CN102004224B - 一种三相电机缺相的检测系统及其检测方法 - Google Patents

一种三相电机缺相的检测系统及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种三相电机缺相的检测系统，包括检测单元、判断单元、信号发生单元和控制单元；所述信号发生单元用于发出驱动三相电机工作的驱动信号；所述检测单元包括用于检测信号发生单元是否发出驱动信号的信号检测模块和用于检测三相电流的电流检测模块；所述判断单元用于接收检测单元的三相电流信号，同时判断三相电流是否为零，当其中一相电流为零时，则判断为缺相；控制单元根据判断单元的缺相判断，控制信号发生单元停止发出驱动信号。该三相电机缺相检测系统不会受到外界环境因素影响而失效。

Description

一种三相电机缺相的检测系统及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种三相电机缺相的检测系统及其检测方法。
背景技术
三相电机缺相即加载在三相交流电机上的三相交流电，其中缺少了一相电源，无论在电机启动时或运行的过程中，电机缺相会使电机无法转动，或者动力性能下降，更严重的是导致电机短路，因电流过大、电机发热量过大而烧毁电机。因此在电机启动时和运行的过程中，需要对电机的三相电源进行检测，目前对于三相电机缺相检测大多是采用具有各种元器件的检测电路，通过检测三相电压的相位差来实现缺相检测的，但是该检测电路需要多种元器件，结构复杂。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的检测电路需要多种元器件，结构复杂的技术问题，提供一种结构简单的三相电机缺相检测系统，同时提供一种电机缺相的检测方法。
本发明提供的一种三相电机缺相的检测系统，包括检测单元、判断单元和信号发生单元；所述信号发生单元与三相电机电连接，所述检测单元分别与三相电机、信号发生单元和判断单元电连接；
所述信号发生单元用于发出驱动三相电机工作的驱动信号；
所述检测单元包括用于检测信号发生单元是否发出驱动信号的信号检测模块和用于检测三相电流的电流检测模块；
所述判断单元用于接收检测单元的三相电流信号，以及判断三相电流是否为零，当其中一相电流为零时，则判断为缺相。
本发明提供的一种三相电机缺相的检测方法，包括以下步骤：
检测信号发生单元是否发出驱动信号；
当检测到驱动信号时，继续检测三相电流的大小，判断单元根据三相电流的大小判断三相电机是否缺相。
与现有技术相比：本发明三相电机缺相的检测系统及其检测方法，通过检测三相电流的大小实现电机的缺相检测，结构简单。
附图说明
图1为本发明三相电流缺相的检测系统一种实施例的结构框图；
图2为本发明中扇区对应三相电流的占空比关系图；
图3为本发明三相电流缺相的检测系统另一种实施例的的结构框图；
图4为本发明三相电流缺相的检测方法第一实施例的流程图；
图5为本发明三相电流缺相的检测方法第二实施例的流程图；
图6为本发明三相电流缺相的检测方法第三实施例的流程图。
具体实施方式
下面，将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1所示，本发明公开的一种三相电机缺相检测系统，包括检测单元2、判断单元3、信号发生单元1和控制单元4；所述信号发生单元1与三相电机5电连接，所述检测单元2分别与三相电机5、信号发生单元1和判断单元3电连接，所述控制单元4分别与判断单元3和信号发生单元1电连接；
所述信号发生单元1用于发出驱动三相电机5工作的驱动信号；
所述检测单元2包括用于检测信号发生单元1是否发出驱动信号的信号检测模块和用于检测三相电流的电流检测模块；
所述判断单元3用于接收检测单元2的三相电流信号，以及判断三相电流是否为零，当其中一相电流为零时，则判断为缺相。
作为本发明检测系统的进一步改进，当判断缺相后用于对检测电机的保护，该系统还包括分别与信号发生单元1和判断单元3连接的控制单元4，所述控制单元4根据判断单元3的缺相判断，控制信号发生单元1停止发出驱动信号。
三相电机缺相检测是基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术对三相电机进行控制的基础上进行检测的，SVPWM技术原理为：以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。根据SVPWM的控制技术，三相逆变器不同开关将360度的电压空间分为六个扇区，如图2所示，然后从扇区的正上方逆时针开始定义，依次为I、V、IV、VI、II、III扇区，上述扇区用于定义电机转子的转动的位置，在每个扇区中0、1、2波形分别对应三相电流IA、IB、IC的波形，由图2可知，在第I和第VI扇区中A相电流IA的占空比a1＝B相电流IB的占空比a2-C相电流IC的占空比a3，同时IA的占空比a1＝设定值a0，此时该相电流流入的时间和流出的时间相同，电流抵消，故该相的电流为零，同样，由图2可知，只有第III和第IV扇区的B相电流IB占空比a2＝设定值a0，即在只有在第III和第IV扇区B相电流IB才能为零；只有第II和第V扇区的C相电流IC占空比a3＝设定值a0，即只有在第II和第V扇区的C相电流IC才能为零。占空比设定值a0的范围为45％-55％。
本发明中三相电机缺相检测的基本原理为当判断某相电流为零时，则为缺相，但是在车辆爬坡的过程中，车辆泊在坡上时电机是处于运行状态，但是电机没有转速，电机可能在堵转而此时允许加载在电机上其中一相电流为零，因此该种情况不属于电机缺相，可以根据扇区和占空比来避免该种情况的误判，因此如图3所示，所述检测单元还包括用于检测车辆的车轮转速的转速检测模块和用于检测三相电机转子位置的转子位置检测模块。只有在车轮转速为零的的情况下，其中一相电流为零时，才需要对转子所在扇区和该相电流的占空比进行判断进而确定该相电流是否缺相，转子位置检测模块用于检测三相电机转子位置，即检测出此时转子堵转在哪个扇区，发送给判断单元，转子位置检测模块可以采用旋转变压器检测到转子的位置。当转子在第I和第VI扇区中且IA的占空比a1＝设定值a0时，即使IA为零，也表示三相电机的A相电流不缺相；同样，当转子在第III和第IV扇区中且IB占空比a2＝设定值a0时，即使IB为零，也表示三相电机的B相电流不缺相；当转子在第II和第V扇区中且IC占空比a3＝设定值a0时，即使IC为零，也表示三相电机的C相电流不缺相。
作为本发明检测系统的进一步改进，由于加载在电机上的三相电流容易发生跳动，为了不将瞬间电流为零的状态判断为缺相以减少误判，因此所述检测单元还包括用于对每次检测到的电流进行计数的电流计数器、电流累加器以及用于计算电流平均值的电流计算器。
作为本发明检测系统的更进一步改进，控制单元4为了减少每次检测到电机缺相，控制信号发生单元1便停止发出驱动信号，而降低电机的工作效率，控制单元还包括用于累加缺相次数的缺相计数器以及接收判断单元的判断结果后对电流累加器进行清零，当连续缺相次数累加到设定值n1时判断电机缺相，即F＝1时，控制单元4控制信号发生单元1停止发出驱动信号。
本实施例中，所述判断单元、信号发生单元和控制单元集成在一块芯片上，所述芯片为TMS320F2812DSP芯片。所述三相电机为永磁同步电机，所述检测单元为电流传感器和车轮转速传感器。
本发明还公开了一种三相电机缺相的检测方法，包括以下步骤：
检测信号发生单元1是否发出驱动信号；
当检测到驱动信号时，继续检测三相电流的大小，判断单元3根据三相电流的大小判断三相电机5是否缺相。
作为本发明方法的进一步改进，该方法还包括以下步骤：当判断单元3判断缺相时，控制单元4控制信号发生单元1停止发出驱动信号。
如图4所示，本发明检测方法的第一实施例，具体包括以下步骤：
检测信号发生单元1是否发出驱动信号；
当没有检测到驱动信号时，则程序结束；
当检测到驱动信号时，继续检测车辆的车轮转速是否为零；当检测到车辆的车轮转速不为零时，判断单元3对三相电流大小进行判断，当三相电流均不为零时，即IA不等于0且IB不等于0且IC不等于0，即AF＝0且BF＝0且CF＝0时，则判断为不缺相，则程序结束；
当其中一相电流为零时，即IA＝0或IB＝0或IC＝0，即AF＝1或BF＝1或CF＝1时，则判断为电机缺相；
当判断单元3判断缺相时，控制单元4控制信号发生单元1停止发出驱动信号。
上述第一实施例的检测方法中，对于三相电流的判断次序为从A相到C相，当然三相电流的判断次序也可以为从C相到A相，三相电流的判断次序是可以随意组合的，并不局限于上述第一实施例中的判断次序。只有当AF，BF，CF均为零时，才能判断三相电机5不缺相，而只要AF，BF，CF任意一相等于1时，则判断三相电机5缺相。
由于车辆爬坡的过程中，车辆泊在坡上时电机是处于运行状态，但是电机没有转速，电机可能在堵转而此时允许加载在电机上其中一相电流为零，因此该种情况不属于电机缺相，为了避免该种情况的误判，如图5所示，本发明的第二实施例还包括以下步骤：
当检测到车辆的车轮转速为零时，所述判断单元3判断A相电流IA是否为零；
当A相电流IA为零时，判断单元3继续判断三相电机的转子是否在I或VI扇区；当三相电机5的转子不在I或VI扇区时，则判断电机缺相，即AF＝1，控制单元4控制信号发生单元1停止发出驱动信号；
当三相电机5的转子在I或VI扇区时，继续A相电流IA的占空比a1是否等于a0；
当IA的占空比a1不等于设定值a0时，则判断电机缺相，即AF＝1，控制单元4控制信号发生单元1停止发出驱动信号；
当A相电流IA的占空比a1等于设定值a0时，则判断电机的A相电流不缺相，即AF＝0；
当A相电流IA不为零时，则判断电机的A相电流不缺相，即AF＝0；
当AF＝0时，接着判断B相电流是否为零；
当B相电流IB为零时，判断单元3判断三相电机5的转子是否在III或IV扇区；当三相电机5的转子不在III或IV扇区时，则判断电机缺相，即BF＝1，控制单元4控制信号发生单元1停止发出驱动信号；
当三相电机5的转子在III或IV扇区时，则继续判断IB的占空比a2是否等于设定值a0；
当IB的占空比a2不等于设定值a0时，则判断电机缺相，即BF＝1，控制单元4控制信号发生单元1停止发出驱动信号；
当IB的占空比a2等于设定值a0时，则判断电机的A相电流和B相电流不缺相，即AF，BF＝0；
当B相电流IB不为零时，则判断电机的A相电流和B相电流不缺相，即AF，BF＝0；
当AF，BF＝0时，接着继续判断C相电流是否为零；
当C相电流IC不为零时，则判断电机不缺相，即此时AF，BF，CF＝0，程序结束；
当C相电流IC为零时，判断单元3继续判断三相电机5的转子是否在II或V扇区；当三相电机5的转子不在II或V扇区时，则判断电机缺相，即CF＝1，控制单元4控制信号发生单元1停止发出驱动信号；
当三相电机5的转子在II或V扇区时，则继续判断IC的占空比a3是否等于设定值a0；当IC的占空比a3等于设定值a0时，则判断电机不缺相，即此时AF，BF，CF＝0，程序结束；
当IC的占空比a3不等于设定值a0时，则判断电机缺相，即CF＝1，控制单元4控制信号发生单元1停止发出驱动信号；
由于加载在电机上的三相电流容易发生跳动，为了不将瞬间电流为零的状态判断为缺相以减少误判以及为了防止电机工作效率的降低，在信号发生单元1已经发出驱动信号后，如图6所示，本发明的三相电机缺相的检测方法的第三实施例还包括以下步骤：
当检测单元2检测到驱动信号时，判断三相电流的电流计数器中检测电流的次数T是否小于设定值n；
如果次数T小于设定值n，电流累加器对三相电流IA、IB、IC分别进行累加；
如果次数T大于或等于设定值n时，三相电流的次数T清零，对IA的累加值、IB的累加值、IC的累加值求平均值，使用该三相电流IA、IB、IC的平均值来进行后续的缺相判断。
由于电机缺相情况不会频繁发生，如果经常性地进行电流缺相判断，会增加程序的负担因此设定值n不适宜过小，但是为了避免电流跳动而带来的误判而设定值n也不适宜过大，因此上述设定值n范围为1000-10000。
当上述的检测方法判断出三相电流IA、IB、IC是否缺相之后，还包括以下步骤：
无论三相电流是缺相还是不缺相，三相电流IA、IB、IC的和均进行清零，接着判断三相电流中是否其中一相的标志位为1，当三相电流的标志位均为零，即AF＝0且BF＝0且CF＝0时，缺相计数器count＝0，程序结束；
当三相电流中其中一相的标志位为1时，即AF＝1或BF＝1或CF＝1时，缺相计数器count开始累加，当连续缺相次数累加缺相计数器count大于等于设定值n1时，总缺相标志位F＝1，控制单元4控制信号发生单元1停止发出驱动信号，然后程序结束。
上述设定值n1范围为10000-120000，即只有当三相电流连续缺相10000-120000次之后，控制单元4才控制信号发生单元1停止发出驱动信号。当然三相电流连续缺相10000-120000次，在三相电机的接受范围之内，不会造成电机的损坏。如果当缺相计数器count还没有累加到设定值n1，当三相电流的标志位均为零，便对缺相计数器count进行清零，即缺相计数器count＝0。
上述第三实施例的检测方法中同时包括求电流平均值的步骤和对缺相次数进行累计的步骤，但是上述两种步骤并不需要同时存在于电机缺相的检测方法中，只是包括上述的其中一步骤也是可以的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种三相电机缺相的检测系统，其特征在于：包括信号发生单元、检测单元和判断单元；所述信号发生单元与三相电机电连接，所述检测单元分别与三相电机、信号发生单元和判断单元电连接；
所述信号发生单元用于发出驱动三相电机工作的驱动信号；
所述检测单元包括用于检测信号发生单元是否发出驱动信号的信号检测模块和用于检测三相电流大小的电流检测模块，所述检测单元还包括用于检测车辆的车轮转速的转速检测模块和用于检测三相电机转子位置的转子位置检测模块；
所述判断单元用于接收检测单元的三相电流大小的信号，以及根据三相电流的大小判断电机是否缺相。
2.如权利要求1所述的三相电机缺相的检测系统，其特征在于：所述检测系统还包括分别与信号发生单元和判断单元连接的控制单元，所述控制单元根据判断单元的缺相判断，控制信号发生单元停止发出驱动信号。
3.如权利要求1或2所述的三相电机缺相的检测系统，其特征在于：所述检测单元还包括用于对每次检测到的电流进行计数的电流计数器、电流累加器以及用于计算电流平均值的电流计算器。
4.如权利要求3所述的三相电机缺相的检测系统，其特征在于：控制单元还包括用于累加缺相次数的缺相计数器以及根据接收判断单元的判断结果对电流累加器进行清零。
5.如权利要求2所述的三相电机缺相的检测系统，其特征在于：所述判断单元、信号发生单元和控制单元集成在一块芯片上，所述芯片为TMS320F2812DSP芯片。
6.一种三相电机缺相的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
检测信号发生单元是否发出驱动信号；
当检测到驱动信号时，继续检测车辆的车轮转速是否为零；
当车辆的车轮转速不为零时，判断单元对三相电流大小进行判断，其中一相电流为零，则判断电机缺相。
7.如权利要求6所述的三相电机缺相的检测方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：
当判断单元判断到电机发生缺相故障时，控制单元控制信号发生单元停止发出驱动信号。
8.如权利要求6或7所述的三相电机缺相的检测方法，其特征在于：还包括以下步骤：
当车辆的车轮转速为零时，所述判断单元判断三相电流是否为零，当其中A相电流为零时，判断单元继续判断三相电机的转子是否在I或VI扇区；当三相电机的转子不在I或VI扇区时，则判断电机缺相；
当三相电机的转子在I或VI扇区时，继续判断A相电流的占空比a1是否等于设定值a0；当A相电流的占空比a1等于设定值a0时，则判断电机的A相电流不缺相；
当A相电流的占空比a1不等于设定值a0时，则判断电机缺相；
当A相电流不缺相时，接着判断B相电流是否为零；
当B相电流为零时，判断单元继续判断三相电机的转子是否在III或IV扇区；当三相电机的转子不在III或IV扇区时，则判断电机缺相；
当三相电机的转子在III或IV扇区时，继续判断B相电流的占空比a2是否等于设定值a0；当B相电流的占空比a2等于设定值a0时，则判断电机的A相电流和B相电流不缺相；
当B相电流的占空比a2不等于设定值a0时，则判断电机缺相；
当A相电流且B相电流不缺相时，接着判断C相电流是否为零；
当C相电流为零时，判断单元继续判断三相电机的转子是否在II或V扇区；当三相电机的转子不在II或V扇区时，则判断电机缺相；
当三相电机的转子在II或V扇区时，继续判断C相电流的占空比a3是否等于设定值a0；当C相电流的占空比a3等于设定值a0时，则判断电机不缺相；
当C相电流的占空比a3不等于设定值a0时，则判断电机缺相。
9.如权利要求8所述的三相电机缺相的检测方法，其特征在于：还包括以下步骤：当检测单元检测到驱动信号时，判断三相电流的电流计数器中检测电流的次数T是否小于设定值n；
如果T次数小于设定值n，电流累加器对三相电流IA、IB、IC分别进行累加；
如果T次数大于或等于设定值n次时，三相电流的次数T清零，分别对IA的累加值求平均值、对IB的累加值求平均值、对IC的累加值求平均值。
10.如权利要求9所述的三相电机缺相的检测方法，其特征在于：还包括以下步骤：当判断单元发送判断结果给控制单元后，三相电流IA的累加值、IB的累加值、IC的累加值均进行清零，接着判断三相电流中是否其中一相电流的标志位为1，当三相电流的标志位均为0，对缺相计数器进行清零，程序结束；
当三相电流中其中一相电流的标志位为1时，缺相计数器开始累加，当缺相计数器大于等于设定值n1时，总缺相标志位F＝1，控制单元控制信号发生单元停止发出驱动信号。
11.如权利要求9所述的三相电机缺相的检测方法，其特征在于：设定值n范围为1000-10000。
12.如权利要求10所述的三相电机缺相的检测方法，其特征在于：设定值n1范围为10000-120000。
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