CN110095660B - 一种变频器输出缺相检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及变频调速领域，公开了一种变频器输出缺相检测方法，包括：采样变频器三相瞬时电流输出值，并计算三相瞬时电流综合矢量有效值；之后，分别执行步骤A：分别将每一相的瞬时电流输出值的绝对值与第一缺相阈值进行比较；若小于，则该相的相位变量不变，并累计第一时长；在其大于第一时长阈值，且相位变量与电机电角度之差的绝对值大于90度时，判定当前的相输出缺相；若大于或等于，则将当前的相的相位变量同步为当前的电机电角度，并清零第一时长；以及执行步骤B：将三相瞬时电流综合矢量有效值与第二缺相阈值比较；若小于，则累计第二时长，并在第二时长大于第二时长阈值时，判定三相输出缺相；若大于或等于，则清零第二时长。

Description

一种变频器输出缺相检测方法

技术领域

本发明涉及变频调速领域，特别涉及一种变频器输出缺相检测方法。

背景技术

变频器驱动三相交流异步电动机在工业生产中应用十分广泛，但是三相交流电动机在实际现场使用中，经常发生缺相。发生缺相的原因有很多，如电机内部相绕组故障，电机到变频器之间连接线缆损坏断开(线缆破损，接线不良)，或者是变频器内部电子器件故障等原因。当发生两相或三相输出缺相时，电机将完全无法运转。当发生单路缺相时，变频器输出至电机的电流会严重不平衡，电机的某相电流将可能远远超过变频器的额定电流。缺相导致的异常电流一方面可能会损坏变频器，另一方面会增加电机振动，轻则损坏电机，重则可能会导致人生伤害事故。

目前变频器检测输出缺相的常规方法，可以通过检测输出电流来判断。主要是通过检查变频器三相输出电流的不平衡度来实现。即连续采样至少一个电流周期的电流，计算每相电流绝对值的平均值。用平均值最大的相电流和平均值最小的相电流相比，当比值超过一定阈值，即判定为输出缺相。这种方法最大的不足是每相电流至少需要完整的采样周期T，则采样时间至少需要5T/3才有可能完成一次完整的判断。另外，由于变频器的输出频率范围非常宽从(0.1Hz～200Hz以上)，且频率变化比较快，为了适应比较宽的频率范围，则其实际检测时间要按低频输出时运算，其检测时间一半固定在数秒时间，在输出缺相检出及时性上存在明显不足。

因此，如何及时准确检测出变频器输出缺相是我们目前要解决的问题。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种变频器输出缺相检测方法，以及时准确检测变频器输出缺相，防止故障的进一步扩大与恶化。

为解决上述问题，本发明的实施方式提供了一种变频器输出缺相检测方法，包括：采样变频器三相瞬时电流输出值，并根据所述三相瞬时电流输出值，计算三相瞬时电流综合矢量有效值；在计算出所述三相瞬时电流综合矢量有效值后，分别执行步骤A及步骤B：步骤A：分别将每一相的所述瞬时电流输出值的绝对值与第一缺相阈值进行比较；若当前的所述瞬时电流输出值的绝对值小于所述第一缺相阈值，则保持当前的相的相位变量不变，并累计当前的所述相的第一时长；在所述第一时长大于第一时长阈值，且当前的所述相的相位变量与电机电角度之差的绝对值大于90度时，判定当前的所述相输出缺相；若当前的所述瞬时电流输出值的绝对值大于或等于所述第一缺相阈值，则将当前的所述相的相位变量同步为当前的所述电机电角度，并清零当前的所述相对应的第一时长；步骤B：将所述三相瞬时电流综合矢量有效值与第二缺相阈值进行比较；若所述三相瞬时电流综合矢量有效值小于所述第二缺相阈值，则累计第二时长，并在所述第二时长大于第二时长阈值时，判定三相输出缺相；若所述三相瞬时电流综合矢量有效值大于或等于所述第二缺相阈值，则清零所述第二时长。

进一步的，根据所述三相瞬时电流输出值，计算三相瞬时电流综合矢量有效值，具体为：根据公式

计算所述三相瞬时电流综合矢量有效值；其中，I_u，I_v，I_w分别表示三相的瞬时输出电流值，I_e为所述三相瞬时电流综合矢量有效值。

进一步的，所述第一缺相阈值根据所述三相瞬时电流综合矢量有效值确定。

进一步的，所述第一缺相阈值为

其中I_e为所述三相瞬时电流综合矢量有效值。

进一步的，所述第一时长阈值

其中F_min为变频器输出最低频率。

进一步的，所述第二缺相阈值根据电机的额定电流确定。

进一步的，所述第二缺相阈值为

其中，I_mot为所述电机的额定电流。

进一步的，所述第二时长阈值为

其中F_min为变频器输出最低频率。

本发明实施方式相对于现有技术而言，当变频器发生缺相故障时，本发明的检测方法在单个周期内即可完成数据采样，大大缩短了输出缺相的检出时间，并且，可以判断出单相缺相故障还是三相缺相故障，甚至在单相输出缺相时，可以判断出具体哪一相输出缺相，上述的这种判断方法可以方便变频器操作人员定位出故障点，易于设备维护。另外，该检测方法适应频率范围宽，同时算法简单，涉及的计算量小，因此，无需要占用太多单片机资源，对于单片机性能要求低，功能很容易被集成到各档单片机中，应用前景广阔。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施方式提供的变频器输出缺相检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明实施方式涉及一种变频器输出缺相检测方法。发明人在实践中发现，传统的变频器检测输出缺相的常规方法，主要是通过检查变频器三相输出电流的不平衡度来实现。这种方法需要连续采样至少一个电流周期的电流，计算每相电流绝对值的平均值。用平均值最大的相电流和平均值最小的相电流相比，当比值超过一定阈值，即判定为输出缺相。由于该方法中每相电流至少需要完整的采样周期，因此采样时间至少需要5/3个周期才有可能完成一次完整的判断。而且变频器的输出频率范围非常宽从(0.1Hz～200Hz以上)，且频率变化比较快，当低频输出时，其检测时间甚至需要数秒时间，因此，传统检测方法在输出缺相检出及时性上存在明显不足。基于该问题，发明人提出了一种变频器输出缺相检测方法，该检测方法采样变频器三相瞬时电流输出值，通过检测计算每一相的瞬时电流输出值小于缺相电流阈值的时间，同时相位角与电机电角度之间的差值，来判断变频器是否单相缺相；另有一方面，从三相瞬时电流综合矢量有效值小于第二缺相阈值的时长来判断三相缺相。这种检测方法输出缺相检出时间短，可以具体判断是哪一相输出缺相，方便变频器操作人员定位出故障点，易于维护。适应频率范围宽，并且算法简单，计算量小，不需要占用太多单片机资源，对于单片机性能要求低，功能很容易被集成到各档单片机中。相较于传统的检测方法来说，具有明显的优势。

结合图1所示，上述检测方法包括：采样变频器三相瞬时电流输出值，并根据三相瞬时电流输出值，计算三相瞬时电流综合矢量有效值，三相瞬时电流综合矢量有效值可以根据公式

计算得出；其中，I_u，I_v，I_w分别表示三相的瞬时输出电流值，I_e为三相瞬时电流综合矢量有效值。

在计算出三相瞬时电流综合矢量有效值后，流程图如图1所示，分别执行步骤A及步骤B，步骤A是用来判断变频器是否单相输出缺相，步骤B用作判断变频器是否三相输出缺相，需要说明的是，本方案关于步骤A和步骤B在执行时间上并不做限制，即步骤A和步骤B彼此无干涉，可以先执行步骤A再执行步骤B，也可以先执行步骤B再执行步骤A，或者同时执行步骤A和步骤B。步骤A和步骤B的内容具体如下：

步骤A：分别将每一相的瞬时电流输出值的绝对值与第一缺相阈值进行比较；

在具体实施中，采样三相电流每一相的瞬时电流输出值，记做I_u，I_v，I_w；分别将I_u，I_v，I_w的绝对值与第一缺相阈值进行比较，需要注意的是，第一缺相阈值根据三相瞬时电流综合矢量有效值确定，第一缺相阈值是小于相电流峰值的绝对值。一种情况下，当单相的瞬时电流输出值的绝对值小于第一缺相阈值时，则保持当前的相的相位变量不变，并累计当前的相的第一时长，用作T1表示，第一时长T1是指计时器上的计数数字，每一相电流在进行检测采样时，如果瞬时电流输出值的绝对值小于第一缺相阈值，计时器都会有一个第一时长T1的数字。另外，正常的相电流是以正弦波的形式随着时间连续变化，当设定第一缺相阈值后，在一个周期内，相电流有一段时间大于第一缺相阈值，有一段时间小于第一缺相阈值，在该相电流不发生缺相的情况下，彼此交替，周而复始，而在某一时刻该相电流如果发生缺相时，相电流小于第一缺相阈值，并且这段时间会大大增加，即第一时长T1不断累计增加，因此，设置一个时间段作为第一时长阈值，在第一时长T1大于第一时长阈值，且当前的相的相位变量与电机电角度之差的绝对值大于90度时，判定当前的相输出缺相，针对第一时长阈值，优选为

其中F_min为变频器输出最低频率。另一种情况下，若I_u的绝对值大于或等于第一缺相阈值，则说明该相电流没有输出缺相，此时将当前的相的相位变量同步为当前的电机电角度，并清零当前的相对应的第一时长T1。

本实施例以U相为例，对单相输出缺相的判断进行说明，在实际应用中发现，针对第一缺相阈值以及第一时长阈值，本方案优选第一缺相阈值等于

第一时长阈值为

将采样U相电流的瞬时电流输出值记作I_u1，将U相电流的瞬时电流输出值I_u1的绝对值与

进行比较，当I_u1的绝对值小于

时，保持U相的相位变量不变，计时器开始累计U相的第一时长T1，在第一时长T1大于第一时长阈值

时，且U相的相位变量与电机电角度之差的绝对值大于90度时，判定U相输出缺相。当I_u1的绝对值大于或等于第一缺相阈值

时，则说明U相电流没有输出缺相，此时将U相的相位变量同步为当前的电机电角度，并清零U相对应的第一时长T1。

步骤B：将三相瞬时电流综合矢量有效值与第二缺相阈值进行比较；若三相瞬时电流综合矢量有效值小于第二缺相阈值，则累计第二时长T2，这里需要对第二时长T2进行说明，第二时长T2是指计时器开始计数的数字，每一次三相缺相进行检测采样时，计时器都会有一个第二时长T2的数字。当第二时长T2大于第二时长阈值时，判定三相输出缺相；若三相瞬时电流综合矢量有效值大于或等于第二缺相阈值，则清零第二时长T2。

需要说明的是，第二缺相阈值根据电机的额定电流确定，在实际应用中发现，针对第二缺相阈值，优选为

其中，I_mot为电机的额定电流，而针对第二时长阈值优选为

其中F_min为变频器输出最低频率，本实施例中，将三相瞬时电流综合矢量有效值与

进行比较；若三相瞬时电流综合矢量有效值小于

则累计第二时长T2，并在第二时长T2大于

时，判定三相输出缺相；若三相瞬时电流综合矢量有效值大于或等于

时，则清零第二时长T2，重复下次检测。

综上所述，当变频器发生缺相故障时，本发明的检测方法在单个周期内即可完成数据采样，大大缩短了输出缺相的检出时间，并且，可以判断出单相缺相故障还是三相缺相故障，甚至在单相输出缺相时，可以判断出具体哪一相输出缺相，上述的这种判断方法可以方便变频器操作人员定位出故障点，使工程人员能及时检修，防止故障进一步恶化，易于设备维护。另外，该检测方法适应频率范围宽，同时算法简单，涉及的计算量小，因此，无需要占用太多单片机资源，对于单片机性能要求低，功能很容易被集成到各档单片机中，应用前景广阔。使工程人员能及时检修，防止故障进一步恶化。

Claims (8)

1.一种变频器输出缺相检测方法，其特征在于，包括：

采样变频器三相瞬时电流输出值，并根据所述三相瞬时电流输出值，计算三相瞬时电流综合矢量有效值；

在计算出所述三相瞬时电流综合矢量有效值后，分别执行步骤A及步骤B：

步骤A：分别将每一相的所述瞬时电流输出值的绝对值与第一缺相阈值进行比较；

若当前的所述瞬时电流输出值的绝对值小于所述第一缺相阈值，则保持当前的相的相位变量不变，并累计当前的所述相的第一时长；在所述第一时长大于第一时长阈值，且当前的所述相的相位变量与电机电角度之差的绝对值大于90度时，判定当前的所述相输出缺相；

若当前的所述瞬时电流输出值的绝对值大于或等于所述第一缺相阈值，则将当前的所述相的相位变量同步为当前的所述电机电角度，并清零当前的所述相对应的第一时长；

步骤B：将所述三相瞬时电流综合矢量有效值与第二缺相阈值进行比较；

若所述三相瞬时电流综合矢量有效值小于所述第二缺相阈值，则累计第二时长，并在所述第二时长大于第二时长阈值时，判定三相输出缺相；

若所述三相瞬时电流综合矢量有效值大于或等于所述第二缺相阈值，则清零所述第二时长。

2.根据权利要求1所述的变频器输出缺相检测方法，其特征在于，根据所述三相瞬时电流输出值，计算三相瞬时电流综合矢量有效值，具体为：

根据公式

计算所述三相瞬时电流综合矢量有效值；

其中，I_u，I_v，I_w分别表示三相的瞬时输出电流值，I_e为所述三相瞬时电流综合矢量有效值。

3.根据权利要求1或2所述的变频器输出缺相检测方法，其特征在于，所述第一缺相阈值根据所述三相瞬时电流综合矢量有效值确定。

4.根据权利要求3所述的变频器输出缺相检测方法，其特征在于，所述第一缺相阈值为

其中I_e为所述三相瞬时电流综合矢量有效值。

5.根据权利要求1所述的变频器输出缺相检测方法，其特征在于，所述第一时长阈值为

其中F_min为变频器输出最低频率。

6.根据权利要求1所述的变频器输出缺相检测方法，其特征在于，所述第二缺相阈值根据电机的额定电流确定。

7.根据权利要求6所述的变频器输出缺相检测方法，其特征在于，所述第二缺相阈值为

其中，I_mot为所述电机的额定电流。

8.根据权利要求1所述的变频器输出缺相检测方法，其特征在于，所述第二时长阈值为

其中F_min为变频器输出最低频率。

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