本發(fā)明涉及電機控制領(lǐng)域，特別涉及一種三相電機的缺相檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電機作為拖動系統(tǒng)中的重要組成部分，在國民經(jīng)濟中占有舉足輕重的地位。它的使用幾乎滲透到了各行各業(yè)，是工業(yè)農(nóng)業(yè)和國防建設(shè)及人民生活正常進行的重要保障。

電機在運行過程中會因各種原因造成損壞。在這些故障中，缺相故障造成電機損壞占很大比例，由此而燒毀的電機數(shù)量是巨大的，造成的經(jīng)濟損失也是極為嚴重的。在實現(xiàn)本發(fā)明創(chuàng)造的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在如下缺陷：

在現(xiàn)有技術(shù)中，針對電機缺相的檢測方法大多是在電機運行時進行的，通過對電機的電流進行檢測，以判斷電機是否缺相。如果檢測到缺相，則停止電機運行。

由于缺相檢測需要一定的時間，因此在啟動電機時，電機缺相并不能被立馬檢測出來。此時，電機會在缺相的情況下，運行一段時間之后才能停止。但是，在某些場合下(如起重設(shè)備中)，如果在啟動電機時，不能立刻檢測出電機缺相，則會導致負載不按指定的方向移動，存在較大的安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種三相電機的缺相檢測方法及系統(tǒng)，實現(xiàn)了三相電機的缺相保護，提高了電機使用的安全性，并能夠在三相電機缺相的情況下，準確地檢測出三相電機的哪一相缺相，以便于技術(shù)人員進行維修。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種三相電機的缺相檢測方法，包括：

在接收到啟動指令時，以預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度向三相電機注入檢測電流；

獲取三相電機各定子繞組的電流值，并根據(jù)各定子繞組的電流值，獲取三相電機的實際電流幅值和實際電流角度；

如果在預設(shè)時間內(nèi)，實際電流幅值到達預設(shè)的電流幅值，且實際電流角度到達預設(shè)的電流角度，則三相電機不缺相，啟動三相電機；否則，根據(jù)各定子繞組的電流絕對值，檢測出異常工作的定子繞組。

本發(fā)明的實施方式還提供了一種三相電機的缺相檢測系統(tǒng)，包括：供電電源、變頻器以及三相電機；

變頻器連接在供電電源與三相電機之間；

變頻器用于在接收到啟動指令時，以預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度向三相電機注入檢測電流；

變頻器還用于獲取三相電機各定子繞組的電流值，并根據(jù)各定子繞組的電流值，獲取三相電機的實際電流幅值和實際電流角度；

變頻器還用于判斷在預設(shè)時間內(nèi)，實際電流幅值是否到達預設(shè)的電流幅值，且實際電流角度是否到達預設(shè)的電流角度；并用于在判斷結(jié)果為是時，啟動三相電機；在判斷結(jié)果為否時，根據(jù)各定子繞組的電流絕對值，檢測出異常工作的定子繞組。

本發(fā)明實施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，在接收到啟動指令時，在三相電機中注入預設(shè)的電流幅值和電流角度的檢測電流，根據(jù)三相電機各定子繞組的電流值，獲取三相電機的實際電流幅值和實際電流角度，以便于對三相電機是否缺相進行判斷。當三相電機的實際電流幅值在預設(shè)時間內(nèi)到達預設(shè)的電流幅值，且實際電流角度到達預設(shè)的電流角度時，則說明三相電機不缺相，此時啟動三相電機，電機就可以正常運行。否則，說明三相電機缺相，此時根據(jù)各定子繞組的電流絕對值，檢測出異常工作的定子繞組，從而判斷出三相電機的哪一相缺相，方便故障原因的查找。通過這種方式，在啟動三相電機前，先對三相電機是否缺相進行檢測，在三相電機不缺相的情況下，才啟動三相電機工作，實現(xiàn)了三相電機的缺相保護，提高了電機使用的安全性，并能夠在三相電機缺相的情況下，準確地檢測出三相電機的哪一相缺相，以便于技術(shù)人員進行維修。

另外，在通過逆變器向三相電機注入預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度的檢測電流中，具體包括：d軸給定電流imag*，q軸給定電流iq*，其中，imag*等于所述預設(shè)的電流幅值，iq*為零；獲取三相電機的各定子繞組的當前電流Ia、Ib、Ic，將Ia、Ib、Ic通過克拉克變換轉(zhuǎn)換到靜止兩相坐標系下，得到電流iα、iβ；將iα、iβ通過派克變換轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標系下，得到電流id、iq；其中，派克變換中使用的角度為預設(shè)的電流角度；根據(jù)id、iq，獲取d軸反饋電流imag；根據(jù)imag*、iq*、imag以及iq，獲取同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電壓給定ud、uq；將ud、uq通過反派克變換，獲取靜止兩相坐標系下的電壓給定uα、uβ；其中，反派克變換中使用的角度為預設(shè)的電流角度；獲取逆變器的母線電壓，根據(jù)母線電壓以及uα、uβ，獲取逆變器的三相空間矢量脈寬調(diào)制SPVWM(SPVWM，空間矢量脈寬調(diào)制，Space Vector Pulse Width Modulation)信號的占空比da、db和dc；根據(jù)da、db和dc，控制逆變器向三相電機注入預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度的檢測電流。提供了逆變器向三相電機注入檢測電流的一種具體實現(xiàn)形式，增加了本發(fā)明的可行性。

另外，在獲取同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電壓給定ud、uq中，具體包括：獲取imag*與imag的差值，將差值輸入至一電流控制器，電流控制器計算得出ud；其中，ud的上限值為三相電機的額定電壓，下限值為三相電機的額定電壓的相反數(shù)；獲取iq*與iq的差值，將差值輸入至一電流控制器，電流控制器計算得出uq；其中，uq的上限值為百分之五倍的三相電機的額定電壓，下限值為百分之五倍的三相電機的額定電壓的相反數(shù)。提供了獲取ud、uq的一種具體實現(xiàn)方式，增加了本發(fā)明的可行性。

另外，預設(shè)時間大于三相電機在不缺相時，imag到達imag*、iq*到達iq時的最大時長，以便于準確地對三相電機是否缺相進行判斷，降低了誤判的可能。

另外，在根據(jù)各定子繞組的電流絕對值，檢測出異常工作的定子繞組中，具體包括：獲取各定子繞組的電流絕對值；判斷是否存在一定子繞組的電流絕對值與預設(shè)的電流幅值的比值小于預設(shè)閾值；如果存在一定子繞組的電流絕對值與預設(shè)的電流幅值的比值小于預設(shè)閾值，則判定該定子繞組工作異常。通過這種方式，如果三相電機只有一定子繞組的電流值與預設(shè)的電流幅值的比值小于預設(shè)閾值，就說明該相繞組缺相；如果三相電機的三個定子繞組的電流值與預設(shè)的電流幅值的比值都小于預設(shè)閾值，就說明三相電機有兩相或三相繞組缺相。

另外，預設(shè)閾值小于或等于二分之根號二，以便于準確地對三相電機的哪個定子繞組異常進行判斷，降低誤判的可能。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中三相電機的缺相檢測方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式中逆變器向三相電機注入電流方法的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。

本發(fā)明的第一實施方式涉及一種三相電機的缺相檢測方法，具體流程如圖1所示。本實施方式在包括供電電源、變頻器以及三相電機的三相電機的缺相檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行實施，變頻器連接在供電電源與三相電機之間。

缺相檢測方法的具體步驟如下：

步驟101，判斷是否接收到啟動指令。若是，則執(zhí)行步驟102，否則執(zhí)行步驟101。

具體的說，由變頻器對是否接收到啟動指令進行判斷。當變頻器接收到啟動指令時，判斷結(jié)果為是。

步驟102，以預設(shè)的電流幅值和電流角度向三相電機注入檢測電流。

本實施方式中，變頻器包括逆變器，通過逆變器向三相電機注入預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度的檢測電流。在通過逆變器向三相電機注入預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度的檢測電流中，以圖2所示的控制結(jié)構(gòu)示意圖進行控制，具體如下：

d軸給定電流imag*，q軸給定電流iq*。其中，imag*等于預設(shè)的電流幅值，iq*等于零。

獲取三相電機的各定子繞組的當前電流Ia、Ib、Ic，將Ia、Ib、Ic通過克拉克變換轉(zhuǎn)換到靜止兩相坐標系下，得到電流iα、iβ。

將iα、iβ通過派克變換轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標系下，得到電流id、iq。其中，派克變換中使用的角度γ為預設(shè)的電流角度。

根據(jù)id、iq，獲取d軸反饋電流imag。

根據(jù)imag*、iq*、imag以及iq，獲取同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電壓給定ud、uq。

將ud、uq通過反派克變換，獲取靜止兩相坐標系下的電壓給定uα、uβ。其中，反派克變換中使用的角度為預設(shè)的電流角度。

獲取逆變器的母線電壓，根據(jù)母線電壓以及uα、uβ，獲取逆變器的三相空間矢量脈寬調(diào)制SPVWM信號的占空比da、db和dc。

根據(jù)da、db和dc，控制逆變器向三相電機注入預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度的檢測電流。

更具體地說，在獲取同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電壓給定ud、uq中，具體包括：獲取imag*與imag的差值，將差值輸入至一電流控制器，由電流控制器計算得出ud。獲取iq*與iq的差值，將差值輸入至一電流控制器，由電流控制器計算得出uq。本實施方式中，電流控制器可以為PI控制器，即圖2所示的PI₁以及PI₂。

其中，imag*可以設(shè)置為三相電機額定電流幅值的10％以上，以避免誤判。ud的上限值可以設(shè)置為三相電機的額定電壓，下限值為三相電機的額定電壓的相反數(shù)；uq的上限值為百分之五倍的三相電機的額定電壓，下限值為百分之五倍的三相電機的額定電壓的相反數(shù)，以便于實現(xiàn)給定與反饋的差值為零，提高判斷三相電機是否缺相的準確性。

如，三相電機的額定電壓幅值為380V，額定功率為3.7kw，額定電流幅值為9.5A，變頻器額定電壓幅值為380V，額定功率為5.5kw，額定電流幅值13A，則imag*可以設(shè)置為3A，iq*為零。

本實施方式中，預設(shè)角度大于0°，且小于360°，且預設(shè)角度不為0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°、210°、240°、270°、300°、330°，以防止誤判。并且，本實施方式中，為提高判斷的準確度，預設(shè)角度為15°、45°、75°、105°、135°、165°、195°、225°、255°、285°、315°或345°。

步驟103，獲取三相電機各定子繞組的電流值，并根據(jù)各定子繞組的電流值，獲取三相電機的實際電流幅值和實際電流角度。

本實施方式中，可以使用電流傳感器獲得各定子繞組的電流值。

步驟104，判斷在預設(shè)時間內(nèi)，實際電流幅值是否到達預設(shè)的電流幅值，且實際電流角度是否到達預設(shè)的電流角度。若是，則執(zhí)行步驟106，否則執(zhí)行步驟105。

其中，預設(shè)時間可以由技術(shù)人員預先設(shè)置并保存在三相電機的的缺相檢測系統(tǒng)中，以便于進行判斷。如，預設(shè)時間可以設(shè)置為大于三相電機在不缺相時，imag到達imag*、iq*到達iq時的最大時長。本實施方式中，預設(shè)時間為50ms。

于本實施方式而言，通過兩個電流環(huán)給三相電機注入預設(shè)的電流幅值和電流角度的檢測電流。其中一個電流環(huán)給定為預設(shè)電流幅值imag*，反饋為實際電流幅值imag，另一個電流環(huán)給定為零，反饋為iq。判斷在預設(shè)時間內(nèi)，實際電流幅值是否到達預設(shè)的電流幅值，且實際電流角度是否到達預設(shè)的電流角度時，也就是判斷imag是否等于imag*，iq是否等于iq*。如果imag等于imag*，iq等于iq*，則步驟104的判斷結(jié)果為是，此時三相電機不缺相。

當然，在實際操作時，由于獲取的三相電機的各定子繞組的電流值可能會受到外部干擾，從而使得獲取的三相電機的實際電流值存在一定的誤差，因此在判斷三相電機是否缺相時，判斷imag是否接近于imag*，iq是否接近于iq*即可。如果imag接近于imag*，iq接近于iq*，則判斷結(jié)果為是，此時三相電機不缺相。如，imag與imag*的差值的絕對值以及iq與iq*的差值的絕對值均小于變頻器額定電流的百分之一，則步驟104的判斷結(jié)果為是。

步驟105，根據(jù)各定子繞組的電流絕對值，檢測出異常工作的定子繞組。

本實施方式中，檢測異常工作的定子繞組的方式為：獲取各定子繞組的電流絕對值，判斷是否存在一定子繞組的電流絕對值與預設(shè)的電流幅值的比值小于預設(shè)閾值；如果存在一定子繞組的電流絕對值與預設(shè)的電流幅值的比值小于預設(shè)閾值，則判定該定子繞組工作異常。這樣，能夠準確地判斷出三相電機哪一個定子繞組異常。

具體的說，如果三相電機缺相，且只有一相缺相，則該異常定子繞組上的電流為0，其他正常的兩相定子繞組電流絕對值為imag*的二分之根號二倍。如果三相定子繞組上的電流的絕對值都遠小于imag*的二分之根號二倍，則三相電機兩相或三相缺相。因此，可以設(shè)置預設(shè)閾值小于或等于二分之根號二，如預設(shè)閾值可以為四分之根號二。

步驟106，啟動三相電機。

不難看出，本實施方式中，在啟動三相電機前，先對三相電機是否缺相進行檢測，在三相電機不缺相的情況下，才啟動三相電機工作，實現(xiàn)了三相電機的缺相保護，提高了電機使用的安全性，并能夠在三相電機缺相的情況下，準確地檢測出三相電機的哪一相缺相，以便于技術(shù)人員進行維修。

本發(fā)明的第二實施方式涉及一種三相電機的缺相檢測系統(tǒng)，包括：供電電源、變頻器以及三相電機。

變頻器連接在供電電源與三相電機之間。

變頻器用于在接收到啟動指令時，以預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度向三相電機注入檢測電流。

變頻器還用于獲取三相電機各定子繞組的電流值，并根據(jù)各定子繞組的電流值，獲取三相電機的實際電流幅值和實際電流角度。

變頻器還用于判斷在預設(shè)時間內(nèi)，實際電流幅值是否到達預設(shè)的電流幅值，且實際電流角度是否到達預設(shè)的電流角度。并用于在判斷結(jié)果為是時，啟動三相電機。在判斷結(jié)果為否時，根據(jù)各定子繞組的電流絕對值，檢測出異常工作的定子繞組。

本實施方式中，變頻器包括電流電壓檢測子單元、電流轉(zhuǎn)換子單元、電流幅值計算子單元，電流調(diào)節(jié)子單元，電壓變換子單元、SVPWM調(diào)制子單元以及逆變器。其中，逆變器，用于向三相電機注入預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度的檢測電流，以下對逆變器向三相電機注入預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度的檢測電流進行具體說明：

d軸給定電流imag*，q軸給定電流iq*。其中，imag*等于預設(shè)的電流幅值，iq*等于零。

電流電壓檢測子單元，用于獲取三相電機的各定子繞組的當前電流Ia、Ib、Ic以及逆變器的母線電壓。

電流轉(zhuǎn)換子單元，用于將Ia、Ib、Ic通過克拉克變換轉(zhuǎn)換到靜止兩相坐標系下，得到電流iα、iβ，再將iα、iβ通過派克變換轉(zhuǎn)換到同步旋轉(zhuǎn)坐標系下，得到電流id、iq；其中，派克變換中使用的角度為預設(shè)的電流角度。

電流幅值計算子單元，用于根據(jù)id、iq，獲取d軸反饋電流imag。

電流調(diào)節(jié)子單元，用于根據(jù)imag*、iq*、imag以及iq，獲取同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電壓給定ud、uq。

電壓變換子單元，用于將ud、uq通過反派克變換，獲取靜止兩相坐標系下的電壓給定uα、uβ；其中，反派克變換中使用的角度為預設(shè)的電流角度。

SVPWM調(diào)制子單元，用于根據(jù)母線電壓以及uα、uβ，獲取逆變器的三相空間矢量脈寬調(diào)制SPVWM信號的占空比da、db和dc。

逆變器根據(jù)da、db和dc，向三相電機注入預設(shè)的電流幅值和預設(shè)的電流角度的檢測電流。

其中，在獲取同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電壓給定ud、uq中，具體包括：獲取imag*與imag的差值，將差值輸入至一電流控制器，電流控制器計算得出ud。獲取iq*與iq的差值，將差值輸入至一電流控制器，電流控制器計算得出所述uq。本實施方式中，電流控制器可以為PI控制器，即圖2所示的PI₁以及PI₂。

不難發(fā)現(xiàn)，本實施方式為與第一實施方式相對應的系統(tǒng)實施例，本實施方式可與第一實施方式互相配合實施。第一實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)在本實施方式中依然有效，為了減少重復，這里不再贅述。相應地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)也可應用在第一實施方式中。

值得一提的是，本實施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應用中，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現(xiàn)。此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實施方式中并沒有將與解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問題關(guān)系不太密切的單元引入，但這并不表明本實施方式中不存在其它的單元。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實施方式是實現(xiàn)本發(fā)明的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。