CN105406442B - 一种软起动器用电机漏电检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种软起动器用电机漏电检测方法，先同时采集电机漏电电压变化量U1和软起动器交流泄露电压U2，然后将U1和U2送入CPU进行处理计算得到漏电电阻R0，CPU再根据软起动器的工作状态启动不同的滤波程序对R0进行滤波处理得到滤波后的漏电电阻Rp；CPU采集电网电压U0，根据漏电保护值上下限得到漏电电阻保护值Rq；将Rp与Rq进行比较，进行漏电判定，若Rp＞Rq，电机正常；若≤Rq；电机漏电。该软起动器用电机漏电检测方法去除了交流泄露电压滤波装置，任何电网条件下均不需要调整漏电检测接线，电机漏电电阻保护值上下限可根据现场情况可以在显示屏设置以适应不同的工况环境。

Description

一种软起动器用电机漏电检测方法

技术领域

本发明涉及高压软起动器领域，尤其涉及一种软起动器用电机漏电检测方法。

背景技术

软起动器在带电动机工作时，必须检测电机漏电情况，才能保证系统工作的可靠性。以往电网常规的漏电检测有以下三种：

1、采用三相穿过零序互感器的方法。但，由于软起动的工作有其特殊性，其在工作时采用的是三相电网电压斩波方式进行，正常起动时，三相电流矢量和并不为零，采用零序互感器方式容易造成误动作；

2、采用三相电抗器和零序电抗器方法滤除交流电压影响，然后检测漏电电阻引起的检测电压变化量Un。但，这种方法需要增加三相电抗器和零序电抗器，除了增加成本外，还会对软起动器控制性能造成影响，增加软起动器的体积；

3、直接采用馈电开关漏电闭锁检测，在上电前进行漏电检测。但，软起动器与普通开关不同，软启动器的晶闸管和RC装置有漏电，检测不准甚至会损坏漏电检测装置。

故，以上三种常规的漏电检测或者三种方法的任意组合都无法满足软起动器的电机漏电检测的要求。

针对软起动器的电机漏电检测特殊性，近年来提出的检测方法：

1、采用RC阻容装置滤除交流泄露电压的变化值；然后检测漏电电阻引起的检测电压变化量Un；

2、Un与漏电保护电压Um比较，驱动继电器动作；

这种方法基本解决了软起动器起动前漏电检测的问题，但是还是存在缺陷：

1、以上方法在于漏电保护电压采用标准电压和标准电阻分压形成的，存在温度漂移引起的标准值变化；

2、以上方法采用RC装置滤除软起动器交流泄露电压，但是电网电压不同，RC装置取值不同，因此，不同电网电压下，在工作前必须调整接线。软起动器存在三个不同的工作状态：待机状态、软起状态、运行状态，三种不同状态下，交流泄露电压不同，RC装置一旦确定，无法实时调整，因此这种软起动器用漏电检测方法无法适应三种状态，只能检测待机状态下即软起动器起动前的漏电情况；软起状态和运行状态无法检测电机漏电情况；

3、电机漏电的电阻值无法显示；

4、漏电保护电阻无法调整来适应不同现场情况。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种软起动器用电机漏电检测方法，准确采集各种电网电压和软起动器各种工作状态下的电机漏电电阻值并且实时显示，漏电电阻保护值可以灵活调整以适应不同的工况环境。

为此，本发明提供了一种软起动器用电机漏电检测方法，包括如下步骤：

S1、同时采集电机漏电电压变化量U1和软起动器交流泄露电压U2；

S2、将U1和U2送入CPU进行处理；

S3、CPU进行计算得到漏电电阻R0；

S4、CPU根据软起动器的工作状态启动待机状态滤波程序、软起动状态滤波程序和运行状态滤波程序对R0进行滤波处理得到滤波后的漏电电阻Rp；其中：

待机状态滤波算法为：

在时间周期T内采集n个数据，本次采样值Rm，1≤m≤n；

上次滤波后值为Rp-1；

则本次滤波值Rp＝0.8×Rm+0.2×Rp-1；

软起状态滤波算法为：

设定两次采样的最大偏差值为Z，

如果Rn-Rn_1<Z，取Rp＝Rn；

如果Rn-Rn_1>Z，取Rp＝Rn_1。

运行状态滤波算法为：

在时间周期T内采集n个数据，分别为R0_1，R0_2，…，R0_n；

则

S5、CPU采集电网电压U0，根据漏电保护值上下限得到漏电电阻保护值Rq；

S6、将Rp与Rq进行比较，进行漏电判定，若Rp＞Rq，电机正常；若Rp≤Rq；电机漏电。

优选地，所述电机漏电电压变化量U1、软起动器交流泄露电压U2、电网电压U0采用高阻抗输入差分电路进行分压后进行电压抬升电路，最后经过线性隔离电路进入CPU中。

进一步地，所述CPU连接显示屏，用于实时显示漏电电阻值。

本发明所述的软起动器用电机漏电检测方法去除了交流泄露电压滤波装置，任何电网条件下均不需要调整漏电检测接线，任何时刻都可以检测电机的漏电电阻值，电阻值可直接显示在显示屏上，电机漏电电阻保护值上下限可根据现场情况可以在显示屏设置以适应不同的工况环境。

附图说明

图1为本发明提供的一种软起动器用电机漏电检测方法的流程图；

图2为软起动器基本结构图；

图3为电机漏电电压变化量U1的采集及处理电路；

图4为软起动器交流泄露电压U2的采集及处理电路；

图5为电网电压U0的采集及处理电路；

图6为CPU的处理及显示电路。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案：

请参阅图1，一种软起动器用电机漏电检测方法，包括如下步骤：

S1、同时采集电机漏电电压变化量U1和软起动器交流泄露电压U2；

S2、将U1和U2送入CPU进行处理，得到U1_1和U2_1，将U2_1代入U1_1的关系式中；

S3、CPU进行计算得到漏电电阻R0；

S4、CPU根据软起动器的工作状态启动不同的滤波程序对R0进行滤波处理得到滤波后的漏电电阻Rp；

S5、CPU采集电网电压U0，根据漏电保护值上下限得到漏电电阻保护值Rq；

S6、将Rp与Rq进行比较，进行漏电判定，若Rp＞Rq，电机正常；若Rp≤Rq；电机漏电。

所述电机漏电电压变化量U1、软起动器交流泄露电压U2、电网电压U0采用高阻抗输入差分电路进行分压后进行电压抬升电路，最后经过线性隔离电路进入CPU中。

漏电电阻Rp经过三种滤波程序得到，三种滤波程序分别为待机状态滤波程序、软起动状态滤波程序和运行状态滤波程序。

所述CPU连接显示屏，用于实时显示漏电电阻值。

本实施例以图2至图6的电路及其工作过程来详细说明：

请参阅图2，为软起动器的基本结构，其中SCR1、SCR2、SCR3为反并联的晶闸管组、KM1为交流接触器、R1、C1、R2、C2、R3、C3为晶闸管组的阻容吸收装置；M为电机。

R0为电机对地漏电电阻；U2为软起动器的交流泄露电压；软起动器接收到起动指令，通过加大晶闸管的导通角来逐步抬升电机输入电压，当电机转速达到额定转速时，交流接触器KM1闭合，晶闸管关断。从软起动的工作过程来看，U2在待机状态时，交流泄露电压通过阻容吸收装置R3C3形成，软起过程中，交流泄露电压即电机绕组输入电压，随着晶闸管导通角不同而变化，运行过程中，交流泄露电压即电网电压。

图3为电机漏电电压变化量U1采集及处理电路，包括分电路A、分电路B、分电路C和分电路D。

分电路A中检测电压VDD和软起动器交流泄露电压U2通过电机漏电电阻R0和电阻R23、电阻R21形成电机漏电电压变化量U1；转换关系式如下：

分电路B中电阻R24，R25，R18，R28，运算放大器U3D构成高阻抗分压电路，R24＝R25，R18＝R28；分压后电压设定为U_1a，转换关系式如下：

分电路C中电阻R14，R15、电压VDD1和运算放大器U3B构成电平抬升电路，分电路C中R14＝R15；把含交流成分的U_1a的电平整体抬升到零电平以上，转换后电压设定成U_1b，转换关系式如下：

分电路D中的运算放大器U3A，U8B，线性光耦U6构成线性隔离电路；U_1b以1：1的方式隔离后变成U1_1送入图6所表示的分电路L中的U4的模拟量采样端口中，得到：

图4为软起动器交流泄露电压U2采集及处理电路，包括分电路E、分电路F和分电路G。

分电路E中电阻R39，R40，R41，R35，运算放大器U7D构成高阻抗分压电路，R39＝R40，R41＝R35；分压后电压设定为U_2a，转换关系式如下：

分电路F中电阻R32，R33，电压VDD1和运算放大器U7B构成电平抬升电路，电路中R32＝R33；把含交流成分的U_2a的电平整体抬升到零电平以上，转换后电压设定成U_2b，转换关系式如下：

分电路G中的运算放大器U7A，U8C，线性光耦U9构成线性隔离电路；U_2b以1：1的方式隔离后变成U2_1送入图6所表示的分电路K中的U4的模拟量采样端口中，得到：

图5为软起动器交流泄露电压U0采集及处理电路，包括分电路H、分电路I和分电路J。

分电路H中电阻R8，R9，R4，R10，运算放大器U2D构成高阻抗分压电路，R9＝R10，R8＝R4；分压后电压设定为U_0a，转换关系式如下：

分电路I中电阻R1，R2，电压VDD1和运算放大器U2B构成电平抬升电路，电路中R1＝R2；把含交流成分的U_0a的电平整体抬升到零电平以上，转换后电压设定成U_0b，转换关系式如下：

分电路J中的运算放大器U7A，U8C，线性光耦U9构成线性隔离电路；U_0b以1：1的方式隔离后变成U0-1送入图6所表示的分电路K中的U4的模拟量采样端口中；

图6为CPU的处理及显示电路，包括分电路K和分电路L。

将U1_1、U2_1经过电路处理后送入图6所示的分电路K中的CPU(即U4)的模拟量端口中，进行计算，得到漏电电阻值R0；关系式如下：

设定

然后进行软启动器状态判定，然后根据不同状态调用不同的滤波算法对R0进行处理：

1、待机状态滤波算法

在时间周期T内采集n个数据，本次采样值Rm，1≤m≤n；

上次滤波后值为Rp-1；

则本次滤波值Rp＝0.8×Rm+0.2×Rp-1。

2、软起状态滤波算法；

设定两次采样的最大偏差值(设置为Z)

如果Rn-Rn_1<Z，取Rp＝Rn；

如果Rn-Rn_1>Z，取Rp＝Rn_1。

3、运行状态滤波算法；

在时间周期T内采集n个数据，分别为R0_1，R0_2，…，R0_n；

电网电压U0经过电路处理后，得到U0-1，送入经过电路处理后送入图6所示的分电路K中的CPU(即U4)的模拟量端口中:

在时间周期T内采集n个数据，分别为U0_1，U0_2，…，U0_n；

图6的CPU(代号U4)中存在N种系统电压V1，V2，…，Vn；每种电压范围如下：V1_min≤V1≤V1_max；V2_min≤Vn≤V2_max；…，Vn_min≤Vn≤Vn_max；V1_min和V1_max，V2_min和V2_max，…，Vn_min和Vn_max可以在图6所示的分电路L中的显示屏(即U5)中进行设置。

每种系统电压对应的漏电电阻保护值为Rv1，Rv2，…，Rvn；每种漏电电阻保护值范围如下：

Rv1_min≤Rv1≤Rv1_max，Rv2_min≤Rv2≤Rv2_max，…，

Rvn_min≤Rvn≤Rvn_max，…，其中Rv1_min和Rv1_max，Rv2_min和Rv2_max，…，

Rvn_min和Rvn_max可以在图6所示的分电路L中的显示屏(即U5)中进行设置。

设

则，电压U0对应的电阻保护值为：

Rq＝k×U0+k×(Rvn_min-k×Vn_max)

将步骤5计算得到的电阻Rp与步骤6中的漏电保护电阻值Rq进行比较，如果：Rp>Rq；电机正常，若Rp≤Rq；电机漏电。所有状态及电机对地电阻值Rp在图6所示的分电路L中的显示屏上显示。

综上，本发明所述的软起动器用电机漏电检测方法去除了交流泄露电压滤波装置，任何电网条件下均不需要调整漏电检测接线，任何时刻都可以检测电机的漏电电阻值，电阻值可直接显示在显示屏上，电机漏电电阻保护值上下限可根据现场情况可以在显示屏设置以适应不同的工况环境。

上面对本发明进行了描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种软起动器用电机漏电检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、同时采集电机漏电电压变化量U1和软起动器交流泄露电压U2；

S2、将U1和U2送入CPU进行处理；

S3、CPU进行计算得到漏电电阻R0；

S4、CPU根据软起动器的工作状态启动待机状态滤波程序、软起动状态滤波程序和运行状态滤波程序对R0进行滤波处理得到滤波后的漏电电阻Rp；其中：

待机状态滤波算法为：

在时间周期T内采集n个数据，本次采样值Rm，1≤m≤n；

上次滤波后值为Rp-1；

则本次滤波值Rp＝0.8×Rm+0.2×Rp-1；

软起状态滤波算法为：

设定两次采样的最大偏差值为Z，

如果Rn-Rn_1<Z，取Rp＝Rn；

如果Rn-Rn_1>Z，取Rp＝Rn_1；

运行状态滤波算法为：

在时间周期T内采集n个数据，分别为R0_1，R0_2，…，R0_n；

则

S5、CPU采集电网电压U0，根据漏电保护值上下限得到漏电电阻保护值Rq；

S6、将Rp与Rq进行比较，进行漏电判定，若Rp＞Rq，电机正常；若Rp≤Rq；电机漏电。

2.根据权利要求1所述的一种软起动器用电机漏电检测方法，其特征在于，所述电机漏电电压变化量U1、软起动器交流泄露电压U2、电网电压U0采用高阻抗输入差分电路进行分压后进行电压抬升电路，最后经过线性隔离电路进入CPU中。

3.根据权利要求1所述的一种软起动器用电机漏电检测方法，其特征在于，所述CPU连接显示屏，用于实时显示漏电电阻值。