CN113567768A - 一种步进电机缺相检测电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种步进电机缺相检测电路及其方法，步进电机缺相检测方法包括步骤：获取电机在预设的电气角度位置的绕组电流值；将绕组电流值与缺相保护电流值进行比较；若绕组电流值未能达到缺相保护电流值时，则进入缺相保护状态并发出缺相故障信息。电机通电后，电机绕组的电流按线性爬升，达到缺相检测点之后，电流检测电路开始获取检测点对应的电流值大小，并将获取的检测点的电流大小与预设的缺相保护电流值进行比较，以判断检测所得的数值与预设的数值是否一致，如果不一致，则证明电机此时出现了缺相的情况，根据缺相的信息，发出缺相报警信号，以提醒工作人员及时查看。

Description

一种步进电机缺相检测电路及其方法

技术领域

本发明涉及电机领域，尤其是涉及一种步进电机缺相检测电路及其方法。

背景技术

两相混合式步进电机是自动化设备领域应用广泛的部件，但在应用过程中，出现电机接线断裂或松脱时导致设备异常停机或者导致加工失效，给用户带来直接损失。在电机在出现故障时，需要检查电机是否出现了接线断裂或者是松脱（也就是电机缺相检测），而且售后技术工程师或设备维护人员在排查此类问题时需要花费大量工时。

发明内容

为了降低电机缺相检测时的麻烦，本申请提供一种步进电机缺相检测电路及其方法。

第一方面，本申请提供一种步进电机缺相检测方法，采用如下的技术方案：

获取电机在预设的电气角度位置的绕组电流值；

将所述绕组电流值与缺相保护电流值进行比较；

若所述绕组电流值未能达到所述缺相保护电流值时，则进入缺相保护状态并发出缺相故障信息。

通过采用上述技术方案，电机通电后，电机绕组的电流按线性爬升，达到缺相检测点之后，电流检测电路开始获取检测点对应的电流值大小，并将获取的检测点的电流大小与预设的缺相保护电流值进行比较，以判断检测所得的数值与预设的数值是否一致，如果不一致，则证明电机此时出现了缺相的情况，根据缺相的信息，发出缺相报警信号，以提醒工作人员及时查看，以免出现电机烧坏的情况。通过在指定时间检测的方式，提高了判断结果的准确性。

可选的，所述电机包括A绕组和电机B绕组，所述绕组电流值包括第一电流值和第二电流值，所述方法还包括：

将第一电流值和第二电流值的绝对值分别与缺相保护电流值进行比较；

若第一电流值和第二电流值的绝对值均大于所述缺相保护电流值，则电机进入正常工作状态。

通过采用上述技术方案，分别获取电机两相绕线上的电流值，将所检测获取的电流值分别与缺相保护电流值进行比较，在同时满足第一电流值和第二电流值均大于等于缺相保护电流值相等的情况下，控制电机进入正常的工作状态，否则，则发出电机缺相信号。

可选的，所述绕组电流值采用如下公式计算：

IA=I*sin（ωt）；

IB=I*cos（ωt+π）；

其中：

IA为第一电流值；

IB为第二电流值；

I为电机控制器的设定电流，ωt为电机上电时的电气角度值。

通过采用上述技术方案，将获取到的数据代入到公式中，分别计算电机A绕组和B绕组在缺相检测点的电流值，A绕组和B绕组的设定电流值相差较小，进而使得通过电气角度计算得出的电流值较为准确。

可选的，所述预设电气角度包括以下区间：

1/6*π~ 1/3*π、2/3*π~ 5/6*π、7/6*π~ 4/3*π、5/3*π~ 11/6*π。

通过采用上述技术方案，通过选取特定的电气角度上电，以使得A绕组的电流值和B绕组的设定电流值相差较小，以得到较为准确的A相绕组电流值和B相绕组电流值。

第二方面，本申请提供一种步进电机缺相检测电路，采用如下的技术方案：

一种步进电机缺相检测电路，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的一种步进电机缺相检测方法的步骤。

可选的，还包括：

驱动电路，与电机连接，用于驱动电机工作；

电流检测电路，与微控制单元连接，用于获取电机在缺相检测时间点的绕组电流值；

微控制单元，分别与驱动电路和电流检测电路连接，并预设有缺相保护电流值以在绕组电流值未能达到缺相保护电流值时，生成缺相提示指令；

缺相故障提示电路，用于根据微控制单元的指示在电机缺相时发出缺相提示信号。

通过采用上述技术方案，驱动电路在微控制单元的指示下控制电机启动，电流检测电路通过获取驱动电路的信息，以获取电机的电气角度值，进而微控制单元计算出电机的第一电流值和第二电流值，以判断电机在启动后，是否出现缺相的情况，如果微控制单元检测到电机出现缺相的情况，则向缺相故障提示电路发送指令，以控制电机缺相电路发出故障信号。

可选的，电机处理电路包括：

第一运算放大器A1、第二运算放大器A2，第一运算放大器A1的反相输入端经第八电阻R8后接地，第一运算放大器A1的正相输入端连接第九电阻R9，第一运算放大器A1的正相输入端经第十电阻R10后连接有电机B绕组电流传感器，第一运算放大器A1的信号输出端与微控制单元连接，第二运算放大器A2的反相输入端经第四电阻R4后接地，第二运算放大器A2的正相输入端连接有第五电阻R5，第二运算放大器A2的正相输入端经第六电阻R6后连接电机A绕组电流传感器连接，第二运算放大器A2的信号输出端与微控制单元连接。

通过采用上述技术方案，采用第一运算放大器A1和第二运算放大器A2对采集到的信号进行放大，然后在输出至微控制单元处，以使得为控股单元接接收到的信号更加准确，更加方便与缺相保护电流值进行大小的比较。

第三方面，本申请提供一种步进电机缺相检测系统，采用如下的技术方案：

一种步进电机缺相检测系统，包括：

电流检测模块，获取电机在预设的电气角度位置的绕组电流值；

电流比较模块，将所述绕组电流值与缺相保护电流值进行比较；

故障警示模块，若所述绕组电流值未能达到所述缺相保护电流值时，则进入缺相保护状态并发出缺相故障信息。

通过采用上述技术方案，电机通电后，电机绕组的电流按线性爬升，达到缺相检测点之后，电流检测模块开始获取检测点对应的电流值大小，电流比较模块将获取的检测点的电流大小与预设的缺相保护电流值进行比较，以判断检测所得的数值与预设的数值是否一致，如果不一致，则证明电机此时出现了缺相的情况，根据缺相的信息，故障警示模块发出缺相报警信号，以提醒工作人员及时查看，以免出现电机烧坏的情况。通过在指定时间检测的方式，提高了判断结果的准确性。

第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，存储有能够被处理器加载并执行上述第一方面的计算机程序。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1.电机通电后，电机绕组的电流按线性爬升，达到缺相检测点之后，电流检测电路开始获取检测点对应的电流值大小，并将获取的检测点的电流大小与预设的缺相保护电流值进行比较，以判断检测所得的数值与预设的数值是否一致，如果不一致，则证明电机此时出现了缺相的情况，根据缺相的信息，发出缺相报警信号，以提醒工作人员及时查看，以免出现电机烧坏的情况。通过在指定时间检测的方式，提高了判断结果的准确性。

2.分别获取电机两相绕线上的电流值，将所检测获取的电流值分别与缺相保护电流值进行比较，在同时满足第一电流值和第二电流值均与缺相保护电流值相等的情况下，控制电机进入正常的工作状态，否则，则发出电机缺相信号。

附图说明

图1是本实施例中步进电机缺相检测方法的流程图；

图2是电机上电时的电气角度选择区间示意图；

图3是本实施例中电流检测电路的电路结构示意图；

图4是本实施例中缺相故障提示电路的电路结构示意图；

图5是本实施例中驱动电路的电路结构示意图；

图6是本申请一实施例中步进电机缺相检测电路的一示意图。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种步进电机缺相检测方法，参见图1和图2，该方法包括以下步骤：

S100：获取电机在预设的电气角度位置的绕组电流值。

在本实施例中，电气角度值是指一对磁极在空间转过的角度；电机缺相检测时间点是开始进行电机绕组缺相检测的时间点，该时间点的选择范围（0~1s），在时间未到时，电机绕组的电流按线性爬升（也就是电机的软启动），当时间到了之后（也就是电机开始通电后电流处于平稳状态时），开始进行缺相检测。

具体地，通过手动的方式，转动电机的输出轴至预设的电气角度，然后给电机上电，电机绕组的电流按线性爬升，直到电机绕组的电流区域稳定值时（此过程一般需要经历0-1S），通过电流检测电路获取电机绕组此时的电流值，得到检测点在该电气角度值下对应的电流值，其中，因为电流从通电到趋于稳定之间所需要经历的时间很短，因此，在等待电流趋于稳定的时间内，电机的电气角度变化较小，在误差范围内。

S200：将绕组电流值与缺相保护电流值进行比较。

在本实施例中，缺相保护电流值与所检测的电机的规格有关，但其值需大于0.2A，小于等于所检测电机的额定电流。

S300：若绕组电流值未能达到缺相保护电流值时，则进入缺相保护状态并发出缺相故障信息。

在本实施例中，缺相故障信息是指在电机缺相之后发出的灯光信号或者是短信提示信号等具体提醒功能的信号；缺相保护状态是指电机断电保护。

具体地，在获取了电机缺相检测时间点的电流值后，将该电流值与缺相保护电流值进行数值比较，若比较结果不相等，系统则生成故障指令，发出故障提示信息。

参见图2，在一实施例中，步骤S100包括：分别获取电机A绕组和电机B绕组内流过的电流值为第一电流值和第二电流值；将第一电流值和第二电流值分别与缺相保护电流值进行比较；若第一电流值和第二电流值均大于等于缺相保护电流值相等，则电机进入正常工作状态。

在本实施例中，第一电流值是指A绕组上的电流值，第二电流值是指B绕组上的电流值。

具体地，根据设定的计算公式：IA=I*sin（ωt），IB=I*cos（ωt+π），其中IA为第一电流值，IB为第二电流值，I为电机控制器的设定电流，一般是以电机的额定电流为目标值，ωt为电机上电时的电气角度值，将电气角度值代入公式中，便可以得出对应的第一电流值和第二电流值，然后将第一电流值和第二电流值的绝对值分别与缺相保护电流值进行比较，如果第一电流值和第二点电流值的绝对值均大于缺相保护电流值，则电机进入正常工作状态。电气角度可为1/6*π~ 1/3*π、2/3*π~ 5/6*π、7/6*π~ 4/3*π、5/3*π~ 11/6*π，在本实施例中，电气角度为45°。

本申请实施例还公开一种步进电机缺相检测电路，参见图3，包括驱动电路、电流检测电路、微控制单元、缺相故障提示电路。其中：

驱动电路，与电机连接，用于驱动电机工作。

电流检测电路，与微控制单元连接和驱动电路连接，用于获取电机在缺相检测时间点的绕组电流值。

电流检测电路包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2，第一运算放大器A1的反相输入端经第八电阻R8后接地，第一运算放大器A1的信号输出端连接第十三电阻R13，第十三电阻R13的另一端与第一运算放大器A1的反相输入端连接，第一运算放大器A1的信号输入端的信号经过第十三电阻R13后反馈至第一运算放大器A1的反相输入端，第一运算放大器A1的正相输入端经第九电阻R9后与1.65V电压连接，第九电阻R9起到保护的作用，第一运算放大器A1的正相输入端经第十电阻R10后与电机B绕组电流传感器连接，用于接收电机B绕组电流传感器检测到的信号，第一运算放大器A1的信号输出端与微控制单元连接。

参见图3，第二运算放大器A2的反相输入端经第四电阻R4后接地，第二运算放大器A2的信号输出端连接第三电阻R3，第三电阻R3的另一端与第二运算放大器A2的反相输入端连接，第二运算放大器A2的信号输入端的信号经过第三电阻R3后反馈至第二运算放大器A2的反相输入端，第二运算放大器A2的正相输入端经第五电阻R5后与1.65V电压连接，第二运算放大器A2的正相输入端经第六电阻R6后与电机A绕组电流传感器连接，第二运算放大器A2的信号输出端与微控制单元连接。

微控制单元，分别与驱动电路和电流检测电路连接，并预设有缺相保护电流值以在绕组电流值与缺相保护电流值不相等的时，生成缺相提示指令。

缺相故障提示电路，用于根据微控制单元的指示在电机缺相时发出缺相提示信号。

参见图4，缺相故障提示电路包括NPN型的三极管Q1，三极管Q1的基极与微控制单元连接，三极管Q1的集电极连接有光耦，光耦与微控制电源连接。

参见图4，缺相故障提示电路还包括第一发光二极管L1和第二发光二极管L2，第一发光二极管L1和第二发光二极管L2均与微控制单元连接。

参见图5，驱动电路包括第一N沟道耗尽型MOS管M1、第二N沟道耗尽型MOS管M2、第三N沟道耗尽型MOS管M3以及第四N沟道耗尽型MOS管M4，第一N沟道耗尽型MOS管M1、第二N沟道耗尽型MOS管M2、第三N沟道耗尽型MOS管M3以及第四N沟道耗尽型MOS管M4的栅极分别与微控制单元连接。第一N沟道耗尽型MOS管M的源极与第二N沟道耗尽型MOS管M2的漏极连接，第二N沟道耗尽型MOS管M2的源极接地，第一N沟道耗尽型MOS管M的源极的漏极与VM接线端连接，第三N沟道耗尽型MOS管M3的漏极与VM接线端连接，第三N沟道耗尽型MOS管M3的源极与第四N沟道耗尽型MOS管M4的漏极连接，第四N沟道耗尽型MOS管M4的源极与A相电流采样传感器连接后接地。四个N沟道耗尽型MOS管组成H桥电路，实现对电机绕组电流的控制。

参见图5，驱动电路还包括第五N沟道耗尽型MOS管M5、第六N沟道耗尽型MOS管M6、第七N沟道耗尽型MOS管M7以及第八N沟道耗尽型MOS管M8，第五N沟道耗尽型MOS管M5、第六N沟道耗尽型MOS管M6、第七N沟道耗尽型MOS管M7以及第八N沟道耗尽型MOS管M8的栅极分别与微控制单元连接。第五N沟道耗尽型MOS管M5的源极与第六N沟道耗尽型MOS管M6的漏极连接，第六N沟道耗尽型MOS管M6的源极接地，第五N沟道耗尽型MOS管M5的漏极与VM接线端连接，第七N沟道耗尽型MOS管M7的漏极与VM接线端连接，第七N沟道耗尽型MOS管M7的源极与第八N沟道耗尽型MOS管M8的漏极连接，第八N沟道耗尽型MOS管M8的源极与A相电流采样传感器连接后接地。

本申请实施例还公开一种步进电机缺相检测系统，包括：

电流检测模块，在电机缺相检测时间达到时，电流检测电路获取电机在预设的电气角度位置的绕组电流值；

电流比较模块，将绕组电流值与缺相保护电流值进行比较；

故障警示模块，若绕组电流值未能达到缺相保护电流值时，则进入缺相保护状态并发出缺相故障信息。

进一步地，该系统还包括电流检测子模块，分别获取电机A绕组和电机B绕组内流过的电流值为第一电流值和第二电流值；将第一电流值和第二电流值分别与缺相保护电流值进行比较；若第一电流值和第二电流值的绝对值均大于缺相保护电流值相等，则电机进入正常工作状态。

进一步地，该系统还包括电流值计算子模块，IA=I*sin（ωt），IB=I*cos（ωt+π）；

其中：

IA为第一电流值；

IB为第二电流值；

I为电机控制器的设定电流，ωt为电机上电时的电气角度值。

本申请实施例还公开了一种计算机设备，参见图6，该计算机设备可以是服务器。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储历史可疑行为数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种步进电机缺相检测方法，该方法包括以下步骤：

S100：获取电机在预设的电气角度位置的绕组电流值；

S200：将绕组电流值与缺相保护电流值进行比较；

S300：若绕组电流值未能达到缺相保护电流值时，则进入缺相保护状态并发出缺相故障信息。

本申请实施例还公开一种计算机可读存储介质。在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

S100：获取电机在预设的电气角度位置的绕组电流值；

S200：将绕组电流值与缺相保护电流值进行比较；

S300：若绕组电流值未能达到（也就是第一电流值和第二电流值的绝对值均小于等于缺相保护电流值时）缺相保护电流值时，则进入缺相保护状态并发出缺相故障信息。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种步进电机缺相检测方法，其特征在于，包括步骤：

获取电机在预设的电气角度位置的绕组电流值；

将所述绕组电流值与缺相保护电流值进行比较；

若所述绕组电流值未能达到所述缺相保护电流值时，则进入缺相保护状态并发出缺相故障信息。

2.根据权利要求1所述的一种步进电机缺相检测方法，其特征在于：所述电机包括A绕组和电机B绕组，所述绕组电流值包括第一电流值和第二电流值，所述方法还包括：

将第一电流值和第二电流值的绝对值分别与缺相保护电流值进行比较；

若第一电流值和第二电流值的绝对值均大于所述缺相保护电流值，则电机进入正常工作状态。

3.根据权利要求2所述的一种步进电机缺相检测方法，其特征在于：所述绕组电流值采用如下公式计算：

IA=I*sin（ωt）；

IB=I*cos（ωt+π）；

其中：

IA为第一电流值；

IB为第二电流值；

I为电机控制器的设定电流，ωt为电机上电时的电气角度值。

4.根据权利要求3所述的一种步进电机缺相检测方法，其特征在于：所述预设电气角度包括以下区间：

1/6*π~ 1/3*π、2/3*π~ 5/6*π、7/6*π~ 4/3*π、5/3*π~ 11/6*π。

5.一种步进电机缺相检测电路，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的一种步进电机缺相检测方法的步骤。

6.根据权利要求5所述的一种步进电机缺相检测电路，其特征在于，还包括：

驱动电路，与电机连接，用于驱动电机工作；

电流检测电路，与微控制单元连接，用于获取电机在缺相检测时间点的绕组电流值；

微控制单元，分别与驱动电路和电流检测电路连接，并预设有缺相保护电流值以在绕组电流值未能达到缺相保护电流值时，生成缺相提示指令；

缺相故障提示电路，用于根据微控制单元的指示在电机缺相时发出缺相提示信号。

7.根据权利要求5所述的一种步进电机缺相检测电路，其特征在于，电机处理电路包括：

第一运算放大器A1、第二运算放大器A2，第一运算放大器A1的反相输入端经第八电阻R8后接地，第一运算放大器A1的正相输入端连接第九电阻R9，第一运算放大器A1的正相输入端经第十电阻R10后连接有电机B绕组电流传感器，第一运算放大器A1的信号输出端与微控制单元连接，第二运算放大器A2的反相输入端经第四电阻R4后接地，第二运算放大器A2的正相输入端连接有第五电阻R5，第二运算放大器A2的正相输入端经第六电阻R6后连接电机A绕组电流传感器连接，第二运算放大器A2的信号输出端与微控制单元连接。

8.一种步进电机缺相检测系统，其特征在于，包括：

电流检测模块，获取电机在预设的电气角度位置的绕组电流值；

电流比较模块，将所述绕组电流值与缺相保护电流值进行比较；

故障警示模块，若所述绕组电流值未能达到所述缺相保护电流值时，则进入缺相保护状态并发出缺相故障信息。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有能够被处理器加载并执行如权利要求1-4中任一种方法的计算机程序。

Images