本發(fā)明涉及三相交流異步電機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電機運行中三相電源缺相檢測方法及保護系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

三相交流異步電機的電源經(jīng)常出現(xiàn)缺相現(xiàn)象，此類故障難以被發(fā)現(xiàn)，致使電機長時間處于缺相運行狀態(tài)而發(fā)生危險，目前國內(nèi)外電動裝置中三相交流電機缺相保護裝置只能在電機未運行（靜態(tài)）的情況下進行缺相檢測，該裝置雖然在一定程度上對電機有保護作用，但遠遠不夠，實踐中60%～70%以上的電機燒毀事故都是缺相運行所致，另外一些采用傳感器如電流傳感器測三相電流，空氣開關(guān)、繼電器和交流接觸器等繼電保護裝置進行電機缺相檢測及保護的場合因為其環(huán)境要求高和空間占用大等缺點不能被廣泛應(yīng)用，且該繼電保護裝置制作成本和維護成本較高、可靠性低，經(jīng)濟效益低，因此一種成本低廉、幾乎不需要任何傳感器、可靠性高、占用空間小、能廣泛運用的、在電機運行中（動態(tài)）實現(xiàn)電源缺相實時檢測從而保護電機的系統(tǒng)裝置成為提高電機使用壽命、保證安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。相序自動檢測功能是確保電機可靠、正常運行的另一要素，否則電機運行就會失控，直接導(dǎo)致設(shè)備損壞，嚴重的更會造成人身傷害。電動裝置中三相交流電機的大量使用促使電機缺相運行檢測變得迫在眉睫。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對以上問題,提供了一種能夠快速、可靠的檢測電機動態(tài)和靜態(tài)下的缺相和相序；同時, 滿足電動裝置中電機動、靜態(tài)的缺相檢測保護，避免電機長時間處于非正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)的電機運行中三相電源缺相檢測方法及電機缺相保護系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：包括以下步驟：

N101，開始，電機運轉(zhuǎn)；

N102，對三相電壓進行采樣、檢測,判斷是否為0；

N103，如果三相采樣電壓中任一相電壓為0，則認為缺相上電；

N104，如果三相采樣電壓均不為0,則繼續(xù)判斷三相采樣電壓兩兩差值是否過大；

N105，如果不是,則進行相序檢測；

N106，如果差值過大,則認為是上電缺相。

所述三相采樣電壓為嵌入式微處理器AD轉(zhuǎn)換模塊的AD值。

所述三相采樣電壓為采樣所得電壓中若干高位值的平均值。

N104中，繼續(xù)判斷所述三相采樣電壓兩兩差值是否過大進一步包括：

三相采樣電壓兩兩相減得到三個差值；

三個差值分別與共同電壓闕值相比較；

如果三個差值都小于共同電壓闕值，則認為不是上電缺相；

如果三個差值中任意不小于共同電壓闕值，則認為是上電缺相。

共同電壓闕值為電機運轉(zhuǎn)或非運轉(zhuǎn)時不缺相狀態(tài)下三相采樣電壓兩兩差值之和的平均值。

N105中，三相電源相序檢測進一步包括：

如果當前是不缺相狀態(tài)；

以其中一相為基準，取該相電壓采樣值上升沿中一段；

觀察另外兩相此時是否有且僅有一相采樣值為0；

若另外兩相中一相為0視為正相序，則另一相為0視為反相序。

還包括：置位相對應(yīng)的缺相標志位；

當檢測到電源一相缺相時，啟動該相缺相計數(shù)值；當該相缺相計數(shù)值達到計數(shù)闕值時，復(fù)位相對應(yīng)的缺相標志位，即認為當前為缺相狀態(tài)。

在復(fù)位相對應(yīng)的缺相標志位后，還應(yīng)包括：

檢測到三相采樣電壓兩兩差值均小于共同電壓闕值時，置位相對應(yīng)的缺相標志位，即認為當前為不缺相狀態(tài)。

一種電機缺相保護系統(tǒng)，包括電機控制器；

檢測所述電機的狀態(tài)，如果檢測到當前為缺相狀態(tài)時，如果電機處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，立即向電機控制器發(fā)出電機停止信號并發(fā)出報警信號；

如果檢測到當前為缺相狀態(tài)時，如果電機處于非運轉(zhuǎn)狀態(tài)，則立即發(fā)出報警信號。

其中，檢測到當前為缺相狀態(tài)包括：

采用電機運行中三相電源缺相檢測方法對所述電機運行中三相電源缺相進行檢測；

獲得相對應(yīng)的缺相標志位。

本發(fā)明的電機運行中三相電源缺相檢測方法，可以實時檢測出電機缺相運行，為減少電機缺相運行提供了有效保障。

本發(fā)明中的電機缺相保護系統(tǒng)，系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，動作迅速，所用元器件少，接線簡單，制作或購置成本低廉，無需諸多如電流或速度等傳感器，不需維護，能適應(yīng)較惡劣的環(huán)境，對提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益以及保證安全生產(chǎn)具有重要意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電機運行中三相電源缺相檢測方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明電機缺相保護系統(tǒng)的流程圖；

圖3是本發(fā)明電機運行中三相電源缺相檢測函數(shù)流程圖；

圖3-1是圖3的局部放大圖一；

圖3-2是圖3的局部放大圖二；

圖4是本發(fā)明三相采樣電壓波形圖。

具體實施方式

參照附圖描述本發(fā)明實施例提出的電機運行中三相電源缺相檢測方法。

如圖1 所示，所述電機運行中三相電源缺相檢測方法包括以下步驟：

N101，開始，電機運轉(zhuǎn)；

N102，對三相電壓進行采樣、檢測,判斷是否為0；

N103，如果三相采樣電壓中任一相電壓為0，則認為缺相上電；

N104，如果三相采樣電壓均不為0,則繼續(xù)判斷三相采樣電壓兩兩差值是否過大；

N105，如果不是,則進行相序檢測；

N106，如果差值過大,則認為是上電缺相。

具體的，缺相檢測算法包含缺相上電（缺相上電為三相中任意兩相有電時通電）和上電缺相兩部分，缺相上電時通過檢測Umax、Vmax、Wmax（以此為代號）初值判別是否為0 以界定是否缺相；上電缺相通過將Umax、Vmax、Wmax的兩兩差值U_V、V_W、W_U（以此為代號）與閾值電壓比較，判別是否發(fā)生缺相，閾值電壓的選取同時滿足電機停止和動態(tài)缺相（電機運轉(zhuǎn)）判別條件。缺相上電和上電缺相均包含電機運轉(zhuǎn)或非運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

所述三相采樣電壓為嵌入式微處理器AD轉(zhuǎn)換模塊的AD值。AD采樣模塊精度高，完全滿足采樣要求，采樣所得數(shù)據(jù)為缺相判斷提供重要的依據(jù)。

所述三相采樣電壓為采樣所得電壓中若干高位值的平均值。當沒有缺相時，三相的最大值幾乎一樣，當發(fā)生缺相時，三相不平衡，體現(xiàn)在每相采樣電壓的最大值發(fā)生較大偏差，因此取最大值比較；取多個最大值的平均值是因為防止某一項出現(xiàn)突然的尖峰而導(dǎo)致誤判。

缺相檢測方法采樣幅值約為3V、相位相差120°的正半周正弦波，如圖4 所示。采樣波形數(shù)據(jù)時只截取峰值電壓附近區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，以減少數(shù)據(jù)處理時間，增加峰值取值的準確性。

還包括：置位相對應(yīng)的缺相標志位；

當檢測到電源一相缺相時，啟動該相缺相計數(shù)值；當該相缺相計數(shù)值達到計數(shù)闕值時，復(fù)位相對應(yīng)的缺相標志位，即認為當前為缺相狀態(tài)。多次計數(shù)，實現(xiàn)真正發(fā)生缺相時能夠準確捕捉，及時提供缺相信息。

在復(fù)位相對應(yīng)的缺相標志位后，還應(yīng)包括：

檢測到三相采樣電壓兩兩差值均小于共同電壓闕值時，置位相對應(yīng)的缺相標志位，即認為當前為不缺相狀態(tài)。當不缺相時，從缺相狀態(tài)轉(zhuǎn)換為不缺相狀態(tài)，保證系統(tǒng)正常運行。

如圖3 所示，電機運行中三相電源缺相檢測函數(shù)流程如下：

N301，初始化，置位缺相標志位為1，復(fù)位相序檢測標志位為0；

N302，分別檢測A相、B相、C相各8個采樣電壓最大值的平均值Umax、Vmax、Wmax是否為0 ；

如果A，B，C任一相為0，則進入N303；

如果A，B，C三相都不為0 ，則進入N304；

N303，缺相的那相缺相計數(shù)值累加，次數(shù)沒有超過20，則進入N302，次數(shù)如果超過20，則進入N306，

N304，A，B，C三相采樣電壓的平均值Umax、Vmax、Wmax的差值U_V、V_W、W_U是否都小于共同闕值，其中：

U_V=|Umax-Vmax|；

V_W=|Vmax-Wmax|；

W_U=|Wmax-Umax|；

共同電壓闕值為電機運轉(zhuǎn)或非運轉(zhuǎn)時不缺相狀態(tài)下三相采樣電壓兩兩差值之和的平均值；防止因出現(xiàn)短時的尖峰導(dǎo)致缺相誤判。

如果都小于共同闕值，則進入N305中的ⅰ，ⅱ，ⅲ；

如果只要有一個不小于共同闕值，則進入N305中的ⅳ，ⅴ，ⅵ；

N305，如果ⅳ，ⅴ，ⅵ中缺相次數(shù)超過計數(shù)闕值20，則進入N306；

如果ⅰ，ⅱ，ⅲ中不缺相時，置位缺相標志位為1，進入N307；

N306，當三相都為缺相上電或上電缺相時復(fù)位缺相標志為0 ，復(fù)位計數(shù)值為0；

N307，檢測到未缺相，則進行相序檢測，具體的如下：

以其中一相，如A相為基準，取該相電壓采樣值上升沿中一段，

觀察另外兩相此時是否有且僅有一相采樣值為0 ，若另外兩相中，

B相為0 視為正相序；

C相為0 視為反相序；

檢測完相序，置位相序標志位為1 ，進入N304；

圖3的N307部分為相序檢測；相序檢測的優(yōu)點是通過電阻和二極管組成分壓斬波電路，電路簡單，無需多余傳感器和繼電器，配合微處理器的軟件程序進行判斷，實現(xiàn)相序檢測，軟件簡單，對微處理器的性能要求不高。

根據(jù)本發(fā)明實施例的電機運行中三相電源缺相檢測方法，三相輸入電源（380V）電壓檢測范圍可以從-20%～+10%，檢測準確性高，可靠、穩(wěn)定。

一種電機缺相保護系統(tǒng)，包括電機控制器；

檢測所述電機的狀態(tài)，如果檢測到當前為缺相狀態(tài)時，如果電機處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，立即向電機控制器發(fā)出電機停止信號并發(fā)出報警信號；

如果檢測到當前為缺相狀態(tài)時，如果電機處于非運轉(zhuǎn)狀態(tài)，則立即發(fā)出報警信號。即使電機不運行，當發(fā)生缺相時，阻止電機再次運行，直到缺相故障排除。

其中，檢測到當前為缺相狀態(tài)包括：

采用電機運行中三相電源缺相檢測方法對所述電機運行中三相電源缺相進行檢測；

獲得相對應(yīng)的缺相標志位。根據(jù)缺相標志位發(fā)出缺相報警，避免系統(tǒng)在缺相狀態(tài)下工作，造成損失。

如圖2所示，本發(fā)明中電機缺相保護系統(tǒng)，包括以下步驟：

N201，置位所述相對應(yīng)的缺相標志位為1，即認為當前為不缺相狀態(tài)；

N202,采用上述方法檢測到所述電源上電缺相或缺相上電時；

N203,啟動該相缺相計數(shù)值加1；

N204,當該相缺相計數(shù)值達到計數(shù)闕值20時，復(fù)位所述相對應(yīng)的缺相標志位為0 ，復(fù)位該相缺相計數(shù)值為0 即認為當前為缺相狀態(tài)；

N205，檢測所述電機的狀態(tài)，如果檢測到當前為缺相狀態(tài)時；

N206,如果電機處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，立即向電機控制器發(fā)出電機停止信號；

N207,如果檢測到當前為缺相狀態(tài)時，如果電機處于非運轉(zhuǎn)狀態(tài)，則立即發(fā)出報警信號。

根據(jù)本發(fā)明實施例的電機缺相保護系統(tǒng)，系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，動作迅速，所用元器件少，接線簡單，制作或購置成本低廉，無需諸多如電流或速度等傳感器，基本不需維護，能適應(yīng)較惡劣的環(huán)境，對提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益以及保證安全生產(chǎn)具有重要意義。

相較于現(xiàn)有缺相檢測技術(shù)多采用電流傳感器、繼電器和交流接觸器等繼電保護裝置配合使用進行電機運行中缺相檢測，該方案由于空間占用體積大，不便應(yīng)用于對設(shè)備體積和密封性有嚴格要求的場合，本發(fā)明主體部分的電路板體積較小，便于密封，輸入為三根三相電源線，輸出為缺相和相序判斷共兩根信號線，使用過程無需復(fù)雜的接線且能可靠運行。