CN102664387B - 三相电动机相序保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及三相异步电动机相序保护器与保护方法。三相异步电动机相序保护器包括：三组相序检测滤波组件、单片机与继电器；每组相序检测滤波组件包括依次连接的检测装置、隔直低通滤波器电路与信号变换电路；检测装置包括霍尔传感器、铁芯，电动机相电流导线穿过铁芯；三个信号变换电路均与单片机连接，单片机与继电器连接。检测装置分别根据隔直、低通滤波器电路与信号变换电路原理对A相、B相与C相检测信号处理后送至单片机，单片机判断相序是否反序且向继电器发出保护动作；继电器控制电动机主回路的接触器断开，达到制止电动机反转的目的。本发明满足保护装置的小型化、智能化、网络化的发展方向要求。

Description

三相电动机相序保护方法

技术领域

本发明涉及低压电器领域，尤其涉及一种三相异步电动机相序保护器，本发明还涉及三相异步电动机相序保护方法。

背景技术

电动机的使用几乎渗透到各个行业，确保其正常运行十分重要。相序发生变化时会造成电动机逆转，虽然对电动机没有影响，但在实际现场有些设备不允许逆转，出现逆转就会损坏设备，造成生产事故，此情况就必须安装相序保护器来拒绝逆转。现有的相序保护器，多采用纯硬件实现，电路参数根据保护范围确定，不能灵活的调整保护范围；另一方面，电动机保护器朝多功能化、智能化、网络化方向发展，采用纯硬件设计不能和其他保护功能整合，不能满足现代保护装置小型化、智能化以及高可靠性的要求。

本发明的目的是提供一种智能化、可靠性高的三相异步电动机相序保护器。该保护器是一种低压电器，它通过对三相异步电动机的电流信号检测，完成三相异步电动机相序保护的功能。本发明的另一目的是提供一种三相异步电动机相序保护方法。

本发明实现上述目的采取的技术方案是：一种三相异步电动机相序保护器，包括：三组相序检测滤波组件、单片机与继电器；每组相序检测滤波组件包括依次连接的检测装置、隔直低通滤波器电路与信号变换电路；检测装置包括霍尔传感器、铁芯，电动机相电流导线穿过铁芯；三个信号变换电路均与单片机连接，单片机与继电器连接。 

检测装置主要对电动机各相电流信号进行检测，使输出的电压信号反映电动机的工作电流；

隔直、低通滤波器电路对检测装置输出的电压信号去除直流分量，对正弦交变分量进行平滑滤波；

信号变换电路对隔直、低通滤波器电路输出的平滑交流正弦波滤波信号进行带有磁滞回路的过零比较，产生反映电动机三相工作电流相位前后顺序的脉冲信号；

单片机对各相信号变换电路输出的三路脉冲信号同时进行捕捉，判断相序是否反序且向继电器发出保护动作；

继电器执行单片机发出的反序保护动作，通过控制电动机主回路的接触器断开，达到制止电动机反转的目的。

检测装置包括霍尔传感器、铁芯，铁芯收集电动机相电流导体周围的磁场，霍尔传感器感应出与磁场强度成正比例的电压信号，达到相电流检测的目的。 

单片机包括依次连接的边沿检测逻辑和时钟同步器，中断逻辑、中断控制器，相序判别器，输出模块，三个信号变换电路与边沿检测逻辑和时钟同步器输入端连接，输出模块输出端与继电器连接。

本发明实现上述第二目的采取的技术方案是，一种三相电动机相序保护方法，其步骤如下：

a.根据电动机的电流工作范围，对霍尔传感器合理编程，即修改和设定传感器灵敏度和偏移量参数，使霍尔传感器输出电压信号为直流偏置电压和电流产生电压信号的叠加，幅度在0-Vd，Vd是霍尔传感器电源电压；

b.每个相序的检测装置通过铁芯收集相电流产生的磁场，利用霍尔传感器把电动机相电流产生的正弦交变磁场转换为电压信号，将此电压信号输出至该相序的隔直、低通滤波器电路； 

c. 隔直、低通滤波器电路对检测装置输出的电压信号去除直流分量，对正弦交变分量进行平滑滤波处理后，得到与电动机工作电流成线性比例的平滑的正弦交变信号，将此正弦交变信号输出至该相序的信号变换电路；

d.信号变换电路对此交变信号进行带有磁滞的过零比较处理，得到反映电动机三相工作电流相位前后顺序的脉冲信号, 将此脉冲信号输出至单片机；变换加入磁滞回路的变换算法为：如果Vs>Vth，则V0=Vd；如果Vs<-Vth，则V0=0；如果abs(Vs)<= Vth,则V0不变；其中，Vs为变换前正弦交变信号电压，V0为脉冲信号电压，Vd为电源电压，Vth为磁滞回路阀值电压；通过对三相电流信号的上述处理，得到的三路脉冲信号在相邻的三个上升沿或下降沿反映了三相电流的相位顺序；

e. 单片机对信号变换电路输出的三路脉冲信号同时进行捕捉，采用实时中断提示判断相序是否反序, 在捕捉到A相脉冲信号的情况下，通过检测捕捉到B相和C相脉冲信号的前后顺序来判断相序是否正确，判别准则为：如果B相先到则正序，如果C相先到则反序，根据判断结果向继电器发出保护动作，控制继电器的通或断；

 f.继电器执行单片机发出的保护动作，达到相序保护、制止电动机反转的目的。

步骤d中信号变换电路加入磁滞回路的目的是为了提高抗干扰，避免反复的过零比较。

本发明是以单片机为核心的电动机相序保护器，虽然从系统划分上看，与传统的相序保护器相比系统的组成部分更多，但它采用了可编程霍尔传感器以及以单片机为核心，可以方便的根据保护规格的不同调整参数，以及由于传感器完成了对电流信号的检测，可以把此种相序保护方法与其他保护如热过载、电流不平衡等种结合开发综合多功能的电动机保护装置，满足保护装置的小型化、智能化、网络化的发展方向要求。

本发明根据不同保护规格调整参数方便且在此基础上开发其他保护功能方便，有利于实现多功能、智能化的电动机综合保护器装置。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图,

图2是单片机实现的脉冲信号捕捉以及相序判别框图。

图中：1—检测装置，101—霍尔传感器，102—铁芯，2—隔直、低通滤波器电路，3—信号变换电路，4—单片机，401—边沿检测逻辑和时钟同步器，402—中断逻辑、中断控制器，403—相序判别器，404—输出模块，5—继电器。

具体实施方式

实施例1如图1所示：本发明提供的一种三相异步电动机相序保护器，包括：三组相序检测滤波组件、单片机4与继电器5；每组相序检测滤波组件包括依次连接的检测装置1、隔直、低通滤波器电路2与信号变换电路3；检测装置1包括霍尔传感器101与铁芯102，电动机相电流导线穿过铁芯102，铁芯102收集相电流导体周围的磁场，霍尔传感器101感应出与磁场强度成正比例的电压信号，达到相电流检测的目的；三个信号变换电路3均与单片机4连接，单片机4与继电器5连接。 

检测装置1主要对电流信号进行检测，使输出的电压信号反映电动机的工作电流；隔直、低通滤波器电路2对检测装置1输出信号去除直流分量，对正弦交变分量进行平滑滤波；信号变换电路3对滤波后信号进行带有磁滞回路的过零比较，产生反应相位先后信息的脉冲信号；单片机4对来自于三相电动机的三路脉冲信号同时进行捕捉，为了提高实时性，通过中断方式提示相序判别器403根据判别准则判断相序正反，从而控制继电器5 动作，达到制止电动机反转的目的。

参见图2：单片机4包括依次连接的边沿检测逻辑和时钟同步器401，中断逻辑、中断控制器402，相序判别器403和输出模块404；三个信号变换电路3与边沿检测逻辑和时钟同步器401输入端连接，输出模块404输出端与继电器5连接。

保护器检测装置分别根据隔直、低通滤波器电路与信号变换电路原理对A相、B相与C相检测信号处理后送至单片机。用户设置对脉冲信号上升沿或下降沿进行捕捉以及捕捉中断的优先级，边沿检测逻辑和时钟同步器401对脉冲信号边沿进行检测，识别出边沿信号后通知中断逻辑、中断控制器402，中断逻辑、中断控制器402进行中断识别、优先级判别等操作后通知相序判别器403处理中断，相序判别器403通过判别准则判定是否反序，通过输出模块404输出控制信号控制继电器5，达到对相序保护的目的。

实施例2一种三相电动机相序保护方法，其步骤如下：

a.根据电动机的电流工作范围，对霍尔传感器合理编程，即修改和设定传感器灵敏度和偏移量参数，使霍尔传感器101输出电压信号为直流偏置电压和电流产生电压信号的叠加，幅度在0-Vd，Vd是霍尔传感器电源电压；

b.每个相序的检测装置1通过铁芯102收集相电流产生的磁场，利用霍尔传感器101把电动机相电流产生的正弦交变磁场转换为电压信号，将此电压信号输出至该相序的隔直、低通滤波器电路2； 

c. 隔直、低通滤波器电路2对检测装置1输出的电压信号去除直流分量，对正弦交变分量进行平滑滤波处理后，得到与电动机工作电流成线性比例的平滑的正弦交变信号，将此正弦交变信号输出至该相序的信号变换电路3；

d.信号变换电路3对此交变信号进行带有磁滞的过零比较处理，得到反映电动机三相工作电流相位前、后顺序的脉冲信号, 将此脉冲信号输出至单片机4；变换加入磁滞回路的变换算法为：如果Vs>Vth，则V0=Vd；如果Vs<-Vth，则V0=0；如果abs(Vs)<= Vth,则V0不变；其中，Vs为变换前正弦交变信号电压，V0为脉冲信号电压，Vd为电源电压，Vth为磁滞回路阀值电压；通过对三相电流信号的上述处理，得到的三路脉冲信号在相邻的三个上升沿或下降沿反映了三相电流的相位顺序；

e. 单片机对信号变换电路3输出的三路脉冲信号同时进行捕捉，采用实时中断提示判断相序是否反序, 在捕捉到A相脉冲信号的情况下，通过检测捕捉到B相和C相脉冲信号的前后顺序来判断相序是否正确，判别准则为：如果B相先到则正序，如果C相先到则反序，根据判断结果向继电器5发出保护动作，控制继电器5的通或断；

 f.继电器5执行单片机4发出的保护动作，达到相序保护、制止电动机反转的目的。

Claims (1)

1.一种三相电动机相序保护方法，其步骤如下：

a.根据电动机的电流工作范围，对霍尔传感器合理编程，修改和设定传感器灵敏度和偏移量参数，使霍尔传感器(101)输出电压信号为直流偏置电压和电流产生电压信号的叠加，幅度在0-Vd，Vd是霍尔传感器电源电压；

b.每个相序的检测装置（1）通过铁芯（102）收集相电流产生的磁场，利用霍尔传感器（101）把电动机相电流产生的正弦交变磁场转换为电压信号，将此电压信号输出至该相序的隔直、低通滤波器电路（2）；

c.隔直、低通滤波器电路（2）对检测装置（1）输出的电压信号去除直流分量，对正弦交变分量进行平滑滤波处理后，得到与电动机工作电流成线性比例的平滑的正弦交变信号，将此正弦交变信号输出至该相序的信号变换电路（3）；

d.信号变换电路（3）对此交变信号进行带有磁滞的过零比较处理，得到反映电动机三相工作电流相位前、后顺序的脉冲信号, 将此脉冲信号输出至单片机（4）；变换加入磁滞回路的变换算法为：如果Vs>Vth，则V0=Vd；如果Vs<-Vth，则V0=0；如果abs(Vs)<= Vth,则V0不变；其中，Vs为变换前正弦交变信号电压，V0为脉冲信号电压，Vd为电源电压，Vth为磁滞回路阀值电压；通过对三相电流信号的过零比较处理，得到的三路脉冲信号在相邻的三个上升沿或下降沿反映了三相电流的相位顺序；

e.单片机（4）对信号变换电路(3)输出的三路脉冲信号同时进行捕捉，采用实时中断提示判断相序是否反序, 在捕捉到A相脉冲信号的情况下，通过检测捕捉到B相和C相脉冲信号的前后顺序来判断相序是否正确，判别准则为：如果B相先到则正序，如果C相先到则反序，根据判断结果向继电器（5）发出保护动作，控制继电器（5）的通或断；

f.继电器（5）执行单片机（4）发出的保护动作，达到相序保护、制止电动机反转的目的。