CN106353609B - 一种电机缺相检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种电机缺相检测方法和系统，通过采集电机的各相电流值，确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值；判断所述最大电流值是否大于预设电流最大阈值且所述最大电流值与最小电流值之间的比值是否大于预设电流比阈值，如果判断结果为是，输出缺相故障信号，所述预设电流最大阈值大于电机缺相相上的最大电流值，小于电机正常空转时各相上的最小电流值，小于电机正常空转时各相上的最小电流值，所述预设电流比阈值大于1。从而实现电机在小电流下工作时，对电机进行缺相检测。

Description

一种电机缺相检测方法和系统

技术领域

本发明涉及电机设备故障检测技术领域，具体涉及一种电机缺相检测方法和系统。

背景技术

电机缺相检测是电机设备必备的故障检测项目之一，传统的缺相检测方法，通过分别求取每个检测周期内每相电流的最大值，将得到的三个最大电流值两两相减后求绝对值，通过判断电流差值的绝对值大于电流差阈值的次数来判断电机是否缺相。

经研究发现，如果电机处于空载或轻载情况下时，电机的各相电流较小，由此，会导致各相电流本身就小于所述电流差阈值，导致无法检测出电机缺相，导致电机仍可运行，给生产、工作过程带来了严重的安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种电机缺相检测方法和系统，以实现在电机中流过的电流较小时，对电机进行缺相检测。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种电机缺相检测方法，包括：

采集电机的各相电流值，并确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值；

判断所述最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值是否满足预设条件；

如果满足所述预设条件，输出缺相故障信号；

其中，所述预设条件为：所述最大电流值大于预设电流最大阈值，所述最大电流值与最小电流值之间的比值大于预设电流比阈值；

所述预设电流最大阈值大于电机缺相相上的最大电流值，小于电机正常空转时各相上的最小电流值，所述预设电流比阈值大于1。

优选的，上述电机缺相检测方法中，当判断所述最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值不满足预设条件时，上述方法还包括：

判断所述最大电流值和最小电流值与零之间的差值是否小于预设允许误差值，如果是，输出缺相故障信号。

优选的，上述电机缺相检测方法中，所述采集电机的各相电流值，并确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值之前，还包括：

当电机上电后，判断电机的转速大于零，如果否，停止缺相检测，如果是，继续执行。

优选的，上述电机缺相检测方法中，所述采集电机的各相电流值，并确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值，包括：

在预设统计周期内依据预设采样频率采集电机各相电流；

计算得到预设统计周期内各相电流的平均电流值，将各相电流的平均电流值中最大的平均电流值记为最大电流值，将各相电流的平均电流值中最小的平均电流值记为最小电流值。

优选的，上述电机缺相检测方法中，所述预设统计周期为：其中，N(fdb)为电机标幺后，电机实际转速，N(base)为转速基值，p为电机极对数。

一种电机缺相检测系统，包括：

采样电路，用于采集电机的各相电流值，并确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值；

第一故障分析器，用于判断所述最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值是否满足预设条件；如果满足所述预设条件，输出缺相故障信号；

其中，所述预设条件为：所述最大电流值大于预设电流最大阈值，所述最大电流值与最小电流值之间的比值大于预设电流比阈值，所述预设电流最大阈值大于电机缺相相上的最大电流值，小于电机正常空转时各相上的最小电流值，所述预设电流比阈值大于1。

优选的，上述电机缺相检测系统中，还包括：

第二故障分析器，用于当所述第一故障分析器判定最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值不满足预设条件后，判断所述最大电流值和最小电流值与零之间的差值是否小于预设允许误差值，如果是，输出缺相故障信号。

优选的，上述电机缺相检测系统中，还包括：

第三故障分析器，用于当电机上电后，判断电机的转速大于零，如果否，停止缺相检测，如果是，继续执行。

优选的，上述电机缺相检测系统中，所述采样电路包括：

电流采样电路，用于依据预设采样频率对电机的各个相线进行电流采样；

第一微处理器，用于获取并依据预设统计周期内采样得到的电机各个相线的采样电流值，计算得到预设统计周期内各相电流的平均电流值，将各相电流的平均电流值中最大的平均电流值记为最大电流值，将各相电流的平均电流值中最小的平均电流值记为最小电流值。

优选的，上述电机缺相检测系统中，还包括：

第二微处理器，用于依据公式计算得到所述预设统计周期T，其中，N(fdb)为电机标幺后，电机实际转速，N(base)为转速基值，p为电机极对数。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的电机缺相检测方法和系统，通过采集电机的各相电流值，确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值；判断所述最大电流值是否大于预设电流最大阈值且所述最大电流值与最小电流值之间的比值是否大于预设电流比阈值，如果判断结果为是，输出缺相故障信号，所述预设电流最大阈值大于电机缺相相上的最大电流值，小于电机正常空转时各相上的最小电流值，小于电机正常空转时各相上的最小电流值，所述预设电流比阈值大于1。从而实现电机在小电流下工作时，对电机进行缺相检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种电机缺相检测方法的流程示意图；

图2为本申请另一实施例公开的一种电机缺相检测方法的流程示意图；

图3为本申请又一实施例公开的一种电机缺相检测方法的流程示意图；

图4为本申请实施例公开的一种电机缺相检测系统的结构示意图；

图5为本申请另一实施例公开的一种电机缺相检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对于现有技术中，当电机处于低负载或空载的情况下，无法进行缺相检测，导致电机保持运行状态，而给用户的生产和安全带来严重的安全隐患的问题，本申请实施例公开的一种电机缺相检测方法和系统，以使得在电机轻载和空载工况下，仍能对电机进行缺相检测。

图1为本申请实施例公开的一种电机缺相检测方法的流程示意图；

参见图1，本申请实施例公开的电机缺相检测方法，用于对使能状态的电极进行缺相检测，该方法可以包括：

步骤S101：采集电机的各相电流值，通过比较分析由采集到的各相电流中确定出最大电流值和最小电流值；

步骤S102：判断所述最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值是否满足预设条件，如果是，执行步骤S103；

在本步骤中，所述预设条件为：所述最大电流值大于预设电流最大阈值，所述最大电流值与最小电流值之间的比值大于预设电流比阈值，所述预设电流最大阈值大于电机缺相相上的最大电流值，小于电机正常空转时各相上的最小电流值，例如电机T相缺相，该相上的最大电流值为AI，则所述，所述预设电流比阈值大于1；

步骤S103：输出缺相故障信号。

本申请上述实施例中，所述预设电流最大值和预设电流比值的大小可以依据用户需求自行设定，当电机中某相缺相时，只要不是全部缺相的情况，那么不管是电机处于重载还是轻载、空载，缺失相的电流约等于0，通过采用条件“所述最大电流值大于预设电流最大阈值”，将同时全部缺相的情况排除在外，那么，电机中必然有一相是有电的，由此上述最大电流值必然比0要大得多，因此，所述最大电流值与小电流值的比值要大于所述预设电流比阈值，因此，采用本申请实施例公开的技术方案能够对电机轻载或空载时的缺相情况进行有效检测。

其中，在设置所述预设电流最大阈值时，可以依据用户需求自行设定，只要保证其能够将全部同时缺相的情况排除在外即可，即，所述预设电流最大阈值不小于缺相时，检测到的该相上的电流值。其中，所述预设电流比阈值可以设置为大于1的数，例如，1.5、2.1、3或4等。

在本申请上述实施例公开的技术方案中，当上述判断结果为否时，至少会出现所述最大电流值不大于预设电流最大阈值，或者是，所述最大电流值与最小电流值之间的比值不大于预设电流比阈值的情况；

如果所述最大电流值不大于预设电流最大阈值，则直接表明全部缺相，此时，各相上的电流值均可视为0，当最大电流值与最小电流值之间的比值不大于预设电流比阈值时，所述电机可能处于正常工作状态，也可能处于全部缺相的状态，针对于此，参见图2，当所述步骤S102的判断结果为否时，为了进一步判断电机是否缺相，上述方案还可以包括：

步骤S104：判断所述最大电流值和最小电流值与零之间的差值是否小于预设允许误差值，如果是，执行步骤S103：输出缺相故障信号。

其中，当步骤S102的判断结果为否时，电机只存在两种情况，①、各相正常，②、全部缺相；当各相正常时，所述最大电流值和最小电流值必然远大于0，当全部缺相时，所述最大电流值和最小电流值必然为0附近的一个数，通过经验，可设定一允许误差值，当最大电流值和最小电流值与0的差值小于所述允许误差值时，可认为电机各相上均无电流流过，输出缺相故障信号，当然，该缺相故障信号可以为用于表征电机全部缺相的故障信号。

考虑了零位控制和零速控制的情况，避免了对电机进行误保护，上述方法中，在执行步骤S101之前，还包括：

当电机上电后，判断电机的转速大于零，如果否，表明电机处于零位控制或零速控制的状态，缺相检测过程中可能会误认为电机缺相，因此，停止对电机缺相检测，如果是，表明电机不处于零位控制或零速控制的状态，因此，对电机进行缺相检测。

为了提高检测精度，防止电机中的电流正常波动时产生误判断，本申请上述实施例公开的技术方案中，参见图3，所述采集电机的各相电流值，并确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值，具体可以包括：

步骤S301：在预设统计周期内依据预设采样频率采集电机各相电流；

其中，所述预设统计周期的周期长度可以依据用户需求自行设定，例如其可以为半个电流周期、一个电流周期或两个电流周期、预设时间长度的时间周期等，在该预设统计周期内，依据预设的采集频率对电机的各相电流进行检测，得到每相得到多个采样电流值；

为了方便用户合理的设置所述预设统计周期的大小，本申请可以依据电机的实际转速动态调整所述预设周期的大小，以提高缺相检测的检测精度，本申请还公开了一种预设统计周期的配置方式，即：所述预设统计周期为：其中，n为电机标幺前的电机实际转速，N(fdb)为电机标幺后，电机实际转速，N(base)为转速基值，p为电机极对数，其中X为预设电流周期参数，其可以为0.5、1、或2等，当X为0.5时，所述预设统计周期为电机的半个电流周期，当X为1时，所述预设统计周期为电机的一个电流周期；

在上述方案中，如果所述预设统计周期为固定时间长度的预设周期时，可通过对得到的每相的采样电流的数量进行检测，从而判断所述预设统计周期是否结束，即，由于采样电流的预设采样频率为一固定值，其电流采样周期也为定值，如果所述预设统计周期的时间长度已经确定，那么通过预设统计周期与电流采样周期之比，可确定每个预设统计周期内所需采样的各相采样电流的目标数量，通过判断各相采样电流的数量是否达到所述目标数量，即可判断所述预设统计周期是否结束，当然，也可以直接建立与所述预设统计周期对应的脉冲信号，通过该脉冲信号的升降沿，判断所述预设统计周期是否结束；

针对于所述预设统计周期的长短跟随电机转速变化的情况，本申请可以通过上述公式计算得到所述预设统计周期的时间长度，然后通过所述预设统计周期的时间长度与电流采样周期的时间长度之比，确定每个预设统计周期内所需采样的各相采样电流的目标数量，通过判断各相采样电流的数量是否达到所述目标数量，即可判断所述预设统计周期是否结束，当然，也可生成跟随所述预设统计周期变化的脉冲信号，通过该脉冲信号的升降沿，判断所述预设统计周期是否结束；

步骤S302：计算得到预设统计周期内各相电流的平均电流值；

对各相对应的多个采样电流值进行求平均运算，得到各相对应的平均电流值；

步骤S303：将各相电流的平均电流值中最大的平均电流值记为最大电流值，将各相电流的平均电流值中最小的平均电流值记为最小电流值。

当然，为了进一步提高检测精度，在本申请上述实施例公开的技术方案中，在获取采样电流的采样电流值之前，还可以对采样电流进行滤波等优化处理，从而抑制各相中电流的谐波和毛刺对缺相检测造成的干扰。保证能够对电机缺相及时、快速、准确的检测并保护，以提高电机的使用寿命，同时提高了电机应用现场的安全系数。

与上述方法相对应，本申请还公开了一种电机缺相检测系统，所述系统与上述方法可相互借鉴，参见图4，该系统可以包括：

采样电路100，用于采集电机的各相电流值，并确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值；

第一故障分析器200，用于判断所述最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值是否满足预设条件；如果满足所述预设条件，输出缺相故障信号；

其中，所述预设条件为：所述最大电流值大于预设电流最大阈值，所述最大电流值与最小电流值之间的比值大于预设电流比阈值，所述预设电流最大阈值大于电机缺相相上的最大电流值，小于电机正常空转时各相上的最小电流值，所述预设电流比阈值大于1。

与上述方法中步骤S104相对应，参见图5，本申请上述实施例公开的系统，还可以包括：第二故障分析器300；

所述第一故障分析器200，用于当其判断结果为否时，向第二故障分析器300输出用于控制第二故障分析器300工作的触发信号；

第二故障分析器300，用于当所述第一故障分析器200判定最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值不满足预设条件后，判断所述最大电流值和最小电流值与零之间的差值是否小于预设允许误差值，如果是，可认为电机各相上均无电流流过，此时电机全部缺相，输出缺相故障信号，当然，该缺相故障信号可以为用于表征电机全部缺相的故障信号。

与上述方法相对应，为了防止电机在零位控制和零速控制的情况下时进行误保护，上述系统还可以包括：

电机状态分析器，用于当电机使能后，判断电机的转速是否大于0，如果否，表明电机处于零位控制或零速控制的状态，缺相检测过程中可能会误认为电机缺相，因此，停止对电机缺相检测，如果是，表明电机不处于零位控制或零速控制的状态，因此，对电机进行缺相检测。

与上述方法步骤S301-S303相对应，所述采样电路100可以包括电流采样电路110和第一微处理器120；

所述电流采样电路110，用于依据预设采样频率对电机的各个相线进行电流采样；

第一微处理器120，用于获取并依据预设统计周期内采样得到的电机各个相线的采样电流值，计算得到预设统计周期内各相电流的平均电流值，将各相电流的平均电流值中最大的平均电流值记为最大电流值，将各相电流的平均电流值中最小的平均电流值记为最小电流值；

与上述方法相对应，所述第一微处理器120内科设置有一统计周期计算单元、周期判断单元和均值计算单元；

所述统计中期计算单元，可以用于依据用户设定指令设定所述预设统计周期的时间长度，当然，所述统计中期计算单元也可以依据预设公式计算所述预设周期的时间长度，此时，所述预设统计周期为：其中，n为电机标幺前的电机实际转速，N(fdb)为电机标幺后，电机实际转速，N(base)为转速基值，p为电机极对数，其中X为预设电流周期参数，其可以为0.5、1、或2等；

所述周期判断单元，用于判断以一个预设统计周期是否结束，如果结束，向均值计算单元输出触发信号，控制均值计算单元对该周期内检测到的各相的采样电流值进行平均计算，得到各相的平均电流值，然后将各相的平均电流值进行比较后得到所述最大电流值和最小电流值；

其中，所述周期判断单元用于：通过预设统计周期与电流采样周期之比，确定每个预设统计周期内所需采样的各相采样电流的目标数量，通过判断各相采样电流的数量是否达到所述目标数量，判断所述预设统计周期是否结束，当然，也可以通过判断与所述预设统计周期相匹配的脉冲信号状态变化的方式，判断所述预设统计周期是否结束；

对应于上述电机缺相检测，本申请还公开了一种应用有本申请上述任意一项实施例公开的电机缺相检测系统的电机，所述电机包括电机本体和电机保护系统，所述电机保护系统包括本申请上述任意一项实施例公开的电机缺相检测系统。

在本申请上述任意一实施例公开的技术方案中，上述电机可以指的是任意一种类型的多相电机，例如，其可以为伺服电机，所述多相可以指的是两相、三相或四相等，在本申请实施例中，所述电机优选的为三相私服电机。

为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种电机缺相检测方法，其特征在于，包括：

采集电机的各相电流值，并确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值；

判断所述最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值是否满足预设条件；

如果满足所述预设条件，输出缺相故障信号；

其中，所述预设条件为：所述最大电流值大于预设电流最大阈值，所述最大电流值与最小电流值之间的比值大于预设电流比阈值；

所述预设电流最大阈值大于电机缺相相上的最大电流值，小于电机正常空转时各相上的最小电流值，所述预设电流比阈值大于1。

2.根据权利要求1所述的电机缺相检测方法，其特征在于，当判断所述最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值不满足预设条件时，上述方法还包括：

判断所述最大电流值和最小电流值与零之间的差值是否小于预设允许误差值，如果是，输出缺相故障信号。

3.根据权利要求1所述的电机缺相检测方法，其特征在于，所述采集电机的各相电流值，并确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值之前，还包括：

当电机上电后，判断电机的转速大于零，如果否，停止缺相检测，如果是，继续执行。

4.根据权利要求1所述的电机缺相检测方法，其特征在于，所述采集电机的各相电流值，并确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值，包括：

在预设统计周期内依据预设采样频率采集电机各相电流；

计算得到预设统计周期内各相电流的平均电流值，将各相电流的平均电流值中最大的平均电流值记为最大电流值，将各相电流的平均电流值中最小的平均电流值记为最小电流值。

5.根据权利要求4所述的电机缺相检测方法，其特征在于，所述预设统计周期为：其中，N(fdb)为电机标幺后，电机实际转速，N(base)为转速基值，p为电机极对数。

6.一种电机缺相检测系统，其特征在于，包括：

采样电路，用于采集电机的各相电流值，并确定所述各相电流值中的最大电流值和最小电流值；

第一故障分析器，用于判断所述最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值是否满足预设条件；如果满足所述预设条件，输出缺相故障信号；

其中，所述预设条件为：所述最大电流值大于预设电流最大阈值，所述最大电流值与最小电流值之间的比值大于预设电流比阈值；所述预设电流最大阈值大于电机缺相相上的最大电流值，小于电机正常空转时各相上的最小电流值，所述预设电流比阈值大于1。

7.根据权利要求6所述的电机缺相检测系统，其特征在于，还包括：

第二故障分析器，用于当所述第一故障分析器判定最大电流值以及最大电流值与最小电流值之间的比值不满足预设条件后，判断所述最大电流值和最小电流值与零之间的差值是否小于预设允许误差值，如果是，输出缺相故障信号。

8.根据权利要求6所述的电机缺相检测系统，其特征在于，还包括：

第三故障分析器，用于当电机上电后，判断电机的转速大于零，如果否，停止缺相检测，如果是，继续执行。

9.根据权利要求6所述的电机缺相检测系统，其特征在于，所述采样电路包括：

电流采样电路，用于依据预设采样频率对电机的各个相线进行电流采样；

第一微处理器，用于获取并依据预设统计周期内采样得到的电机各个相线的采样电流值，计算得到预设统计周期内各相电流的平均电流值，将各相电流的平均电流值中最大的平均电流值记为最大电流值，将各相电流的平均电流值中最小的平均电流值记为最小电流值。

10.根据权利要求9所述的电机缺相检测系统，其特征在于，还包括：

第二微处理器，用于依据公式计算得到所述预设统计周期T，其中，N(fdb)为电机标幺后，电机实际转速，N(base)为转速基值，p为电机极对数。