CN102005729B

CN102005729B - 一种智能型电动机保护控制器自适应交流输入信号的方法

Info

Publication number: CN102005729B
Application number: CN 201010587786
Authority: CN
Inventors: 刘海波; 江辉; 苑智伟
Original assignee: Dandong Huatong Measurement & Control Co Ltd
Current assignee: Dandong Huatong Measurement & Control Co Ltd
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2030-12-10
Also published as: CN102005729A

Abstract

一种智能型电动机保护控制器自适应交流输入信号的方法，将电压互感器、电流互感器接入智能型电动机保护控制器模拟量输入端子，电压、电流互感器采样A、B、C三相电压、电流，相位补偿电路对互感器采样时产生的比差、角差进行补偿，采样保持与模拟开关电路在微处理器的控制下依次对A相电流、电压，B相电流、电压，C相电流、电压交流采样，经Ａ/D转换后输入微处理器。频率跟踪电路保持交流采样始终有序，过零中断电路在交流电压、电流过零点产生中断作为时标启动智能型电动机保护控制器的微处理器读取Ａ/D中采样数据。通过软件判断的方法校正装置由接线错误引起的三相异步交流电动机保护功能异常与功率计算误差。

Description

一种智能型电动机保护控制器自适应交流输入信号的方法

技术领域

本发明涉及一种电动机保护器的控制方法，具体说涉及一种智能型电动机保护器三相交流采样的处理方法。

背景技术

随着微电子技术与大规模集成电路技术的发展，以单片机为核心的三相交流电量采样技术为代表的装置已开始逐渐替代传统的热继电器成为电动机保护和电动机控制中心（MCC）的主流产品。

智能型电动机保护控制器通过三相四线（中性点接地）接线方式的交流电流输入（采用或不采用电流互感器）和交流电压输入（采用或不采用电压互感器输入）信号进行交流采样和计算，得到电流、电压的瞬时值和有效值、有功功率等参数，作为三相交流异步电动机的堵转、过负荷及过压、欠压、电流不平衡等保护及各种电参数的基础数据。这类装置通常安装在开关柜内，在开关柜厂生产安装过程中，电流与电压相序接线错误或电流输入信号同名端接反是常见的错误，这种接线错误的特点是在工厂安装和送电检查时不易发现，只有在现场送电运行后才能发现，其后果是：1）造成部分电参数测量误差极大，如：有功功率和有功电能等；2）可能导致装置误动作，影响电动机的正常运行，如：电流不平衡保护、欠功率保护等。

遇到此类情况，通常需要现场改变装置的错误接线，传统的解决方法是在线仪表检测法和离线检查法。在线仪表检测法需要使用相位仪和具备丰富的专业知识才能进行；离线检查法耗时耗力，这就不可避免地造成影响工程项目的施工和调试进度，同时加大了生产单位的调试和维护成本。

发明内容

针对现有电动机控制器存在的缺陷，本发明提供一种不需要另外更改装置外部接线就能校正装置由接线错误引起的三相异步交流电动机保护功能异常与功率计算误差的一种智能型电动机保护控制器自适应交流输入信号的方法。

解决上述技术问题所采取的具体技术措施是：一种智能型电动机保护控制器自适应交流输入信号的方法，其特征是：电压、电流互感器采样A、B、C三相电压、电流，相位补偿电路对互感器采样时产生的比差、角差进行补偿，采样保持与模拟开关电路在微处理器的控制下依次对A相电流、电压，B相电流、电压，C相电流、电压交流采样经Ａ/D转换后输入微处理器。频率跟踪电路保持交流采样始终有序，过零中断电路在交流电压、电流过零点产生中断作为时标启动微处理器读取A/D中采样数据。

三相交流异步电动机是感性负载，电压要比电流超前，功率因数范围：0＜cosφ＜0.95，对应的电压与电流相位角φ范围：18°＜φ＜ 90°。A、B、C三相电压、电流由负半周转向正半周时，触发中断，单片机响应中断记录下A、B、C三相电压、电流过零时间。如果A相电压为Ua，A相电流为Ia，那么借助Ia与Ua过零时间差Tda，能换算出A相电压与电流相位角=360°/20ms·Tda，若相位角大于90°，就可以判定A相电压或电流端子接线有误。B相与C相电压与电流相位角可按上述方法进行判定。

对于电流互感器输入同名端接反，就要借助电流与功率数据来判断。根据三相交流电动机的三相阻抗相等，三相电流瞬值的代数和∑I＝Iai+Ibi+Ici=0，式中：Iai、Ibi、Ici为三相电流瞬时值，若有电流互感器的同名端接错则∑I≠0时，要对同名端接错的相电流采样值取反。当∑I＝0时，还要判断电动机功率P＞0 还是P＜0，前种情况电流方向正确，后一种情况三相电流方向皆反。

对于三相交流电压Ua、Ub、Uc，有Ua＝Um·sinωt，Ub＝Um·sin(ωt+120°)，Uc＝Um·sin(ωt+240°)，其中任意一相交流电压有效值即方均根值，其离散计算公式：

　。

对于三相交流电流Ia、Ib、Ic，有Ia＝Im·sinωt，Ib＝Im·sin(ωt+120°)，Ic＝Im·sin(ωt+240°)，其中任意一相交流电流有效值即方均根值，其离散计算公式：

。

对于三相交流电动机，其中任意一相有功功率其离散计算公式：

，

式中，N为采样次数，v_pNk,i_pk为瞬时电压、电流采样值，以下内容说明公式如何应用数据判断，可保留电流方向正确时Ｐ＞0之类的判断标准方法。采样次数愈多，计量结果就愈精确。本发明在装置软件设计中增加自动校正电压、电流接线错误的算法。A相电压与B相电压互相接错，计算电动机功率时要将电压值互换。当计算A相瞬时有功功率时，A相瞬时电压与B相瞬时电流积Pak=v_bNk·ia_k；同样，在计算B相瞬时有功功率时，B相瞬时电流与A相瞬时电压积Pbk=v_aNk·ib_k，在实际上是将A相电压与B相电压采样缓存区内容彼此交换。有功功率Ｐ是判定电流方向是否有误的一个重要判据，电流方向正确时Ｐ＞0。

自适应交流输入信号的方法：硬件装置：将电压互感器、电流互感器接入PDM-810MRC型智能型电动机保护控制器模拟量输入端子，PDM-810MRC对电压互感器、电流互感器信号采样由控制逻辑控制，分别施加到过零触发中断与A/D转换；程序流程：根据三相交流电动机瞬时电流和为零的特点即∑I＝Iai+Ibi+Ici＝0判断装置三相电流接线是否正确。∑I＝0表明三相电流方向相同，电流互感器同名端同向。此时，有两种可能：一是三相电流方向接线正确，电流互感器同名端与相应电压互感器同名端同一方向；另一种可能是三相电流全部反向，电流互感器同名端全部接反。此时，要借助电动机有功功率P＞0还是P＜0来进一步判断。若P＞0，三相电流接线正确；P＜0，需要微处理器将三相电流采样值全部取反。∑I≠0也有两种可能：一是可能有一相或两相电流方向有误，二是可能三相电流缺相。对于电动机电流或电压缺相，装置只能给出提示：“请重新检查线路”。电流方向错误包括：A相电流方向错误，B相电流方向错误，C相电流方向错误，A B两相电流方向错误，A C两相电流方向错误，C B两相电流方向错误。对于这些错误要逐一判别，发现哪相电流反向就将该相电流采样值全部取反，直到∑I＝0。然后，再以三相交流电动机瞬时电压和为零的特性即∑U＝Uai+Ubi+Uci=0判断三相电压是否有缺相，其中Uai、Ubi、Uci为三相电压瞬时值。∑U≠0表明电压缺相，转为缺相提示。∑U＝0时，三相电压相序是以电流相序为参照，根据三相异步电动机每相电压与电流相位角＜90°来判别电压相序。三相电压相序错误有：A相与B相、A相与C相、B相与C相三种可能。当检测到电压相序错误就要进行校正，有相序错误的两相互相交换电压采样缓存区所有数据。

本发明的有益效果：通过智能型电动机保护控制器的计算机内部软件判断的方法，不需要另外更改装置外部接线就能校正装置由接线错误引起的三相异步交流电动机保护功能异常与功率计算误差。

附图说明

图1为本发明硬件连接图；

图2为本发明交流采样与中断结构框图；

图3为本发明程序流程图。

具体实施方式

结合附图详细说明本发明实施方法。

本发明硬件装置如图１所示，将电压互感器、电流互感器接入PDM-810MRC型智能型电动机保护控制器模拟量输入端子，PDM-810MRC对电压互感器、电流互感器信号采样由控制逻辑控制，分别施加到过零触发中断与A/D转换。

结合图2说明本发明单片机交流采样与中断的关系，来自A、B、C、三相电压互感器、三相电流互感器信号由控制逻辑控制分别施加到过零触发中断与A/D转换。每当电流、电压信号由负半周到正半周时，就会产生一个负脉冲触发中断，记录三相电压、电流过零点的时间。如果，Tia是A相电流过零时间；Tua是A相电压过零时间，两次过零时间差Tda=Tia－Tua。那么，A相的电压与电流间相位角＝360°/20ms· Tda，同样的方法亦适用于B相、C相。交流采样与A/D转换，完成A、B、C三相电压、电流信号的实时采样，计算得到电流、电压、功率等数据。

本发明的自适应交流输入信号的方法，程序流程如图3所示。本装置电压、电流端接线错误可分为三种形式：一是电压、电流接线时少接一相或两相，这种错误无法用软件校正，只能重新查线、校线。本装置仅对此类错误给出提示：“请重新检查线路”；第二类错误是电压、电流相序接错；第三类错误是电流方向接反（电流互感器同名端接反）。后两类电压、电流相序接错与电流方向接反（电流互感器同名端接反）完全可以通过方法用软件校正。程序开始（1）进入判断程序（2）三相交流电动机瞬时电流和为零即∑I＝Iai+Ibi+Ici＝0作为判据，判定装置三相电流接线是否正确？当程序判定三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0时，转向程序（16）判断是哪一相电流接法有问题后面再详细叙述。当程序判定三相交流电动机瞬时电流和为零∑I＝0时，表明三相电流方向相同（电流互感器同名端同向）转向程序（3）此时，有两种可能：一是三相电流接线正确（电流互感器同名端与相应电压互感器同名端同一方向）；另一种可能是三相电流全部反向（电流互感器同名端全部接反）。此时，要借助电动机有功功率P＞0还是P＜0来进一步判断。若P＞0，三相电流接线正确转向程序（5）对电压值进行判断；若P＜0，表明三相电流同名端同时接反转向程序（4）将三相电流采样值全部取反后，转向程序（5）对电压值进行判断。在三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0时进入程序（16）对A相电流取反后判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0？若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：A相电流接线有误转向程序（17）A相电流取反后转向程序（5）对电压值进行判断；若∑I≠0转向程序（18）对B相电流取反后进行判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0？若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：B相电流接线有误转向程序（19）B相电流取反后转向程序（5）对电压值进行判断；若三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0转向程序（20）对C相电流取反后进行判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0？若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：C相电流接线有误转向程序（21）C相电流取反后转向程序（5）对电压值进行判断；若三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0转向程序（22）对A、B相电流取反后进行判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0？若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：A、B相电流接线有误转向程序（23）A、B相电流取反，转向程序（5）对电压值进行判断；若三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0转向程序（24）对A、C相电流取反后进行判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0？若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：A、C相电流接线有误转向程序（25）A、C相电流取反后转向程序（5）对电压值进行判断；若三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0转向程序（26）对C、B相电流取反后进行判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0？若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：B、C相电流接线有误转向程序（27）C、B相电流取反，转向程序（5）对电压值进行判断；若三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0转向程序（28）此时，可以断定三相电流接线有断线要重新检查线路。

程序（5）以三相交流电动机瞬时电压和为零的特性即∑U＝Uai+Ubi+Uci＝0 (Uai、Ubi、Uci为A、B、C三相电压瞬时值)判断三相电压是否接线错误。若∑U≠0表明电压接线错误，转向程序（28）此时，可以断定三相电压接线有误要重新检查线路。若∑U＝0，表明三相电压接线正确，转向程序（6）判断A相电压与电流是否同相（三相电动机回路中电压与电流间夹角＜90⁰判定为同相）？若同相，转到程序（7）判断B相电压与电流相位；若不同相，则转向程序（10）判断A相电压与B电流是否同相（三相电动机回路中电压与电流间夹角＜90⁰判定为同相）？若同相，转到程序（11）交换A、B两相电压采样值后转到程序（7）判断B相电压与电流相位；若不同相，则转向程序（12）判断判断A相电压与C电流是否同相（三相电动机回路中电压与电流间夹角＜90⁰判定为同相）？若同相，转到程序（13）交换A、C两相电压采样值后转到程序（7）判断B相电压与电流相位；若不同相，则转向程序（28）要求重新检查线路。程序（7）判断B相电压与电流是否同相（三相电动机回路中电压与电流间夹角＜90⁰判定为同相）？若同相，转到程序（8）判断C相电压与电流相位；若不同相，则转向程序（14）判断B相电压与C相电流是否同相（三相电动机回路中电压与电流间夹角＜90⁰判定为同相）？若同相，转到程序（15）交换B、C两相电压采样值后转到程序（8）判断C相电压与电流相位。若不同相，则转向程序（28）要求重新检查线路。程序（8）判断C相电压与电流相位；若C相电压与电流不同相，则转向程序（28）要求重新检查线路；若C相电压与电流同相，程序结束。

本发明采用上述方法来校正装置电压相序错误与电流方向错误。

Claims

1.一种智能型电动机保护控制器自适应交流输入信号的方法，其特征是：硬件装置：将电压互感器、电流互感器接入PDM-810MRC型智能型电动机保护控制器模拟量输入端子，PDM-810MRC对电压互感器、电流互感器信号采样由控制逻辑控制，分别施加到过零触发中断与A/D转换；程序流程：

（a）根据三相交流电动机瞬时电流和为零的特点∑I＝I_ai+I_bi+I_ci=0判断装置三相电流接线是否正确，∑I=0表明三相电流方向相同电流互感器同名端同向，此时，有两种可能：一是三相电流方向接线正确电流互感器同名端与相应电压互感器同名端同一方向，另一种可能是三相电流全部反向电流互感器同名端全部接反，此时，要借助电动机有功功率P＞0还是P＜0来进一步判断，若P＞0表明三相电流接线正确：若P＜0表明三相电流全部反向，需要微处理器将三相电流采样值全部取反；∑I≠0也有两种可能：一是有一相或两相电流方向有误，二是有三相电流缺相；对于电动机电流或电压缺相，装置只能给出提示：“请重新检查线路”；电流方向错误包括：A相电流方向错误、B相电流方向错误、C相电流方向错误、A B两相电流方向错误、A C两相电流方向错误、C B两相电流方向错误，对于这些错误要逐一判别，在三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0时，对A相电流取反后判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0，若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：A相电流方向错误，对A相电流值取反，A相电流值取反后，转入（b）；若∑I≠0，对B相电流取反后进行判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0，若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：B相电流方向错误，对B相电流值取反，B相电流取反后，转入（b）；若三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0，对C相电流取反后进行判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0，若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：C相电流方向错误，对Ｃ相电流值取反，C相电流取反后，转入（b）；若三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0，对A、B相电流取反后进行判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0，若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：A、B相电流方向错误，对A、B相电流值取反，A、B相电流取反后，转入（b）；若三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0，对A、C相电流取反后进行判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0，若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：A、C相电流方向错误，对A、Ｃ相电流值取反，A、C相电流取反后，转入（b）；若三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0，对C、B相电流取反后进行判断是否三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0，若三相交流电动机瞬时电流和∑I＝0可以断定：B、C相电流方向错误，对B、C相电流值取反，B、C相电流取反后，转入（b）；若三相交流电动机瞬时电流和∑I≠0，可以断定三相电流接线有断线，要重新检查线路；

（b）以三相交流电动机瞬时电压和为零的特性∑U＝U_ai+U_bi+U_ci＝0判断三相电压是否有接线错误，其中 U_ai、U_bi、U_ci为三相电压瞬时值，∑U≠0表明电压接线错误，装置给出提示：“请重新检查线路”；∑U＝0时，三相电压相序是以电流相序为参照，根据三相异步电动机每相电压与电流相位角＜90°来判别电压相序；三相电压相序错误有：A相与B相、A相与C相、B相与C相三种可能；当检测到电压相序错误就要进行校正，有相序错误的两相互相交换电压采样缓存区所有数据。