CN113346826B

CN113346826B - 一种具有三相电机的设备及三相电机缺相检测方法

Info

Publication number: CN113346826B
Application number: CN202110630512.6A
Authority: CN
Inventors: 张俊喜; 孙旭辉; 周金伟
Original assignee: Qingdao Hisense Hitachi Air Conditioning System Co Ltd
Current assignee: Qingdao Hisense Hitachi Air Conditioning System Co Ltd
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2041-06-07
Also published as: CN113346826A

Abstract

本发明涉及一种具有三相电机的设备及三相电机缺相检测方法，设备包括三相电机、电源模块、电流检测模块和控制模块，电源模块用于在同步加速启动阶段施加三相交流电至三相电机；电流检测模块用于检测三相电流；控制模块用于在同步加速启动阶段控制三相电机的d轴或q轴相位电角度周期性变化；确定在一个电角度周期内三相电流分别对应的最大相位范围和最小相位范围；获取最大相位范围对应的三相最大电流值、最小相位范围对应的三相最小电流值；根据永磁同步电机三段式启动时的同步加速启动阶段的电流值快速判断缺相及电机线连接问题故障，进而停机报警，避免造成电机损坏。本发明简单易行有效，不额外增加硬件资源，可以在现行品上升级软件实现。

Description

一种具有三相电机的设备及三相电机缺相检测方法

技术领域

本发明涉及空调控制技术领域，具体地说，是涉及一种具有三相电机的设备及三相电机缺相检测方法。

背景技术

三相永磁同步电机缺相运行时，如果负荷未变，则两相绕组承担原来三相绕组担负的工作，使得两相绕组的电流必然增大，造成电动机本体温度增高，振动加大和声音异常，如果不及时保护，严重时可能造成电机烧毁。

因而，电机缺相检测对保护电机的正常运行尤为重要。

目前对于三相电机缺相检测大多是采用具有各种元器件的检测电路，通过检测三相电压的相位差来实现缺相检测的，但是该检测电路需要多种元器件，结构复杂。

发明内容

本发明提供一种具有三相电机的设备及三相电机缺相检测方法，解决了现有技术中检测电机缺相及断线需要增设硬件电路导致增加成本和结构的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有三相电机的设备，包括：

三相电机；

电源模块，用于在同步加速启动阶段施加三相交流电至所述三相电机；

电流检测模块，用于检测所述三相电机的U相电流、V相电流和W相电流；

控制模块，用于在同步加速启动阶段控制所述三相电机的d轴或q轴相位电角度θ在θi-360-θi度之间周期性变化；用于确定在一个电角度周期内所述U相电流、V相电流和W相电流分别对应的最大相位范围和最小相位范围；获取最大相位范围对应的U相最大电流值、V相最大电流值和W相最大电流值，获取最小相位范围对应的U相最小电流值、V相最小电流值和W相最小电流值；用于在U相最大电流值＜缺相电流判定值且U相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断U相缺相，在V相最大电流值＜缺相电流判定值且V相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断V相缺相，在W相最大电流值＜缺相电流判定值且W相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断W相缺相，所述缺相电流=a*启动电流值，0＜a＜1。

一种三相电机的缺相检测方法，所述方法为：

在所述三相电机的同步加速启动阶段：

施加三相交流电至所述三相电机；

检测所述三相电机的U相电流、V相电流和W相电流；

控制所述三相电机的d轴或q轴相位电角度θ在θi-360-θi度之间周期性变化；确定在一个电角度周期内所述U相电流、V相电流和W相电流分别对应的最大相位范围和最小相位范围；获取最大相位范围对应的U相最大电流值、V相最大电流值和W相最大电流值，获取最小相位范围对应的U相最小电流值、V相最小电流值和W相最小电流值；

在U相最大电流值＜缺相电流判定值且U相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断U相缺相，在V相最大电流值＜缺相电流判定值且V相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断V相缺相，在W相最大电流值＜缺相电流判定值且W相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断W相缺相；

所述缺相电流=a*启动电流值，0＜a＜1。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：本发明具有三相电机的设备包括三相电机、电源模块、电流检测模块和控制模块，电源模块用于在同步加速启动阶段施加三相交流电至三相电机；电流检测模块用于检测三相电机的U相电流、V相电流和W相电流；控制模块用于在同步加速启动阶段控制三相电机的d轴或q轴相位电角度θ在θi-360-θi度之间周期性变化；用于确定在一个电角度周期内U相电流、V相电流和W相电流分别对应的最大相位范围和最小相位范围；获取最大相位范围对应的U相最大电流值、V相最大电流值和W相最大电流值，获取最小相位范围对应的U相最小电流值、V相最小电流值和W相最小电流值；用于在U相最大电流值＜缺相电流判定值且U相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断U相缺相，在V相最大电流值＜缺相电流判定值且V相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断V相缺相，在W相最大电流值＜缺相电流判定值且W相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断W相缺相，缺相电流=a*启动电流值，0＜a＜1。本发明简单易行有效，不额外增加硬件资源，可以在现行品上升级软件实现。

本发明三相电机的缺相检测方法为，在三相电机的同步加速启动阶段：施加三相交流电至三相电机；检测三相电机的U相电流、V相电流和W相电流；控制三相电机的d轴或q轴相位电角度θ在θi-360-θi度之间周期性变化；确定在一个电角度周期内U相电流、V相电流和W相电流分别对应的最大相位范围和最小相位范围；获取最大相位范围对应的U相最大电流值、V相最大电流值和W相最大电流值，获取最小相位范围对应的U相最小电流值、V相最小电流值和W相最小电流值；在U相最大电流值＜缺相电流判定值且U相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断U相缺相，在V相最大电流值＜缺相电流判定值且V相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断V相缺相，在W相最大电流值＜缺相电流判定值且W相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断W相缺相；缺相电流=a*启动电流值，0＜a＜1。本发明三相电机缺相检测方法简单易行有效，不额外增加硬件资源，可以在现行品上升级软件实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例的原理框图。

图2为本发明具体实施例三相电机d轴设定的恒定启动电流与时间关系的坐标图。

图3为本发明具体实施例同步加速启动阶段的电角度和电机电流与时间关系的坐标图。

图4为本发明具体实施例的流程图。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

术语“第二”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，一种具有三相电机的设备，包括三相电机、电源模块、电流检测模块和控制模块。其中，具有三相电机的设备可以是冰箱、空调等。

三相电机，用于驱动设备，为设备的运行提供动力，在冰箱、空调等设备中，三相电机一般用于驱动冰箱、空调的压缩机。

电源模块，用于在同步加速启动阶段施加三相交流电至三相电机。

电流检测模块，用于检测三相电机的U相电流、V相电流和W相电流。

控制模块，用于在同步加速启动阶段控制三相电机的d轴或q轴相位电角度θ在θi-360-θi度之间周期性变化；用于确定在一个电角度周期内U相电流、V相电流和W相电流分别对应的最大相位范围和最小相位范围；获取最大相位范围对应的U相最大电流值、V相最大电流值和W相最大电流值，获取最小相位范围对应的U相最小电流值、V相最小电流值和W相最小电流值；用于在U相最大电流值＜缺相电流判定值且U相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断U相缺相，在V相最大电流值＜缺相电流判定值且V相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断V相缺相，在W相最大电流值＜缺相电流判定值且W相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断W相缺相，用于在U相缺相且V相缺相且W相缺相时，输出未接电机线信息。

其中，缺相电流=a*启动电流值，0＜a＜1。

优选地，在定位阶段将电角度定位在0度，则θi=0。

在一个电角度周期内，确定三个最大相位范围和三个最小相位范围，最大相位范围的最大值-最小值为60度，最小相位范围的最大值-最小值为60度。

控制模块用于在至少一个机械角周期内，所有电角度周期均判断U相缺相或V相缺相或W相缺相时，输出报警信号和/或控制停机。

本实施例能够根据永磁同步电机三段式启动时的同步加速启动阶段的电流值快速判断缺相及电机线连接问题故障，进而停机报警，避免造成电机损坏。

以d轴或q轴设定的恒定启动电流定位并进行同步加速启动，在正常情况下，同步加速启动中，永磁同步电机的相电流幅值应该与启动的d轴或q轴的恒定电流相当。而永磁同步电机发生缺相或电机线连接问题时，会导致某相电流幅值不能达到设定的启动电流。因此，可以通过相电流幅值与设定的启动电流进行比较来判断电机发生缺相或电机线连接问题。

以下本实施例以d轴设定的恒定启动电流进行定位、启动的情况为例说明，以q轴设定恒定电流启动情况类似。

如图1是以d轴设定的恒定启动电流进行定位、启动的相电流波形。

从永磁同步电机同步加速启动开始后，根据三相电机相电流出现最大/最小值区域的电流值进行相及电机线连接问题判定。根据机械角一周期结束时的判定结果，作为停机报警的依据。

如图2所示，电角度在30°时V相电流最小，则0-60°为V相电流最小的相位范围；电角度在90°时U相电流最大，则60-1200°为U相电流最小的相位范围；以此类推。

当电角度相位在各电机电流的最大、最小相位范围内时，根据事先设定好的判定基准判断电机电流值。

判定基准

正常状态：电机电流值在正常电流判定值以上。

缺相状态：电机电流值在缺相电流判定值以下。

正常电流判定值和缺相电流判定值在0-设定的启动电流值之间，且正常电流判定值大于缺相电流判定值，均与设定的启动电流值成一定比例，可以事先通过试验确定。例如，正常电流判定值=设定的启动电流值×0.8，缺相电流判定值=设定的启动电流值×0.3。

判定周期以电角度周期为准，即判定周期=N*Pn，一个电角度周期0~360度中，每相电流可以检测两次（最大值和最小值）。当某相电流检测值满足缺相判定条件时，该相缺相判定计数值+1，判定周期结束后，如果该相缺相判定计数值缺相判定计数值=判定周期*2，该相判定为缺相。

运转过程中有可能同时检测正常和欠相状态，为避免误判，设定只要一次判断为正常，则视作正常，否则设为缺相，三相都缺相时即为电机线未接。

机械角N（N≥1）周期结束时上述判定结果为“缺相状态”时，作为停机报警的依据。对于极对数为Pn的电机，电角度=机械角*Pn。

本实施例还提出了一种三相电机的缺相检测方法：

在所述三相电机的同步加速启动阶段：

施加三相交流电至三相电机；

检测三相电机的U相电流、V相电流和W相电流；

控制三相电机的d轴或q轴相位电角度θ在θi-360-θi度之间周期性变化；确定在一个电角度周期内U相电流、V相电流和W相电流分别对应的最大相位范围和最小相位范围；获取最大相位范围对应的U相最大电流值、V相最大电流值和W相最大电流值，获取最小相位范围对应的U相最小电流值、V相最小电流值和W相最小电流值；

在U相缺相且V相缺相且W相缺相时，输出未接电机线信息；

其中，缺相电流=a*启动电流值，0＜a＜1。

为了简化算法，在定位阶段将电角度定位在0度，则θi=0。

在至少一个机械角周期内，所有电角度周期均判断U相缺相或V相缺相或W相缺相时，输出报警信号和/或控制停机

判定基准

正常状态：电机电流值在正常电流判定值以上。

缺相状态：电机电流值在缺相电流判定值以下。

如图4所示，以一个电角度为例进行说明：

S1、开始。

S2、Id=设定的启动电流，定位d轴的相位为0。

S3、定位是否结束，若是，进入步骤S4，否则进入步骤S3。

S4、进入同步启动加速阶段，d轴相位从0逐渐增大到360度并周期性循环。

S5、d轴相位在0-60度，若是，进入步骤S6，否则，进入步骤S9。

S6、V相最小电流值。

S7、V相最小电流值＞-缺相电流判定值。若是，进入步骤S8，否则，进入步骤S29。

S8、V相缺相判定计数值+1，进入步骤S29。

S9、d轴相位在60-120度，若是，进入步骤S10，否则，进入步骤S13。

S10、U相最大电流值。

S11、U相最大电流值＜缺相电流判定值。若是，进入步骤S12，否则，进入步骤S29。

S12、U相缺相判定计数值+1，进入步骤S29。

S13、d轴相位在120-180度，若是，进入步骤S14，否则，进入步骤S17。

S14、W相最小电流值。

S15、W相最小电流值＞-缺相电流判定值。若是，进入步骤S16，否则，进入步骤S29。

S16、W相缺相判定计数值+1，进入步骤S29。

S17、d轴相位在180-240度，若是，进入步骤S18，否则，进入步骤S21。

S18、V相最大电流值。

S19、V相最大电流值＜缺相电流判定值。若是，进入步骤S20，否则，进入步骤S29。

S20、V相缺相判定计数值+1，进入步骤S29。

S21、d轴相位在240-300度，若是，进入步骤S22，否则，进入步骤S29。

S22、U相最小电流值。

S23、U相最小电流值＞-缺相电流判定值。若是，进入步骤S24，否则，进入步骤S29。

S24、U相缺相判定计数值+1，进入步骤S29。

S25、d轴相位在300-360度，若是，进入步骤S26，否则，进入步骤S29。

S26、W相最大电流值。

S27、W相最大电流值＜缺相电流判定值。若是，进入步骤S28，否则，进入步骤S29。

S28、W相缺相判定计数值+1，进入步骤S29。

S29、判定周期是否结束，若是，进入步骤S30，否则，进入步骤S5。

S30、U相缺相判定计数值=判定周期*2，若是进入步骤S31，否则进入步骤S32。

S31、判定为U相缺相。进入步骤S36。

S32、V相缺相判定计数值=判定周期*2，若是进入步骤S33，否则进入步骤S34。

S33、判定为V相缺相。进入步骤S36。

S34、W相缺相判定计数值=判定周期*2，若是进入步骤S35，否则进入步骤S36。

S35、判定为W相缺相。进入步骤S36。

S36、根据缺相情况停机报警或正常运行。

S37、结束。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种具有三相电机的设备，其特征在于，包括：

三相电机；

控制模块，用于在同步加速启动阶段控制所述三相电机的d轴或q轴相位电角度θ在θi-360-θi度之间周期性变化；用于确定在一个电角度周期内所述U相电流、V相电流和W相电流分别对应的最大相位范围和最小相位范围；获取最大相位范围对应的U相最大电流值、V相最大电流值和W相最大电流值，获取最小相位范围对应的U相最小电流值、V相最小电流值和W相最小电流值；用于在U相最大电流值＜缺相电流判定值且U相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断U相缺相，在V相最大电流值＜缺相电流判定值且V相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断V相缺相，在W相最大电流值＜缺相电流判定值且W相最小电流值＞-缺相电流判定值时判断W相缺相，所述缺相电流=a*启动电流值，0＜a＜1

2.根据权利要求1所述的具有三相电机的设备，其特征在于，所述θi=0。

3.根据权利要求1所述的具有三相电机的设备，其特征在于，所述控制模块用于在U相缺相且V相缺相且W相缺相时，输出未接电机线信息。

4.根据权利要求1所述的具有三相电机的设备，其特征在于，所述控制模块用于在至少一个机械角周期内，所有电角度周期均判断U相缺相或V相缺相或W相缺相时，输出报警信号和/或控制停机。

5.一种三相电机的缺相检测方法，其特征在于，所述方法为：

在所述三相电机的同步加速启动阶段：

施加三相交流电至所述三相电机；

检测所述三相电机的U相电流、V相电流和W相电流；

所述缺相电流=a*启动电流值，0＜a＜1

6.根据权利要求5所述的三相电机的缺相检测方法，其特征在于，所述θi=0。

7.根据权利要求5所述的三相电机的缺相检测方法，其特征在于，在U相缺相且V相缺相且W相缺相时，输出未接电机线信息。

8.根据权利要求5所述的三相电机的缺相检测方法，其特征在于，在至少一个机械角周期内，所有电角度周期均判断U相缺相或V相缺相或W相缺相时，输出报警信号和/或控制停机。