CN108845178A - 一种三相交流电机的过流检测电路及实时检测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三相交流电机的过流检测电路，包括用于接入三相交流电机的供电系统、用于检测电机过流的检测电路和用于控制电机驱动器开关的控制器，所述检测电路包括用于采集流入三相交流电机U相和V相电流的采样电路、用于判断过流的比较电路和用于隔离采样电路和比较电路的隔离保护电路，所述采样电路的输入端与供电系统连接，所述隔离保护电路连接于采样电路与比较电路之间，所述比较电路的输出端与控制器连接。本发明的一种三相交流电机的过流检测电路，电路结构简单，只需要检测流入电机U相和V相的电流，无需整流电路，检测时间快，设置双限比较器，无论正方向还是反方向都能更迅速检测过流事件，安全可靠。

Description

一种三相交流电机的过流检测电路及实时检测控制方法

技术领域

本发明涉及一种过流检测电路，特别是涉及一种三相交流电机的过流检测电路及其实时检测控制方法。

背景技术

在工业生产中,用电动机作动力,可以简化生产机械的结构,提高劳动生产率,使生产过程连续进行,保证产品质量稳定,并能够实现自动控制和远距离操纵,减轻操作人员的劳动强度。三相交流电机以其大功率、低成本、高运行可靠性等诸多优点受到社会各企业的青睐，并直接影响着人们的工作和生活，对于大功率电机，过流检测尤为重要，实现三相交流电机的过流保护，保证其发生绕组匝间短路、缺相、供电网络突然严重过压等意外情况导致电机电流过大时能及时准确地将过流信号反馈给控制器，关断功率开关以保护硬件，已成为确保电动机正常运行和安全生产的必要前提，因为功率比较大，瞬间过流冲击很大，如若保护不住的话，易击穿器件，对人体造成伤害。

现有的电机过流检测电路种类繁多，大多都采用传感器检测A、B、C三相电流的方法，每一相电流信号分别与对应的过电流检测电路连接，结构较为复杂，一方面增加了的成本，另一方面结构复杂化后过其不稳定因素也在增加，影响控制系统的响应速度，降低产品的合格率，缩短设备的使用寿命，甚至烧毁电机带来更严重的事故，也有的直接电阻分压AD采样，这种方法检测直接有效，但是强弱电不隔离，安全隐患较大；还有的是在下桥做电流采样，下桥采样的缺点就是必须下桥开通才有电流。

中国专利号为CN 205176115 U的实用新型专利，公开了一种适用于三相交流电机的过流检测电路，包括电流信号运算电路、三相桥式整流电路、电压比较电路和光耦合器电路。电流信号运算电路接入A相电流传感器输出的取样电压信号和C相电流传感器输出的取样电压信号，所述三相桥式整流电路与电压比较电路连接，所述电压比较电路将正峰值电压和负峰值电压调理后分别与基准电压比较产生过流检测信号，与光耦合器电路连接，所述光耦合器电路将过流检测信号经光耦隔离后输出控制信号。虽然该实用新型的过流检测电路只需要检测A相电流信号和C相电流信号电流的大小，稳定可靠、容易实现，但是该实用新型电路设置有三相整流电路和运算放大器，结构仍然较为复杂且成本较高，并且三相整流需要时间的转换，检测过流时间慢。

中国专利号为CN 102830272 A的发明专利，公开了一种过流检测电路，用于永磁同步伺服系统的过流检测，其包括：一整流单元、一电压偏置单元和一电压比较器；其中所述整流单元分别对三相电流的电流采样信号整流；所述电压偏置单元用于分别在所述三相电流的电流采样信号加入偏置电压；所述电压比较器在经过整流并加入偏置电压的所述电流采样信号超过一上限基准电压或一下限基准电压时，发送一过流信号。该发明的过流检测电路通过电流传感器进行电流检测，而且检测产生的电流采样信号是正弦波或带有偏置的正弦波电压信号，该发明的过流检测电路简化了现有技术的复杂的过流检测电路，但是该发明是对电机三相电流两两整流与比较器参考电压做比较，检测过流时间慢。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种电路结构简单，过流检测迅速，安全可靠的三相交流电机的过流检测电路及其实时检测控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种三相交流电机的过流检测电路，包括用于接入三相交流电机的供电系统、用于检测电机过流的检测电路和用于控制电机驱动器开关的控制器，所述检测电路包括用于采集流入三相交流电机U相和V相电流的采样电路、用于判断过流的比较电路和用于隔离采样电路和比较电路的隔离保护电路，所述采样电路的输入端与供电系统连接，所述隔离保护电路连接于采样电路与比较电路之间，所述比较电路的输出端与控制器连接。

进一步的，所述采样电路包括第一采样电阻和第二采样电阻，所述第一采样电阻的一端与三相交流电机U相输入端串联连接，第二采样电阻的一端与三相交流电机V相输入端串联连接。

进一步的，所述隔离保护电路包括第一线性光耦和第二线性光耦，所述第一线性光耦、第二线性光耦的输入端分别与所述第一采样电阻、第二采样电阻的两端并联连接，第一线性光耦OC1、第二线性光耦OC2的一输出端与供电电源连接。

进一步的，所述比较电路包括第一比较电路和第二比较电路，所述第一比较电路和第二比较电路分别与所述第一线性光耦、第二线性光耦输出端连接。

进一步的，所述第一比较电路包括第一比较器、第二比较器和外围电路构成第一双限比较比较器，所述外围电路包括第一电阻、第二电阻、第六电阻和第七电阻还包括第三电阻、第四电阻、第八电阻和第九电阻，所述第一线性光耦输出第一端分别通过第一电阻和第七电阻与所述第一比较器的反向输入端和第二比较器的正向输入端连接；所述第一线性光耦输出第二端分别通过第二电阻和第六电阻与所述第一比较器的正向输入端和第二比较器的反向输入端连接。

进一步的，所述第二比较电路包括第三比较器、第四比较器和外围电路构成第二双限比较比较器，所述外围电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十六电阻和第十七电阻还包括第十三电阻、第十四电阻、第十八电阻和第十九电阻，所述第二线性光耦输出第一端分别通过第十一电阻和第十七电阻与所述第三比较器的反向输入端和第四比较器的正向输入端连接；所述第二线性光耦输出第二端分别通过第十二电阻和第十六电阻与所述第三比较器的正向输入端和第四比较器的反向输入端连接。

一种三相交流电机的过流检测电路的实时检测控制方法，包括以下步骤：

S1：通过采样电路对流过三相交流电机U相和V相的电流进行采样，得到采样信号；

S2：采样信号通过隔离保护电路隔离后输出电信号；

S3：通过比较电路对所述电信号进行过流判断；

S4：在确定电机出现过流现象的情况下，通过控制器控制电机驱动器的开关。

进一步的，S1步骤中具体是通过对接入三相交流电机U相的第一采样电阻和接入三相交流电机V相的第二采样电阻的电流进行采样，得到采样电流，从而得到第一采样电阻和第二采样电阻两端的采样电压。

进一步的，S3的具体步骤为：

S31：对于电机U相正方向，当第一采样电阻两端的电压大于第一比较器同相端的电压或者小于第二比较器反向端的电压时输出低电平，此时电机出现过流现象，控制器控制电机驱动器关闭，反之输出高电平，电机正常工作；

S32：对于电机U相反方向，当第一采样电阻两端的电压大于第二比较器同相端的电压或者小于第一比较器反向端的电压时输出低电平，此时电机出现过流现象，控制器控制电机驱动器关闭，反之输出高电平，电机正常工作；

S33：对于电机V相正方向，当第二采样电阻两端的电压大于第三比较器同相端的电压或者小于第四比较器反向端的电压时输出低电平，此时电机出现过流现象，控制器控制电机驱动器关闭，反之输出高电平，电机正常工作；

S34：对于电机V相反方向，当第二采样电阻两端的电压大于第四比较器同相端的电压或者小于第三比较器反向端的电压时输出低电平，此时电机出现过流现象，控制器控制电机驱动器关闭；反之输出高电平，电机正常工作。

本发明的一种三相交流电机的过流检测电路，电路结构简单，只需要检测流入电机U相和V相的电流，无需整流电路，检测时间快，设置双限比较器，无论正方向还是反方向都能更迅速检测过流事件，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的结构示意框图；

图2为本发明检测电路的电路原理图。

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1、图2所示，一种三相交流电机的过流检测电路，包括用于接入三相交流电机的供电系统1、用于检测电机过流的检测电路2和用于控制电机驱动器开关的控制器3，所述检测电路2包括用于采集流入三相交流电机U相和V相电流的采样电路21、用于判断过流的比较电路23和用于隔离采样电路和比较电路的隔离保护电路22，所述采样电路21的输入端与供电系统1连接，所述隔离保护电路22连接于采样电路21与比较电路23之间，所述比较电路23的输出端与控制器3连接，所述的控制器3为单片机。

所述采样电路21包括第一采样电阻RS1和第二采样电阻RS2，第一采样电阻RS1的一端与三相交流电机U相输入端串联连接，第二采样电阻RS2的一端与三相交流电机V相输入端串联连接，把采样电阻串联在U、V两相绕组，由于电机电感的特性，电机里面只要驱动器不断电，理论上都有电流，这样检测更能真实体现电机电流实际的情况。

所述隔离保护电路22包括第一线性光耦OC1和第二线性光耦OC2，第一线性光耦OC1、第二线性光耦OC2的输入端分别与所述第一采样电阻RS1、第二采样电阻RS2的两端并联连接，第一线性光耦OC1、第二线性光耦OC2的一输出端与供电电源DC1连接，所述的第一线性光耦、第二线性光耦可以为具有运放放大功能的线性光耦，或者用普通线性光耦加运算放大器，本实施例采用的是具有运放放大功能的线性光耦。

所述比较电路23包括第一比较电路和第二比较电路，所述第一比较电路和第二比较电路输入端分别与所述第一线性光耦OC1、第二线性光耦OC2输出端连接。所述第一比较电路包括第一比较器U1、第二比较器U2和外围电路第一电阻至第十电阻(R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10)构成第一双限比较比较器，所述第一线性光耦OC1输出第一端分别通过第一电阻R1和第七电阻R7一端与所述第一比较器U1的反向输入端和第二比较器U2的正向输入端连接，所述第一线性光耦OC1输出第二端分别通过第二电阻R2和第六电阻R6一端与所述第一比较器U1的正向输入端和第二比较器U2的反向输入端连接，所述第一电阻R1另一端与第三电阻R3一端串联，第三电阻R3另一端接地，第三电阻的一端还与第一比较器U1的反向输入端连接，第一比较器U1的正向输入端与输出端之间连接第五电阻R5，作为第一比较器U1的正反馈电阻，第一比较器U1的正向输入端还连接第四电阻R4一端，第四电阻R4另一端连接偏置电压DC2，第二比较器U2的正向输入端与输出端之间连接第十电阻R10，作为第二比较器U2的正反馈电阻，第二比较器U2的正向输入端还连接第九电阻R9一端，第九电阻R9另一端连接偏置电压DC2。偏置电压DC2、第四电阻R4、第二电阻R2、第六电阻R6、第八电阻R8串联构成回路，第八电阻R8另一端接地。所述第二比较电路包括第三比较器U3、第四比较器U4和外围电路第十一电阻至第二十电阻(R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20)构成第二双限比较比较器，所述第二线性光耦OC2输出第一端分别通过第十一电阻R11和第十七电阻R17与所述第三比较器U3的反向输入端和第四比较器U4的正向输入端连接，所述第二线性光耦OC2输出第二端分别通过第十二电阻R12和第十六电阻R16与所述第三比较器U3的正向输入端和第四比较器U4的反向输入端连接，所述第十一电阻R11另一端与第十三电阻R13一端串联，第十三电阻R13另一端接地，第十三电阻的一端还与第三比较器U3的反向输入端连接，第三比较器U3的正向输入端与输出端之间连接第十五电阻R15，作为第三比较器U3的正反馈电阻，第三比较器U3的正向输入端还连接第十四电阻R14一端，第十四电阻R14另一端连接偏置电压DC2，第四比较器U4的正向输入端与输出端之间连接第二十电阻R20，作为第四比较器U4的正反馈电阻，第四比较器U4的正向输入端还连接第十九电阻R19一端，第十九电阻R19另一端连接偏置电压DC2。偏置电压DC2、第十四电阻R14、第十二电阻R12、第十六电阻R16、第十八电阻R18串联构成回路，第十八电阻R18另一端接地；所述第一比较器U1、第二比较器U2、第三比较器U3、第四比较器U4正向输入端和反向输入端之间分别连接有消振电容C1、C2、C3、C4，所述第一比较器U1、第二比较器U2、第三比较器U3、第四比较器U4采用LM393比较器或者其他可实现双限比较的比较器，双限比较器的设计，充分考虑了采样电阻的正方向和负方向对比较器来说不造成影响，因为比较器同向端和反向端都有“虚断”的特性，第一比较器U1、第二比较器U2、第三比较器U3、第四比较器U4输出的信号连接到单片机的中断脚，也可以连接到单片机的其他脚，对过流敏感信号，一般要求迅速响应，本实施例中连接到单片机的中断脚。

一种三相交流电机的过流检测电路的实时检测控制方法，包括以下步骤：

S1：通过对接入三相交流电机U相的第一采样电阻RS1和接入三相交流电机V相的第二采样电阻RS2的电流进行采样，得到采样电流，从而得到第一采样电阻和第二采样电阻两端的采样电压。

S2：采样电流通过隔离保护电路2隔离后输出电信号；

S3：通过比较电路3对所述电信号进行过流判断；

S4：在确定电机出现过流现象的情况下，通过控制器控制电机驱动器的开关。

对电机U、V、W三相来说，电流肯定会流过U、V、W任意两相或者三相都流过，对U相来说：

正方向：RS1---U相电感---W相电感---GND或者RS1---U相电感---W相电感和V相电感---GND；

反方向：W相电感---U相电感---RS1---GND或者W相电感和V相电感---U相电感---RS1---GND。

以U相为例：

第一比较器U1同向端电压设为Ua,

Ua＝DC2*((R2+R6+R8)/(R2+R4+R6+R8))

第一比较器U1反向端电压设为Ub,

Ub＝DC2*((R3)/(R3+R1+R7+R9))

第二比较器U2同向端电压设为Uc,

Uc＝DC2*((R1+R3+R7)/(R1+R3+R7+R9))

第二比较器U2反向端电压设为Ud,

Ud＝DC2*(R8/(R2+R4+R6+R8))

第一采样电阻两端的电压设为Us。

对U相正方向来说，当Us<Ud或Us>Ua时，输出口为低电平，可以检测为过流事件发生，控制器单片机控制电机驱动器关闭以消除过流事件；

当Ud<Us<Ua时，输出口为高电平为控制器正常工作情况。

对U相反方向来说，当Us<Ub或Us>Uc时，输出口为低电平，可以检测为过流事件发生，控制器单片机控制电机驱动器关闭以消除过流事件；

当Ub<Us<Uc输出口为高电平为控制器正常工作情况。

对于V相分析方法也相同。

对于大功率电机而言，过流检测要留一个余量检测(Ud<Us<Ua和Ub<Us<Uc)，一方面考虑过流误判的情况，例如开机瞬间过流；另一方面过流事件发生之后，利用“刹车”看能不能把能量释放在制动电阻上(一般大功率变频器或者伺服驱动器都有制动电阻来消耗能量)，如果还是报过流事件，就要关掉电机驱动器。

本发明的一种三相交流电机的过流检测电路，电路结构简单，只需要检测流过接入电机U相和V相采样电阻的电流，无需整流电路，检测时间快，设置双限比较器，无论正方向还是反方向都能更迅速检测过流事件，安全可靠。

以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种三相交流电机的过流检测电路，包括用于接入三相交流电机的供电系统、用于检测电机过流的检测电路和用于控制电机驱动器开关的控制器，其特征在于：所述检测电路包括用于采集流入三相交流电机U相和V相电流的采样电路、用于判断过流的比较电路和用于隔离采样电路和比较电路的隔离保护电路，所述采样电路的输入端与供电系统连接，所述隔离保护电路连接于采样电路与比较电路之间，所述比较电路的输出端与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的三相交流电机的过流检测电路，其特征在于：所述采样电路包括第一采样电阻和第二采样电阻，所述第一采样电阻与三相交流电机U相输入端串联连接，第二采样电阻与三相交流电机V相输入端串联连接。

3.根据权利要求1所述的三相交流电机的过流检测电路，其特征在于：所述隔离保护电路包括第一线性光耦和第二线性光耦，所述第一线性光耦、第二线性光耦分别与所述第一采样电阻、第二采样电阻并联连接，第一线性光耦OC1、第二线性光耦OC2的一端与供电电源连接。

4.根据权利要求1所述的三相交流电机的过流检测电路，其特征在于：所述比较电路包括第一比较电路和第二比较电路，所述第一比较电路和第二比较电路的输入端分别与所述第一线性光耦、第二线性光耦输出端连接。

5.根据权利要求4所述的三相交流电机的过流检测电路，其特征在于：所述第一比较电路包括第一比较器、第二比较器和外围电路构成第一双限比较比较器，所述外围电路包括第一电阻、第二电阻、第六电阻和第七电阻，还包括第三电阻、第四电阻、第八电阻和第九电阻。所述第一线性光耦输出第一端分别通过第一电阻和第七电阻与所述第一比较器的反向输入端和第二比较器的正向输入端连接；所述第一线性光耦输出第二端分别通过第二电阻和第六电阻与所述第一比较器的正向输入端和第二比较器的反向输入端连接。

6.根据权利要求4或5所述的三相交流电机的过流检测电路，其特征在于：所述第二比较电路包括第三比较器、第四比较器和外围电路构成第二双限比较比较器，所述外围电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十六电阻和第十七电阻还包括第十三电阻、第十四电阻、第十八电阻和第十九电阻，所述第二线性光耦输出第一端分别通过第十一电阻和第十七电阻与所述第三比较器的反向输入端和第四比较器的正向输入端连接；所述第二线性光耦输出第二端分别通过第十二电阻和第十六电阻与所述第三比较器的正向输入端和第四比较器的反向输入端连接。

7.一种三相交流电机的过流检测电路的实时检测控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：通过采样电路对流过三相交流电机U相和V相的电流进行采样，得到采样信号；

S2：采样信号通过隔离保护电路隔离后输出电信号；

S3：通过比较电路对所述电信号进行过流判断；

S4：在确定电机出现过流现象的情况下，通过控制器控制电机驱动器的开关。

8.根据权利要求7所述的三相交流电机的过流检测电路的实时检测控制方法，其特征在于：S1的具体步骤是通过对接入三相交流电机U相的第一采样电阻和接入三相交流电机V相的第二采样电阻的电流进行采样，得到采样电流，从而得到第一采样电阻和第二采样电阻两端的采样电压。

9.根据权利要求7所述的三相交流电机的过流检测电路的实时检测控制方法，其特征在于：S3的具体步骤为：

S31：对于电机U相正方向，当第一采样电阻两端的电压大于第一比较器同相端的电压或者小于第二比较器反向端的电压时输出低电平，此时电机出现过流现象，控制器控制电机驱动器关闭，反之输出高电平，电机正常工作；

S32：对于电机U相反方向，当第一采样电阻两端的电压大于第二比较器同相端的电压或者小于第一比较器反向端的电压时输出低电平，此时电机出现过流现象，控制器控制电机驱动器关闭，反之输出高电平，电机正常工作；

S33：对于电机V相正方向，当第二采样电阻两端的电压大于第三比较器同相端的电压或者小于第四比较器反向端的电压时输出低电平，此时电机出现过流现象，控制器控制电机驱动器关闭，反之输出高电平，电机正常工作；

S34：对于电机V相反方向，当第二采样电阻两端的电压大于第四比较器同相端的电压或者小于第三比较器反向端的电压时输出低电平，此时电机出现过流现象，控制器控制电机驱动器关闭；反之输出高电平，电机正常工作。