CN103760429A - 电机驱动装置及其缺相检测方法、系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种电机驱动装置及其缺相检测方法及系统。根据本发明提供的缺相检测方法及系统，在驱动单元启动电机之后，首先获取电机的相电流，在某一相电流为零时，根据风机的负载特性，由电机转矩与转速n、电流I、输出功率P等的关系，由计算出常量k1、k2的值，与预设的取值区间进行比较；若k1或k2不在预设的正常区间内，则判定电机缺相。该检测系统及方法，主要依据风机的负载特性所得，元器件少、判断过程简单易于实现，并且准确、可靠性高。相应地，采用了上述缺相检测方法及系统的电机驱动装置，实时对电机的电源进行检测，能够有效保障电机的安全运行，避免造成电动机烧毁等事故。

Description

电机驱动装置及其缺相检测方法、系统

技术领域

本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种电机驱动装置及其缺相检测方法及系统。

背景技术

三相或者其他多相交流电机缺相即加载在交流电机上的交流电缺少一相或者多相，缺相可以分为主相位缺相和霍耳缺相。三相或其他多相电机缺相时，电子电流急剧增大，磁场严重不均匀，表现为电机抖动不能正常转动，或者转动无力、电机带载性能下降且噪音大。更严重的是会导致电机短路，进而因电流过大、电机发热量过大而烧毁电机。

因此，无论是在交流电机的启动还是运行过程中，都需要对电机的电源进行检测。目前对于交流电机缺相检测的方案，大多是采用具有各种元器件的检测电路来检测电压的相位差或者相电流的大小。但是，一方面，该类检测电路需要多种元器件，结构复杂且成本高；另一方面，在通过对相电流是否为零进而判断电机是否缺相时，容易出现误判断，特别是在小电流的情况下，并且还需进一步判断检测到的相电流的占空比与预设的占空比是否相同，逻辑判断过程复杂、不易于实现。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的首先即在于提供一种电机缺相检测方法及系统，以解决现有技术中缺相检测方法过程复杂、系统结构复杂成本高或者精确度不高的技术问题。

本发明提供一种电机缺相检测方法，包括以下步骤：

发送驱动信号启动电机；

获取电机的相电流，并检测是否为零；

当检测到其中一相电流为零时，获取电机转速n和不为零的一相电流I，根据公式k1=I/n²计算出k1的值；或者，获取电机转速n和电机输出功率P，根据公式k2=P/n³计算出k2的值；

判断k1是否在预设的取值区间〔A1，B1〕之内，或者，判断k2是否在预设的取值区间〔A2，B2〕之内；若k1或k2不满足条件，则判定电机缺相。

本发明提供的一种电机缺相检测系统，包括：

驱动单元，用于发送驱动信号启动电机；

电流检测单元，用于获取电机的相电流，并检测是否为零；

参数获取单元，用于获取电机转速n和不为零的一相电流I，根据公式k1=I/n²计算出k1的值；或者，获取电机转速n和电机输出功率P，根据公式k2=P/n³计算出k2的值；

缺相判断单元，用于接收k1或k2的值，并且根据k1或k2是否在预设的取值区间〔A1，B1〕或〔A2，B2〕之内，判定电机是否缺相。

最后，本发明还提供一种电机驱动装置，作为改进，该电机驱动装置包括如上所述的缺相检测系统。

根据本发明提供的电机的缺相检测方法及系统，在驱动单元启动电机之后，首先通过电流检测单元获取电机的三相电流，在某一相电流为零时，根据风机的负载特性，由电机转矩与转速n、电流I、输出功率P等的关系，由计算出常量k1、k2的值，与预设的取值区间进行比较；若k1或k2不在预设的正常区间内，则判定电机缺相。该检测系统及其方法，主要依据风机的负载特性所得，元器件少、判断过程简单易于实现，并且准确、可靠性高。相应地，采用了上述缺相检测方法及系统的电机驱动装置，在三相电机的启动和运行过程中，实时对电机的三相电源进行检测，能够有效保障电机的安全运行，避免造成电动机烧毁等事故。

附图说明

图1是本发明实施例提供的三相电机缺相检测方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的三相电机缺相检测系统的结构框图；

图3是图2中参数获取单元的结构框图；

图4是图2中参数获取单元的又一结构框图；

图5是本发明实施例提供的三相电机缺相检测系统的又一结构框图；

图6是本发明实施例提供的三相电机缺相检测系统的另一结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要特别提醒的是，本发明提供的电机驱动装置及其缺相检测方法及系统，适用于包括三相电机在内的任何交流电机。为了便于解释与说明，下列实施方式都以三相电机为例进行说明。

图1是本发明实施例提供的三相电机缺相检测方法的实现流程图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

在步骤S10中，发送驱动信号启动电机。

三相电机的缺相检测无论是在电机的启动之初还是运行过程中，都是至关重要的。此步骤为该检测方法的必要步骤，即电机首先要接收到驱动信号，开始启动或者是在持续的运行过程当中。

在步骤S20中，获取电机的三相电流，并检测是否为零。当检测到其中一相电流为零时，进入下一步骤。

电机启动运行后，在此步骤中获取电机实时的三相电流。与现有技术检测到某相电流为零时即判定为缺相不同，在本检测方法中，当检测到其中一相的电流为零时，进入步骤S30。原因在于，在具体应用过程中，由于加载在电机上的三相电流很容易发生跳动，为了不将某一相瞬间电流为零的状态判断为缺相以降低误判断的几率，还需要后续步骤做进一步地判断。

在步骤S30中，获取电机转速n和不为零的一相电流I，根据公式k1=I/n²计算出k1的值；或者，获取电机转速n和电机输出功率P，根据公式k2=P/n³计算出k2的值。

实际上，此步骤至少包括两种可实施的方式：一是获取电机转速n和不为零的一相电流I，根据公式k1=I/n²计算出k1的值；二是获取电机转速n和电机输出功率P，根据公式k2=P/n³计算出k2的值。具体而言，本步骤的两种实施方式都是充分利用风机的负载特性实现的。

首先，对于第一种实施方式来说，由电机转矩T与转速n成平方关系、即T==K·n²，同时电机转矩T也与电流I成正比例关系、即T=L·I（其中，K和L均为常数）可知，在正常情况下，k1=K/L=I/n²也应为一常数。

其次，对于第二种实施方式来说，同样的，电机转矩T与转速n成平方关系、即T==K·n²，同时电机转矩T与电机输出功率P和转速n的关系满足公式T=9.55P/n（其中P的单位为kw），由前列两公式可知P=k2·n³,即在正常情况下，k2=P/n³也应为一常数。

在步骤S40中，判断k1是否在预设的取值区间〔A1，B1〕之内，或者，判断k2是否在预设的取值区间〔A2，B2〕之内；若k1或k2不满足条件，则判定电机缺相。

在此步骤中，根据前述步骤计算出的k1或k2的值，判断k1是否在预设的取值区间〔A1，B1〕之内，或者判断k2是否在预设的取值区间〔A2，B2〕之内；若k1或k2不满足条件，则判定为电机缺相。

将前述步骤计算得出的k1或者k2进行比较，判断是否在预设合理区间范围之内。若不在预设的大小区间之内，才判定电机缺相。至此，缺相检测的判断结束。

在实际应用中，为了实现保护，一般还会执行下一步骤S50：控制停止发送驱动信号。

因为前述步骤S40已经判断电机缺相，为了实现保护，控制单元会停止发送驱动信号给电机，三相电机得以实现停机保护。

本发明提供的该风机用三相电机缺相检测方法，主要是根据风机的负载特性所得，逻辑判断简单，可靠性高。实际上，作为一优选实施例，控制停止发送驱动信号给电机时，不能仅仅通过瞬间的检测结果来判定，也就是说，当判定电机缺相后，可以开始计数，若计数连续累加超过预设数值M，才发送确定缺相的信号给相关的控制单元，再控制停止发送驱动信号、电机停机。若在计数过程中，还未累加到M“缺相”状态就结束时，则计数器要及时清零。

另外，若电机发生堵转，此时又允许加载在电机上的某一相电流为零，而该种情况又不属于电机缺相，故为了进一步避免此种情况的误判，本发明另一实施例还包括以下步骤：在发送驱动信号启动电机之后，检测电机的转速是否为零；若不为零，才进入下一步骤：获取电机的三相电流。

另一方面，本发明实施例还提供一种三相电机的缺相检测系统，其结构框图如图2所示：

缺相检测系统包括与三相电机连接的驱动单元10、电流检测单元20、参数获取单元30和缺相判断单元40；其中，驱动单元10用于发送驱动信号启动电机；电流检测单元20用于获取电机的三相电流；参数获取单元30用于获取电机转速n和不为零的一相电流I，根据公式k1=I/n²计算出k1的值；或者，获取电机转速n和电机输出功率P，根据公式k2=P/n³计算出k2的值；缺相判断单元40用于接收k1或k2的值，并且根据k1或k2是否在预设的取值区间〔A1，B1〕或〔A2，B2〕之内，判定电机是否缺相。

根据本发明实施例提供的风机用三相电机的缺相检测系统，在驱动单元10发送驱动信号，电机启动或在持续运行中，电流检测单元20获取电机的三相电流并判断是否为零；参数获取单元30获取相关参数并计算出常量k1或者k2的值，并由缺相判断单元40经比较后判定电机是否缺相。

在具体实施过程中，参数获取单元30的组成可以如图3或图4所示。如图3所示，参数获取单元30包括用于获取电机转速n的转速获取单元311和用于根据公式k1=I/n²计算出k1值的第一计算单元312；或者如图4所示，参数获取单元30包括用于获取电机的输出功率P的功率获取单元321和用于根据公式k2=P/n³计算k2值的第二计算单元322。实际上，参数获取单元30的组成至少可以有如图3或图4所示的两种以上形式，只需要计算出k1或k2的值即可。

作为对本发明提供的电机缺相检测系统的进一步改进，所述缺相检测系统如图5所示，在图2所示的电机缺相检测系统的基础上，还包括一控制单元50。控制单元50连接在缺相判断单元40与驱动单元10之间，用于根据缺相判断单元40的缺相判断、控制驱动单元10停止发送驱动信号、实现电机的停机保护。

作为对上述缺相检测系统的进一步改进，由于使用环境的影响，加载在电机上的三相电流很容易发生跳动，为了降低误操作的几率，控制单元50控制驱动单元10停止发送驱动信号给电机时，不是仅仅通过瞬间的检测结果来确定。控制单元50包括用于在缺相判断单元40判定电机缺相后累加缺相次数的缺相计数器。也就是说，当判定电机缺相后，缺相计数器就开始计数，若计数连续累加超过某一预设数值M，才通过信号发送器停止发送驱动信号。

作为对上述缺相检测系统的更进一步改进，该缺相检测系统还包括一用于检测电机转速的转速检测单元60。如图6所示，转速检测单元60连接在电机和电流检测单元20之间。在驱动单元10发送驱动信号启动电机之后，转速检测单元60先检测电机的转速是否为零；若不为零，继续由电流检测单元20获取电机的三相电流。

在上述各实施例提供的缺相检测系统中，参数获取单元30、缺相判断单元40和控制单元50一般可集成于微处理器芯片上实现。而电流检测单元20一般包括电流采样电阻和运放电路。并且，电流采样电阻可以为单个采样电阻，也可以是两个采样电阻或者三个采样电阻。例如，单个电阻采样只需通过电流重构等方法就可以获得三相电流信号。

本发明实施例还提供一种电机驱动装置，作为对现有技术的改进，所述电机驱动装置包括如上所述的各种缺相检测系统。

综上所述，以三相电机为例，根据本发明提供的交流电机的缺相检测方法及系统，在驱动单元启动电机之后，首先通过电流检测单元获取电机的相电流，在某一相电流为零时，根据风机的负载特性，由电机转矩与转速n、电流I、输出功率P等的关系，由计算出常量k1、k2的值，与预设的取值区间进行比较；若k1或k2不在预设的正常区间内，则判定电机缺相。该检测系统及其方法，主要依据风机的负载特性所得，元器件少、判断过程简单易于实现，并且准确、可靠性高。相应地，采用了上述缺相检测方法及系统的电机驱动装置，在交流电机的启动和运行过程中，实时对电机的电源进行检测，能够有效保障电机的安全运行，避免造成电动机烧毁等事故。

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，尽管参照前述实施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (10)

1.一种电机缺相检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

发送驱动信号启动电机；

获取电机的相电流，并检测是否为零；

当检测到其中一相电流为零时，获取电机转速n和不为零的一相电流I，根据公式k1=I/n²计算出k1的值；或者，获取电机转速n和电机输出功率P，根据公式k2=P/n³计算出k2的值；

判断k1是否在预设的取值区间〔A1，B1〕之内，或者，判断k2是否在预设的取值区间〔A2，B2〕之内；若k1或k2不满足条件，则判定电机缺相。

2.如权利要求1所述的电机缺相检测方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

判断电机缺相后，控制停止发送驱动信号。

3.如权利要求2所述的电机缺相检测方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

判定电机缺相后，开始计数；

若计数连续累加超过预设数值M，则控制停止发送驱动信号。

4.如权利要求1所述的电机缺相检测方法，其特征在于，在所述发送驱动信号启动电机的步骤之后还包括：

检测电机的转速是否为零，若不为零，进入获取电机相电流的步骤。

5.一种电机缺相检测系统，其特征在于，所述系统包括：

驱动单元，用于发送驱动信号启动电机；

电流检测单元，用于获取电机的相电流，并检测是否为零；

参数获取单元，用于获取电机转速n和不为零的一相电流I，根据公式k1=I/n²计算出k1的值；或者，获取电机转速n和电机输出功率P，根据公式k2=P/n³计算出k2的值；

缺相判断单元，用于接收k1或k2的值，并且根据k1或k2是否在预设的取值区间〔A1，B1〕或〔A2，B2〕之内，判定电机是否缺相。

6.如权利要求5所述的电机缺相检测系统，其特征在于，所述系统还包括：

控制单元，连接在缺相判断单元与驱动单元之间，用于根据所述缺相判断单元的缺相判断、控制所述驱动单元停止发送驱动信号。

7.如权利要求6所述的电机缺相检测系统，其特征在于，所述控制单元包括：

缺相计数器，用于在所述缺相判断单元判定电机缺相后累加缺相次数；

信号发送器，用于发送控制所述驱动单元的信号。

8.如权利要求5所述的电机缺相检测系统，其特征在于，所述参数获取单元包括：

转速获取单元，用于获取电机转速n；

功率获取单元，用于获取电机的输出功率P；以及

计算单元，用于根据公式计算出k1或者k2的值。

9.如权利要求5所述的电机缺相检测系统，其特征在于，所述系统还包括：

转速检测单元，用于检测电机的转速。

10.一种电机驱动装置，其特征在于，所述电机驱动装置包括如权利要求5-9任一项所述的缺相检测系统。

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