CN109490647A - 一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置及方法，检测装置包括了：电源模块、采样电路模块、微型控制器和状态输出模块；采样电路模块由整流、隔离、滤波三部分电路组成；微型控制器为Atmel公司的低功耗8位CMOS微型控制器Attiny13A；微型控制器结合一种简单高效的三相电电源整流、隔离、滤波处理的检测电路，通过高效率的程序算法可以精准快速的确定相序及是否缺相，该方法克服了传统电路检测方法的抗干扰性差、无法定制、电路复杂、故障率高等缺点，更好的为电动执行机构保驾护航。

Description

一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置及方法。

背景技术

电动执行机构是过程控制系统中重要的驱动装置，广泛使用在电力、钢铁、石油、水处理、化工、冶金等行业。往往通过控制阀门的开度来调节工业管道中的温度、压力、流量等等参数。在使用过程中，由于各种因素会造成使用现场电源相序发生改变，相序发生改变会导致电动执行机构电机运行的方向错误，造成不可估量的后果。如果三相电源有缺相，电动执行机构仍接收到开关信号控制电机运行，长时间的电机缺相运行会造成电机温度持续上升而烧毁。考虑到三相电源不正常对电动执行机构的不良影响，电动执行机构一般都配备相序及缺相检测模块。传统的相序及缺相检测模块是由纯硬件检测电路组成的，但是随着工业现场大功率变频器的使用，电动执行机构使用现场的三相电源质量很差，往往伴随者相位角的突变和大量的谐波，由纯硬件电路组成的相序及缺相检测电路已经无法适应该种电源环境，部分使用现场出现电机转向错误以及缺相现象。目前，市面上有很多专业的相序及缺相检测芯片以及成熟的方案，它们的功能很强大，甚至能采集到实时的三相电波形，但是随之而来的也是高昂的成本，并且对于电动执行机构来说，很多功能都不是实际不需要的。

发明内容

为了解决现有问题，本发明的目的是提供一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置及方法，可以精准快速的确定相序及是否缺相，有效的提高抗干扰性，可根据实际需要自由定制，避免了电路复杂导致出现故障率高的问题。

本发明涉及一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置，包括了电源模块、采样电路模块、微型控制器和状态输出模块；采样电路模块由整流、隔离、滤波三部分电路组成；微型控制器为Atmel公司的低功耗8位CMOS微型控制器Attiny13A。

进一步，采样电路模块定义三相电为UA、UB、UC，通过D2、D4二极管和R9、R10对UA和UB的线电压进行整流，再通过后级光耦U3隔离，同理，对UC和UB的线电压信号进行采集，光耦隔离后得到的信号Iab、Ibc。

进一步，将采样电路模块获取到的两个信号Iab、Ibc，送给微型控制器检测口，微型控制器通过两个信号的关系来判断相序、缺相情况。

进一步，所述状态输出模块输出用两个指示灯指示相序状态，显示三相电源的相序和是否缺相

本发明还包括一种电动机构用三相电相序及缺相的检测方法，包括如下步骤：

步骤(1)连接电源模块，三相电进线端子输入UA、UB、UC，微型控制器Attiny13A开始初始化，开启定时器，IO口初始化；

步骤(2)定时器1ms执行一次判断微型控制器检测，检测引脚状态；

步骤(3)检测波形位置判断相序计数；

步骤(4)通过滤波算法判断最终相序；

步骤(5)输出相序信号。

进一步，步骤(3)通过微型控制器判断为正相序时的波形图，Iab、Ibc波形定义高电平为“1”，低电平为“0”，Iab，Ibc波形信号的关系:“10”，“00”，“01”，“11”这四种组合，这种组合在相序不变的情况下是循环出现，微型控制器将信号处理后，可看成2,0,1,3,四个数据循环，即检测到2->0->1->3->2->0->1->3->2......，同时保存并记录，初步判断为正序。

进一步，步骤(3)通过微型控制器判断为逆相序时的波形图，Iab、Ibc波形信号的关系：“11”，“01”，“00”，“10”这四种组合并循环出现，微型控制器将信号处理后，可看成3,1,0,2,四个数据循环，即检测到3->1->0->2->3->1->0->2->3......，同时保存并记录，初步判断为逆序。

进一步，步骤(3)通过微型控制器判断为缺相波形图，出现缺相时，微型控制器可检测到至少有一路波形信号一直为高电平，为了消除干扰，软件做相应的处理，即检测到除了正序和反序以外的波形关系都初步认为是缺相。

通过以上的一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置及方法可以精准快速的确定相序及是否缺相。

附图说明

图1相序及缺相检测电路中电源模块示意图；

图2相序及缺相检测电路中采样电路模块示意图；

图3相序及缺相检测电路中微型控制器示意图；

图4相序及缺相检测电路中状态输出模块示意图；

图5三相电相序及缺相的检测方法程序流程图；

图6正序波形示意图；

图7逆序波形示意图；

图8缺UA相波形示意图；

图9缺UC相波形示意图；

图10缺UB相波形示意图；

图11状态输出模块的输出状态示意图。

具体实施方式

以下是参照附图来描述本发明的实施例。但是应该理解为这些描述只是示例性的，并非要限制本发明的保护范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非限制本发明的保护范围。这里使用的词语“一”、“一个(种)”和“该”等也应包括“多个、多种”的意思，除非上下文另外明确指出。此外，在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。如图1-4所示，本发明实施例的相序及缺相检测装置电路的检测原理示意图。

一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置，包括了电源模块、采样电路模块、微型控制器和状态输出模块；采样电路模块由整流、隔离、滤波三部分电路组成，在采样电路模块中定义三相电为UA、UB、UC，通过D2、D4二极管和R9、R10对UA和UB的线电压进行整流，再通过后级光耦U3隔离，同理，对UC和UB的线电压信号进行采集。光耦隔离后的信号Iab、Ibc，如图6所示为采集到的两个信号，假设图6波形为相序正序波形，那么图7为相序逆序波形，图8、9、10分别为UA、UC、UB缺相时的波形，微型控制器对Iab、Tbc两个信号进行一定的运算即可精准判断相序和是否缺相。将采样电路获取到的两个方波信号Iab、Ibc，送给微型控制器检测口，微型控制器通过两个信号的关系来判断相序，缺相情况。如图6所示，为正相序时的波形图，Iab、Ibc波形定义高电平为“1”，低电平为“0”，由图可以看到Iab、Ibc波形信号的关系:“10”，“00”，“01”，“11”这四种组合，这种组合在相序不变的情况下是循环出现，微型控制器将信号处理后，可看成2,0,1,3,四个数据循环，即检测到2->0->1->3->2->0->1->3->2......，同时保存并记录，初步判断为正序。同理，如图7，如果Iab、Ibc波形信号的关系：“11”，“01”，“00”，“10”这四种组合并循环出现，微型控制器将信号处理后，可看成3,1,0,2,四个数据循环，即检测到3->1->0->2->3->1->0->2->3......，同时保存并记录，初步判断为逆序。当出现缺相时，Iab、Ibc波形信号如图8、9、10所示，微型控制器可检测到至少有一路波形信号一直为高电平。为了消除干扰，软件做相应的处理，即检测到除了正序和反序以外的的波形关系都初步认为是缺相。图5是示出了根据本发明一种电动机构用三相电相序及缺相的检测方法的实施例程序流程图。

以下为初步判断相序的流程：

步骤(1)连接电源模块，三相电进线端子输入，微型控制器Attiny13A开始初始化，开启定时器，IO口初始化；

步骤(2)定时器1ms执行一次判断微型控制器检测，用于检测引脚PB3和PB4的状态，并通过右移3位用16进制来表示PB3和PB4的状态，如PB4为高电平，PB3位高电平，用16进制来表示为PhaseList＝0X03；如PB4为高电平，PB3位低电平，用16进制来表示为PhaseList＝0X02；如PB4为低电平，PB3位高电平，用16进制来表示为PhaseList＝0X01；如PB4为低电平，PB3位低电平，用16进制来表示为PhaseList＝0X00；每次检测发现PB3或PB4任意一个状态发生变化，寄存器Phase_sit会左移4位，再将最新的状态值PhaseList存放在寄存器Phase_sit的低4位。

步骤(3)检测波形位置判断相序计数，通过波形图可知，正序电源的PhaseList值依次为3，2，0，1，3，2，0，1，3，2，0，1循环出现，放入寄存器Phase_sit后，Phase_sit的值可能为0x3201或0x2013或0x0132或0x1320，因此，检测到Phase_sit位以上4种值任意一个，初步判断相序为正序并phase_cnt1加1计数。同理，反序电源的PhaseList值依次为3，1，0，2，3，1，0，2，3，1，0，2循环出现，放入寄存器Phase_sit后，Phase_sit的值可能为0x3102或0x2310或0x0231或0x1023，检测到Phase_sit位以上4种值任意一个，初步判断相序为正序并phase_cnt2加1计数。

如果有缺相，PhaseList值不会像正序或反序电源时的规律出现，此时初步判断电源缺相，phase_cnt3加1。

通过以上步骤初步判断相序情况。

步骤(4)通过滤波算法判断最终相序；进一步提高抗干扰能力和准确性。phase_cnt1，phase_cnt2，phase_cnt3任意一个值计满200，则最终判断相序情况，若phase_cnt1先计满，则最终判断为正序，若phase_cnt2先计满，则最终判断为反序，若phase_cnt3先计满，则最终判断为缺相。

步骤(5)输出相序信号；如图11所示，三相电相序及缺相的检测装置输入为三相电源，输出通过以上步骤得到的相序信号，输出用两个指示灯指示相序状态并传送给PLC，判断三相电源的相序和是否缺相，状态输出模块的输出状态对照表如下：

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。尽管在以上描述了实施例，但是这并不意味着实施例中的措施不能有利地结合使用。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置，包括了：电源模块、采样电路模块、微型控制器和状态输出模块；采样电路模块由整流、隔离、滤波三部分电路组成；微型控制器为Atmel公司的低功耗8位CMOS微型控制器Attiny13A。

2.根据权利要求1所述的一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置，其特征在于：采样电路模块定义三相电为UA、UB、UC，通过D2、D4二极管和R9、R10对UA和UB的线电压进行整流，再通过后级光耦U3隔离，同理，对UC和UB的线电压信号进行采集，光耦隔离后得到的信号Iab、Ibc。

3.根据权利要求1所述的一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置，其特征在于：将采样电路模块获取到的两个信号Iab，Ibc，送给微型控制器检测口，微型控制器通过两个信号的关系来判断相序、缺相情况。

4.根据权利要求1所述的一种电动机构用三相电相序及缺相的检测装置，其特征在于：所述状态输出模块输出用两个指示灯指示相序状态，显示三相电源的相序和是否缺相。

5.一种电动机构用三相电相序及缺相的检测方法，包括如下步骤：

步骤(1)连接电源模块，三相电进线端子输入UA、UB、UC，微型控制器Attiny13A开始初始化，开启定时器，IO口初始化；

步骤(2)定时器1ms执行一次判断微型控制器检测，检测引脚状态；

步骤(3)检测波形位置判断相序计数；

步骤(4)通过滤波算法判断最终相序；

步骤(5)输出相序信号。

6.根据权利要求5所述的一种电动机构用三相电相序及缺相的检测方法，其特征在于：步骤(3)通过微型控制器判断为正相序时的波形图，Iab、Ibc波形定义高电平为“1”，低电平为“0”，Iab、Ibc波形信号的关系:“10”，“00”，“01”，“11”这四种组合，这种组合在相序不变的情况下是循环出现，微型控制器将信号处理后，可看成2,0,1,3,四个数据循环，即检测到2->0->1->3->2->0->1->3->2......，同时保存并记录，初步判断为正序。

7.根据权利要求5所述的一种电动机构用三相电相序及缺相的检测方法，其特征在于：步骤(3)通过微型控制器判断为逆相序时的波形图，Iab、Ibc波形信号的关系：“11”，“01”，“00”，“10”这四种组合并循环出现，微型控制器将信号处理后，可看成3,1,0,2,四个数据循环，即检测到3->1->0->2->3->1->0->2->3......，同时保存并记录，初步判断为逆序。

8.根据权利要求5所述的一种电动机构用三相电相序及缺相的检测方法，其特征在于：步骤(3)通过微型控制器判断为缺相波形图，出现缺相时，微型控制器可检测到至少有一路波形信号一直为高电平，为了消除干扰，软件做相应的处理，即检测到除了正序和反序以外的波形关系都初步认为是缺相。