CN102236040B - 高速交流电动机供电电流检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速交流电动机供电电流检测方法及其装置，其方法以霍尔传感器感应相电流，将有效值与预设的阈值比较判断。通过电流信号采集、转换模块、电流检测模块、周期检测模块、微控制器、供电继电器和远程微机的配合可以快速、稳定地进行检测。以此，采用数字化的方式对于检测和保护更为精确、可靠。其在安装调试方面显著提高了生产效率，能够消除电机烧毁的可能性，为电机运行提供有效保护，并提供运行时电流状况的动态反馈。

Description

高速交流电动机供电电流检测方法

技术领域

本发明涉及一种电流检测方法及其装置，尤其涉及一种高速交流电动机供电电流检测方法及其装置。 

背景技术

目前广泛采用的交流电动机电流保护继电器都是针对于低频(50～100Hz)低转速(＜6K rmp)电机应用而开发的，保护时动作慢，动作时间需要一至几秒不等。 

对于高速交流电动机(160K～500K rmp)，其供电电源频率高(3～8KHz)，由高频开关(60K～100K Hz)带来的谐波成分大，普通电机电流检测方法和装置不再适应于这样的应用环境，表现在：其阈值不可靠，造成误动作或不动作；保护速度过慢，严重时烧毁电机，造成经济的损失和生产效率的降低。因此需要一种能够对高速电动机供电电流进行检测和保护的方法和装置，保护时间应保证在ms级别并且确保检测和保护的可靠与稳定。本发明采用的检测元器件和微控制器都具有高的响应、处理速度(传感器响应带宽100KHz，微控制器主频100MHz)，数字化的方法使检测更为精确、可靠。 

同时，电机运行电流状况需要进行实时的反馈和监控。 

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种高速交流电动机供电电流检测方法及其装置。 

本发明的目的通过以下技术方案来实现： 

高速交流电动机供电电流检测方法，其特征在于包括以下步骤： 

步骤①，用霍尔传感器感应相电流，霍尔传感器副边输出的电流信号经过采样电阻转换为电压信号； 

步骤②，对电压信号进行滤波，去除谐波分量，得到基波电压信号； 

步骤③，对基波电压信号进行绝对值运算，得到满足微处理器采样输入范围的正电压信号； 

步骤④，对基波电压信号进行周期方波转化，得到与信号周期对应的方波信号，令微控制器确定周期的起止时刻； 

步骤⑤，微控制器对绝对值化的正电压信号的一个完整周期进行采样计算，得到电流的有效值； 

步骤⑥，将有效值与预设的阈值比较，当有效值大于阈值并且持续时间大于设定的动作时间时，判定为不可恢复性过载，输出报警；当有效值小于阈值或是持续时间小于动作时间时，判定为正常状态，不需要报警。 

高速交流电动机供电电流检测装置，其中：包括有电流信号采集、转换模块，电流信号采集、转换模块的输出端分别连接电流检测模块的输入端与周期检测模块的输入端；所述电流检测模块的输出端与周期检测模块的输出端连入微控制器的信号接收端；所述微控制器的控制端连接供电继电器。 

上述的高速交流电动机供电电流检测装置，其中：所述的微控制器的输出端连入远程微机的输入端。 

本发明技术方案的优点主要体现在：可以快速、稳定地进行检测。同时采用数字化的方式对于检测和保护更为精确、可靠。微控制器为快速、大量数据的处理分析提供了实现的可能，检测状态的数字化反馈使传统加工设备部件的运行状态得以实时反映，很大程度上提高了维护效率。比较现有的高速交流电机保护方法和装置，本发明在成本上有着明显的优势， 并且在安装调试方面显著提高了生产效率。 

附图说明

本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。这些附图当中， 

图1是高速交流电动机供电电流检测装置的构造示意图； 

图中各附图标记的含义如下： 

1电流信号采集、转换模     2电流检测模块 

块 

3周期检测模块             4微控制器 

5供电继电器               6远程微机 

具体实施方式

高速交流电动机供电电流检测方法，其特别之处在于包括以下步骤：首先，用霍尔传感器感应相电流，霍尔传感器副边输出的电流信号经过采样电阻转换为电压信号。然后，对电压信号进行滤波，去除谐波分量，得到基波电压信号。接着，对基波电压信号进行绝对值运算，得到满足微处理器采样输入范围的正电压信号。同时，将基波电压信号转化为与其周期对应的方波信号，以便微控制器确定信号周期的起止时刻。之后，微控制器4对绝对值化的正电压信号的一个完整周期进行采样计算，得到电流的有效值。最后，将有效值与预设的阈值比较，当有效值大于阈值并且持续时间大于设定的动作时间时，判定为不可恢复性过载，输出报警。相当的，当有效值小于阈值或是持续时间小于动作时间时，则判定为正常状态，不需要报警。 

为了更好地实施本检测方法，先提供一种如图1所示的高速交流电动 机供电电流检测装置，其与众不同之处在于：包括有电流信号采集、转换模块1。具体来说，电流信号采集、转换模块1的输出端分别连接电流检测模块2的输入端与周期检测模块3的输入端。同时，电流检测模块2的输出端与周期检测模块3的输出端连入微控制器4的信号接收端。并且，所述微控制器4的控制端连接供电继电器5。 

就实际组装的设备产品来看，本高速交流电动机供电电流检测装置的电路构造包括与供电电源相连的电流信号采集转换电路、输入信号放大及绝对值化电路、输入信号转方波信号电路、微控制器4及外围电路组成的信号接收和判断模块。 

进一步来看，电流信号采集转换电路，通过霍尔互感器、采样电阻、滤波电感、电容相互连接构成。由此，在实际运行中可将供电电源的电流信号转换为电压信号，输出至信号放大和转换电路。输入信号放大和绝对值化电路包括，运算放大器集成电路、电阻、快速二极管，将正负交变的电压信号转化为正值的电压信号，为微控制器4提供可进行模数转换的电压信号。输入信号转方波信号电路由比较器集成电路和电阻组成，将输入信号转化成与正负周期对应的方波信号，以输入微控制器4作扫描判断。 

同时，微控制器4及外围电路组成的信号接收和判断模块，利用其丰富的数据存储资源和强大的运算能力，对输入信号进行计算和判断，输出状态信号给供电电源控制系统。 

具体来说，霍尔互感器将电源大电流转换为小电流信号，小电流信号在采样电阻上形成电压信号。同时，该电压信号包含了电源中为电动机旋转提供动力的基波电压信号以及由供电电源高频开关带来的谐波信号，此信号进入由滤波电感和滤波电容组成的低通滤波电路，将高次谐波信号滤除，保留基波电压信号的同时不对其幅值造成衰减。由此，所得到的基波 电压信号输入由运算放大器、快速二极管和分压电阻构成的放大并绝对值化电路。由于微处理器模数转换单元只能对正值电压信号进行采样，对于正负交变的电压信号，需要进行电压平移，同时，微处理器模数转换电压范围有限，平移后缩小了采集电压的范围。采用运算放大器集成电路构成绝对值化电路，将负周期的电压转化为可模数转换的信号，微处理器计算电流周期的均方根值，因此，绝对值化后的信号经采样计算，不会影响计算结果。 

并且，正值电压信号输入微处理器模数转换单元输入口，微控制器4以40KHz的频率对其抽样数字化，对一个周期内的电压信号进行均方根值计算，得到电流有效值。在加工过程中由于负载增加甚至堵转情况的发生，致使供电电流增加，检测模块检测到的电流有效值大于预设阈值时微处理器启动超限计时，且当连续过限累计时间超过设定的动作时间时，判断为不可恢复性电流过载，向供电电源系统输出报警，同时使供电继电器5断开，起到保护电动机的作用。 

另一方面，滤波所得的电压基波电压信号进入由比较器集成电路以及电阻构成的过零比较电路。正负交变的正弦基波电压信号，正周期部分转化为高电平输出，负周期部分转化为零电平输出。方波信号输入微处理器输入端口，微处理器对方波进行快速扫描，确定信号的一个完整周期的起止时刻，以便对该周期内的信号进行采样、计算。这种对信号周期的精确判断为单个周期内信号有效值的精确计算提供了实现的保障。 

再者，微控制器4通过串行通信总线集成电路以及外围总线电阻与远程微机6相连，将检测所得电流有效值反馈给远程微机6，以便进行实时监控。 

通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，可以快速、 稳定地进行检测。同时采用数字化的方式对于检测和保护更为精确、可靠。微控制器为快速、大量数据的处理分析提供了实现的可能，检测状态的数字化反馈使传统加工设备部件的运行状态得以实时反映，很大程度上提高了维护效率。比较现有的高速交流电机保护方法和装置，本发明在成本上有着明显的优势，并且在安装调试方面显著提高了生产效率，能够消除电机烧毁的可能性，为电机运行提供有效保护，并提供运行时电流状况的动态反馈。 

Claims (1)

1.高速交流电动机供电电流检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤①，用霍尔传感器感应相电流，霍尔传感器副边输出的电流信号经过采样电阻转换为电压信号；

步骤②，对电压信号进行滤波，去除谐波分量，得到基波电压信号；

步骤③，对基波电压信号进行绝对值运算，得到满足微处理器采样输入范围的正电压信号；

步骤④，对基波电压信号进行周期方波转化，得到与信号周期对应的方波信号，令微控制器确定周期的起止时刻；

步骤⑤，微控制器对绝对值化的正电压信号的一个完整周期进行采样计算，得到电流的有效值； 

步骤⑥，将有效值与预设的阈值比较，当有效值大于阈值并且持续时间大于设定的动作时间时，判定为不可恢复性过载，输出报警；当有效值小于阈值或是持续时间小于动作时间时，判定为正常状态，不需要报警。

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