CN210468785U - 一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置及其系统，包括第一电流采样模块、第一电压转换模块、第一整流模块、第一滤波模块；第二电流采样模块、第二电压转换模块、第二整流模块、第二滤波模块；第三电流采样模块、第三电压转换模块、第三整流模块、第三滤波模块和逻辑判断模块。本实用新型的技术方案通过电流采样模块、电压转换模块、整流模块、滤波模块以及逻辑判断模块实现实时监测三相电机运行状态，具有结构简单、性能强等特点。

Description

一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置及其系统

技术领域

本实用新型涉及监测及控制领域，特别是一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置及其系统。

背景技术

在工业应用领域中，由于大功率电机的需求，通常采用三相定子绕组构成的电机，该种电机接入三相位交流电之后，定子产生一个匀速旋转的磁场。根据电磁感应定律，置于该磁场中的转子线圈产生感应电流，进而载流的转子将在旋转磁场的作用下产生电磁力，从而在电机转轴上产生电磁转矩，驱使电机旋转。相比于单相电机，三相电机启动力矩大，启动电流小，更适合在大功率场景下的应用。

当三相电源中的一相电源断路时，如开关接触不良，三相电机仍具备启动力矩，所以电机仍然可以运转，称之为缺相运行。但是，电机的转速下降，另两相的定子电流增大，极容易产生温升烧毁电动机绕组，因此正常情况下，不允许三相电机运行在缺相状态下。此外，由于大功率电机通常成本比较高，电机的烧毁将对电机使用者产生不可估量的经济损失，因而从经济成本角度考虑，也应该使电机工作在额定工作状态下。

为了避免电机的缺相运转，通常在三相电源中接入保险丝，采用熔丝熔断的机制保护电机。但是，该种方法并没有办法区分熔丝熔断是由于电机短路还是由于电机的缺相运行，这给维修人员确定电机故障原因增加了困难。此外，电机缺相运行时，其增加的电流远不及电机短路时产生的电流大，有可能在缺相状态下电机增加的电流在一段时间内不足以熔断保险丝，致使保护机制失效。对于采用变压器电压监测三相电机运行状态的方案，由于电压检测器件只能检查并联结点之前电路的状态，因而该种方案并不能完整的反映三相电源缺相运行时的各种可能状态。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置及其系统，能够实时监测三相电机的各相运行状态，结构简单，性能强。

本实用新型解决其问题所采用的技术方案是：

本实用新型的第一方面，提供一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，包括第一电流采样模块、第一电压转换模块、第一整流模块、第一滤波模块；第二电流采样模块、第二电压转换模块、第二整流模块、第二滤波模块；第三电流采样模块、第三电压转换模块、第三整流模块、第三滤波模块、逻辑判断模块；

所述第一电流采样模块、所述第二电流采样模块和所述第三电流采样模块分别用于采集三相电源各相的电流；所述第一电流采样模块依次通过所述第一电压转换模块和所述第一整流模块连接至所述第一滤波模块；所述第二电流采样模块依次通过所述第二电压转换模块和所述第二整流模块连接至所述第二滤波模块；所述第三电流采样模块依次通过所述第三电压转换模块和所述第三整流模块连接至所述第三滤波模块；所述逻辑判断模块输入端与所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块相连；所述逻辑判断模块输出端用于连接至三相电机。

根据本实用新型第一方面所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述第一电流采样模块、所述第二电流采样模块和所述第三电流采样模块分别用于对流过三相电机每相定子的交流电流进行采样；

所述第一电压转换模块、所述第二电压转换模块与所述第三电压转换模块分别用于将所述采样的三相电机每相定子的交流电流转换为交流电压；

所述第一整流模块、所述第二整流模块和所述第三整流模块分别用于将所述交流电压进行整流，得到三种直流成分的电压波形；

所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块分别用于滤除所述三种电压波形中的脉动交流成分，输出直流分量，经过模拟数字转换器将所述直流分量转换为数字信号，形成三路数字比特流；

所述逻辑判断模块用于根据三路数字比特流响应发出使三相电机停止运行的控制信号。

根据本实用新型第一方面所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述第一电流采样模块、所述第二电流采样模块和所述第三电流采样模块均由电流互感器构成。

根据本实用新型第一方面所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述第一电压转换模块、所述第二电压转换模块和所述第三电压转换模块均由功率电阻组成。

根据本实用新型第一方面所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述第一整流模块、所述第二整流模块和所述第三整流模块均由一个以上的二极管构成。

根据本实用新型第一方面所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块均包括由电阻、电容及电感构成的低通滤波器。

根据本实用新型第一方面所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述逻辑判断模块用于根据三路数字比特流响应发出使三相电机停止运行的控制信号，包括用于触发警报，并使三相电机停止运行。

根据本实用新型第一方面所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，还包括连接于所述逻辑判断模块的信号指示灯。

本实用新型的第二方面，提供一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制系统，包括三相电源、三相电机和如上述第一方面的基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述三相电源与所述第一电流采样模块、所述第二电流采样模块和所述第三电流采样模块相连，所述三相电机与所述逻辑判断模块输出端相连。

本实用新型实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：本实用新型采用了一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置及其系统，相比现有技术的技术方案，本实用新型的技术方案通过采用电流采样模块实时采样流经三相电机每相定子的交流电流，经过电压转换模块将采样的交流电流转换为交流电压，之后将所述交流电压通过整流模块整流，得到三种直流成分的电压波形，再通过滤波模块滤除所述三种电压波形中的脉动交流成分，获得反映流经三相电机每相定子电流幅值的直流电压，经过模拟数字转换器将所述直流电压转换为数字信号，形成三路数字比特流，最后通过逻辑判断模块根据三路数字比特流的响应，来分析三相电机的各相运行状态，在三相电机处于缺相状态下发出控制信号并触发警报，使三相电机停止运转，具有实时监测、结构简单、性能强等特点。

附图说明

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型一个实施例所提供的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置的结构示意图；

图2是本实用新型所提供的关于熔丝熔断机制的三相电机缺相保护系统的结构示意图；

图3是本实用新型所提供的关于电压检测的三相电机缺相检测控制系统的结构示意图；

图4是本实用新型另一个实施例所提供的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制系统的结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二、第三、第四只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，本实用新型第一方面的一个实施例，提供了一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，包括第一电流采样模块100、第一电压转换模块110、第一整流模块120、第一滤波模块130；第二电流采样模块200、第二电压转换模块210、第二整流模块220、第二滤波模块230；第三电流采样模块300、第三电压转换模块310、第三整流模块320、第三滤波模块330、逻辑判断模块400；

所述第一电流采样模块100、所述第二电流采样模块200和所述第三电流采样模块300分别用于采集三相电源各相的电流；所述第一电流采样模块100依次通过所述第一电压转换模块110和所述第一整流模块120连接至所述第一滤波模块130；所述第二电流采样模块200依次通过所述第二电压转换模块210和所述第二整流模块220连接至所述第二滤波模块230；所述第三电流采样模块300依次通过所述第三电压转换模块310和所述第三整流模块320连接至所述第三滤波模块330；所述逻辑判断模块400输入端与所述第一滤波模块130、所述第二滤波模块230和所述第三滤波模块330相连；所述逻辑判断模块400输出端用于连接至三相电机。

上述的技术方案至少具有如下有益效果：本实用新型的基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，相比现有技术的技术方案，本实用新型的技术方案采用电流采样模块来采集三相电源各相电流，电流采样模块依次通过电压转换模块、整流模块和滤波模块连接至逻辑判断模块，来监测三相电机的各相运行状态，根据逻辑判断模块输出的结果确定三相电机故障原因，具有实时监测、结构简单、性能强等特点。

基于上述实施例，本实用新型第一方面的另一实施例，提供了一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述第一电流采样模块100、所述第二电流采样模块200和所述第三电流采样模块300分别用于对流过三相电机每相定子的交流电流进行采样；通过实时采样三相电机每相定子流经的交流电流，能够较准确地监测出三相电机时刻的运行状态；

所述第一电压转换模块110、所述第二电压转换模块210与所述第三电压转换模块310分别用于将所述采样的三相电机每相定子的交流电流转换为交流电压；通过将交流电流信号转换为交流电压信号，以便进一步对正弦电压波形作整流、滤波处理；

所述第一整流模块120、所述第二整流模块220和所述第三整流模块320分别用于将所述交流电压进行整流，得到三种直流成分的电压波形；交流电压经过整流模块对波形进行整流后，形成含有直流分量的脉动电压波形，输出信号类型为电压；

所述第一滤波模块130、所述第二滤波模块230和所述第三滤波模块330分别用于滤除所述三种电压波形中的脉动交流成分，输出直流分量，经过模拟数字转换器将所述直流分量转换为数字信号，形成三路数字比特流；通过滤波模块将交流成分滤除后得到三种直流电压，以便于模拟数字转换器对直流分量进行处理，形成数字信号后输入至逻辑判断模块，再作进一步分析，以确定三相电机的运行状态。

所述逻辑判断模块400用于根据三路数字比特流响应发出使三相电机停止运行的控制信号。逻辑判断模块用于对输入的三路数字比特流进行处理，根据处理后的结果发出控制信号，在三相电机处于缺相状态下，使三相电机停止运行。

此外，参照图2，三个保险丝分别串联在三相电源的每条支路，当某相电机电流增加时，温度升高，保险丝熔断，进而达到保护三相电机的目的，但是，通过该电路无法确定电流增加的原因，且当三相电机缺相运行时，电流增加的强度可能不足以熔断保险丝，导致无法起到保护电机的作用；

参照图3，三组电压采样模块并联在三相电机的每相支路，当电机的某相定子对应的支路开路时，通过电压采样模块采样到的电压为0，而另外两相的电压均保持正常状态，对三路采样的电压信号进行一定的波形变换处理后传送至逻辑判断模块，使得三相电机做出相应的响应，但是该电路只能检测电压采样模块接入结点之前的开路状态，当开路状态发生在电压采样结点之后时，电压采样模块仍然能采样到输入电压，无法准确检测出三相电机的运行状态；

而本实施例的基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，在三相电机每相支路上连接有电流采样模块，通过电流采样模块实时采样流经三相电机每相定子的交流电流，经过电压转换模块将采样的交流电流转换为交流电压，之后将所述交流电压通过整流模块整流，得到三种直流成分的电压波形，再通过滤波模块滤除所述三种电压波形中的脉动交流成分，获得反映流经三相电机每相定子电流幅值的直流电压，经过模拟数字转换器将所述直流电压转换为数字信号，形成三路数字比特流，最后通过逻辑判断模块根据三路数字比特流的响应，来分析三相电机的各相运行状态，在三相电机处于缺相状态下发出控制信号并触发警报，使三相电机停止运转。

基于上述实施例，本实用新型第一方面的另一实施例，提供了一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述第一电流采样模块100、所述第二电流采样模块200和所述第三电流采样模块300均由电流互感器构成。利用电流互感器采样三相电机每相电线流过的电流，通过电流互感器将一对流经初级线圈的电流进行等比例变换，当初级线圈电流幅值增加，流经次级线圈的电流随之增加，当初级线圈电流幅值减少，流经次级线圈的电流随之减少，优选地，在本实施例中通过降低流过次级线圈的电流，以便保护电机安全，实现测量。

基于上述实施例，本实用新型第一方面的另一实施例，提供了一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述第一电压转换模块110、所述第二电压转换模块210和所述第三电压转换模块310均由功率电阻组成。优选地，在本实施例中，由于所述电流互感器不能接过大负载，通过利用功率电阻可以限制所述电流互感器次级线圈一侧的电阻，从而达到保护电流互感器的作用，同时将所述采样的交流电流在次级线圈一侧转换为电压，以便作进一步的波形处理。

基于上述实施例，本实用新型第一方面的另一实施例，提供了一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述第一整流模块120、所述第二整流模块220和所述第三整流模块320均由一个以上的二极管构成。利用二极管的单向导通特性对输入信号进行半波或者全波整流；由于交流电的流动方向是反复交替变化的，而直流电是单方向流动，根据二极管的单向导通特性，可以将电流转换为一个方向的电流。所述半波整流使用一个二极管，输出的电流信号一半有而另一半没有；所述全波整流则是用四个二极管，实现将交流电中的所有波形全部转换成单一方向的电流，一般在电路后面还需要加一个滤波电容，滤除整流后的杂波。

基于上述实施例，本实用新型第一方面的另一实施例，提供了一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述第一滤波模块130、所述第二滤波模块230和所述第三滤波模块330均包括由电阻、电容及电感构成的低通滤波器。通过低通滤波器滤除整流后波形中的脉动成分，获取直流成分，实现按频率对信号进行选择，避免高频信号的干扰。

基于上述实施例，本实用新型第一方面的另一实施例，提供了一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述逻辑判断模块400用于根据三路数字比特流响应发出使三相电机停止运行的控制信号，包括用于触发警报，并使三相电机停止运行。优选地，在本实施例中，通过逻辑判断模块根据三路数字比特流响应发出控制信号，利用单片机或分立数字器件分析三相电机的运行状态，在三相电机处于缺相状态下，触发警报，并使三相电机停止运行。

具体地，通过模拟数字转换器将三个滤波模块输出的信号数字化，形成三路数字比特流，输入到逻辑判断模块，所述逻辑判断模块根据任意两路之间的数字比特差值与一参考阈值进行分析，共输出三种结果，以确定三相电机处于正常运行、开路或缺相状态。在三相电机处于缺相状态下，逻辑判断模块输出控制信号使三相电机停止运行，并触发警报，同时停止对电流的采样，直至重新接通电源。

基于上述实施例，本实用新型第一方面的另一实施例，提供了一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，还包括连接于所述逻辑判断模块400的信号指示灯。通过信号指示灯更直观地获取输出信号信息，观察三相电机的运行状态，如在本实施例中，三相电机处于正常状态下，所述信号指示灯常亮，在缺相状态下，所述信号指示灯闪烁。在其他实施例中，信号指示灯还可设置为颜色的差异，如三相电机在正常状态下信号指示灯为绿色，在缺相状态下为红色。

参照图4，本实用新型的第二方面的一个实施例，提供一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制系统，包括三相电源10、三相电机500和如上述第一方面的基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述三相电源10与所述第一电流采样模块100、所述第二电流采样模块200和所述第三电流采样模块300相连，所述三相电机500与所述逻辑判断模块400输出端相连。

在本实施例中，由于基于电流采样的三相电机缺相监测控制系统设置有上述任一实施例中的基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，因此本实施例中的基于电流采样的三相电机缺相监测控制系统具有上述任一实施例中的基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置所带来的有益效果及功能特性。

上述实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，其特征在于：包括第一电流采样模块、第一电压转换模块、第一整流模块、第一滤波模块；第二电流采样模块、第二电压转换模块、第二整流模块、第二滤波模块；第三电流采样模块、第三电压转换模块、第三整流模块、第三滤波模块、逻辑判断模块；

所述第一电流采样模块、所述第二电流采样模块和所述第三电流采样模块分别用于采集三相电源各相的电流；所述第一电流采样模块依次通过所述第一电压转换模块和所述第一整流模块连接至所述第一滤波模块；所述第二电流采样模块依次通过所述第二电压转换模块和所述第二整流模块连接至所述第二滤波模块；所述第三电流采样模块依次通过所述第三电压转换模块和所述第三整流模块连接至所述第三滤波模块；所述逻辑判断模块输入端与所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块相连；所述逻辑判断模块输出端用于连接至三相电机。

2.根据权利要求1所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，其特征在于：所述第一电流采样模块、所述第二电流采样模块和所述第三电流采样模块分别用于对流过三相电机每相定子的交流电流进行采样；

所述第一电压转换模块、所述第二电压转换模块与所述第三电压转换模块分别用于将所述采样的三相电机每相定子的交流电流转换为交流电压；

所述第一整流模块、所述第二整流模块和所述第三整流模块分别用于将所述交流电压进行整流，得到三种直流成分的电压波形；

所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块分别用于滤除所述三种直流成分的电压波形中的脉动交流成分，输出直流分量，经过模拟数字转换器将所述直流分量转换为数字信号，形成三路数字比特流；

所述逻辑判断模块用于根据三路数字比特流响应发出使三相电机停止运行的控制信号。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，其特征在于：所述第一电流采样模块、所述第二电流采样模块和所述第三电流采样模块均由电流互感器构成。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，其特征在于：所述第一电压转换模块、所述第二电压转换模块和所述第三电压转换模块均由功率电阻组成。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，其特征在于：所述第一整流模块、所述第二整流模块和所述第三整流模块均由一个以上的二极管构成。

6.根据权利要求1或2所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，其特征在于：所述第一滤波模块、所述第二滤波模块和所述第三滤波模块均包括由电阻、电容及电感构成的低通滤波器。

7.根据权利要求2所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，其特征在于：所述逻辑判断模块用于根据三路数字比特流响应发出使三相电机停止运行的控制信号，包括用于触发警报，并使三相电机停止运行。

8.根据权利要求7所述的一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，其特征在于：还包括连接于所述逻辑判断模块的信号指示灯。

9.一种基于电流采样的三相电机缺相监测控制系统，其特征在于：包括三相电源、三相电机和如权利要求1-8任一所述的基于电流采样的三相电机缺相监测控制装置，所述三相电源与所述第一电流采样模块、所述第二电流采样模块和所述第三电流采样模块相连，所述三相电机与所述逻辑判断模块输出端相连。

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