电力驱动器22的停运是与其他两个电力驱动器24和26分开的，不受数字控制器14的控制。

尽管已经示出并详细叙述了本发明的具体实施例，以说明本发明原理的应用，但不言而喻，只要不脱离这个原理，以其它方式也可实施本发明。

Claims (9)

1、一种用于多相交流电动机控制系统的过电流故障探测系统，它包括：

一个数字控制装置，它用来通过产生数字脉冲对电动机控制系统进行控制；

一个多相交流发电装置，它与上述数字控制装置相连，用来产生多相交流电并将该电力输出到电动机，上述发电装置包括用于上述多相电力的每一独立相的一个过电流装置，这样，不用使其余的独立相停运就可以便一个独立相停运；和

一个机械反馈装置，它通过一个负荷装设在上述电动机上，用于当上述电动机发生失速显示电动机控制系统中的严重过电流情况时，通过上述数字控制装置使整个交流电动机控制系统停运。

2、根据权利要求1的一个系统，其中上述多相交流发电装置还包括一个用于产生多相中每一相电力的分开的电力驱动装置。

3、根据权利要求1的一个系统，其中上述机械反馈装置包括一个用于检测运动并将上述动动转换成一个模拟电气信号的机械传感器和一个用于将上述模拟信号转换成数字信号并将上述数字信号输出到上述数字控制装置的模拟数字转换器。

4、根据权利要求1的一个系统，其中上述数字控制装置是一个微处理机。

5、根据权利要求2的一个系统，其中上述每一台电力驱动装置都包括一个逻辑与门和一个逻辑非门，用于接收来自上述数字控制装置的相同的交变数字脉冲信号，并输出两个彼此逻辑值总是相反的交变的数字信号。

6、根据权利要求5的一个系统，其中上述每一个电力驱动装置还包括两个金属氧化物半导体场效应晶体管电源开关，每个电源开关用于接收上述两个交变数字信号中的一个，并根据上述数字信号借助于变换产生来自一个直流电源和公其地端的交流电流。

7、根据权利要求1的一个系统，其中上述每个过电流装置包括一个检测上述电源的一相的交流电流并由此产生它的一个指示信号的电流传感装置，还包括一个比较器，用来比较上述电流信号和一个预定的安全信号，而且上述电流信号若超过该预定信号，就产生一个停运信号。

8、根据权利要求7的一个系统，其中上述每一个过电流装置还包括一个用于接收上述停运信号的计时装置，如果在该计时装置处出现上述停运信号达预整定的时间间隔，就使上述一个相停运。

9、一种用于探测一个交流电动机控制系统中的过电流状态的方法，它包括：

发生多相交流电力;

对所发生的交流电力的每一相的过电流状态逐个地进行监测;

用所发生的多相电力驱动一台电动机;

如果监测结果，在交流电源一相中探测到过电流状态，则将那一相停运，而与其他相分开;

通过监测，利用无过电流状态的其余相驱动电动机;

提供来自由上述电动机驱动的负荷的机械反馈;

如果上述反馈示出严重的过电流状态，则使整个电动机控制系统停运。

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