專(zhuān)利名稱(chēng):光流控制器的電流型故障探測(cè)系統(tǒng)和方法
本發(fā)明一般地涉及到一個(gè)靠交流電流工作的電機(jī)的控制器，且尤其是涉及到交流電機(jī)控制器用的電流型故障探測(cè)系統(tǒng)。
由交流電流驅(qū)動(dòng)的電機(jī)廣泛地用于諸如工業(yè)、家用器具、娛樂(lè)等方面。最普通的這種交流電機(jī)是電動(dòng)機(jī)。許多交流電動(dòng)機(jī)能使用多相交流電源。
多數(shù)多相電動(dòng)機(jī)裝有控制器，用控制器改變電動(dòng)機(jī)的某些運(yùn)行參數(shù)，諸如電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，以使特定的電動(dòng)機(jī)適合所施加的負(fù)荷的要求。這些控制器最常見(jiàn)的是電子控制設(shè)備，它們使用已知的限制電功率的方法向電動(dòng)機(jī)提供或多或少的電功率。電子控制設(shè)備對(duì)電流的過(guò)負(fù)荷非常敏感，因而對(duì)電動(dòng)機(jī)要求高量級(jí)的電功率去驅(qū)動(dòng)一個(gè)需求非常大的負(fù)荷時(shí)的嚴(yán)重事故也很敏感。
目前用兩種方法防止在電流過(guò)負(fù)荷狀態(tài)下?lián)p壞電動(dòng)機(jī)的電子控制器。一種方法是，對(duì)由電動(dòng)機(jī)正在驅(qū)動(dòng)的部件(諸如傳動(dòng)臂和中間軸)的位置進(jìn)行檢測(cè)，并使其與移動(dòng)到新位置所用的時(shí)間相關(guān)。從位置對(duì)時(shí)間的變化率即可推斷出是否正在發(fā)生電流過(guò)負(fù)荷。如果變化率很小，就發(fā)出信號(hào)表示正發(fā)生電流過(guò)負(fù)荷，并由保護(hù)系統(tǒng)使電動(dòng)機(jī)控制器停運(yùn)。
電動(dòng)機(jī)或傳動(dòng)臂定位的方法費(fèi)用不多，且容易適合多數(shù)定位的應(yīng)用，但也有缺點(diǎn)。這種型式過(guò)電流保護(hù)的保護(hù)裝置受來(lái)自傳動(dòng)臂和中間軸的機(jī)械反饋時(shí)間的限制，而且電子過(guò)負(fù)荷的損壞常在反饋時(shí)間過(guò)完之前就發(fā)生了。還有，過(guò)負(fù)荷情況的發(fā)生可能與負(fù)荷的機(jī)械位置無(wú)關(guān)，諸如線(xiàn)路短路或電動(dòng)機(jī)繞組短路。由于這些限制，機(jī)械反饋過(guò)負(fù)荷系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)電子控制器并沒(méi)有提供充分的保護(hù)。
目前，采用的保護(hù)電動(dòng)機(jī)控制器免遭過(guò)電流損壞的第二種方法，是直接測(cè)量被控制電動(dòng)機(jī)每一相的電流，并且當(dāng)任何一相的電流超過(guò)圖1中提供的預(yù)整定安全值時(shí)，就使整體電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)停運(yùn)。通過(guò)一個(gè)邏輯或門(mén)，把來(lái)自每個(gè)電流傳感設(shè)備的信號(hào)輸入到一個(gè)數(shù)字控制器。如果一個(gè)數(shù)字高信號(hào)從或門(mén)傳送到數(shù)字控制器，數(shù)字控制器就把一個(gè)系統(tǒng)停運(yùn)信號(hào)送到電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)控制器。
在這種過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)中，每個(gè)電流傳感器都與數(shù)字控制器聯(lián)系。然而，必須保護(hù)數(shù)字控制器不受電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中通常發(fā)生的電功率沖擊的影響。這些電功率沖擊的存在要求在每個(gè)電流傳感設(shè)備和數(shù)字控制器之間有對(duì)地絕緣，對(duì)地絕緣通常是通過(guò)已知的光隔離器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖1所示。這種光隔離器是很昂貴的。另外，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的任何一相電流高于安全定值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)即停運(yùn)，直到操作人員復(fù)歸為止。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)經(jīng)常只有一相處于過(guò)電流狀態(tài)，且三相電動(dòng)機(jī)通常能繼續(xù)以?xún)上嚯姽β蔬\(yùn)轉(zhuǎn)，所以不必使整個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)停運(yùn)。
由此可見(jiàn)，需要一個(gè)用于三相電動(dòng)機(jī)的電流過(guò)負(fù)荷保護(hù)系統(tǒng)，在一相過(guò)電流條件下，不使整體電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)停運(yùn)，且以廉價(jià)方式為電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)提供充分的保護(hù)。
這里敘述的本發(fā)明解決了有關(guān)交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)過(guò)電流保護(hù)的機(jī)械反饋法和直接測(cè)量電流法兩種現(xiàn)有技術(shù)的所有問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)所用的交流電流的每一相都提供一個(gè)分開(kāi)的過(guò)電流斷路機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)之。
這種新的過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的每一相電源都提供一個(gè)分開(kāi)的斷路機(jī)構(gòu)，不受數(shù)字控制器控制，或無(wú)須將斷路信號(hào)送至數(shù)字控制器。三相電源的某一相可能被該系統(tǒng)暫時(shí)切斷，而無(wú)須將整個(gè)交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)停運(yùn)。但是，過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)也設(shè)置一個(gè)機(jī)械反饋裝置，它僅當(dāng)交流電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)將總的停運(yùn)信號(hào)送到數(shù)字控制器，對(duì)最嚴(yán)重的過(guò)電流狀況提供保護(hù)，然后操作人員必須手動(dòng)將系統(tǒng)復(fù)歸。這樣，就保護(hù)電源的每一相免受臨時(shí)或較輕的過(guò)電流狀態(tài)影響，而不會(huì)使整體系統(tǒng)停運(yùn);但萬(wàn)一發(fā)生嚴(yán)重過(guò)電流的情況，整體系統(tǒng)要被完全停運(yùn)。
所以，本發(fā)明一個(gè)方面是為交流電動(dòng)機(jī)提供一種過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在較輕或臨時(shí)過(guò)電流狀態(tài)下不使整體交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)停運(yùn)，但在嚴(yán)重的過(guò)電流狀態(tài)下則使整體系統(tǒng)停運(yùn)。
本發(fā)明另一方面是為交流電動(dòng)機(jī)提供一種過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)交流電源的每一相都提供它自己的過(guò)電流保護(hù)機(jī)構(gòu)，而不受其它保護(hù)系統(tǒng)的影響。
此外，本發(fā)明還有一個(gè)方面是為交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)提供一種過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)，其每一相的過(guò)電流保護(hù)機(jī)構(gòu)根本不與數(shù)字控制設(shè)備聯(lián)系。
本發(fā)明另外還有一個(gè)方面是為交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)提供一種價(jià)廉的過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)。
圖1是直接測(cè)量電流的現(xiàn)有技術(shù)過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)示意圖。
圖2是一種對(duì)交流電源的每一相都采用一個(gè)單個(gè)的過(guò)電流保護(hù)裝置的交流電動(dòng)機(jī)過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)示意圖。
圖3是圖2的單個(gè)過(guò)電流保護(hù)裝置示意圖。
現(xiàn)在一般地參考附圖，具體參考圖2。提供的一種電動(dòng)機(jī)控制器過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)10，包括一個(gè)三相交流電動(dòng)機(jī)12，一個(gè)數(shù)字控制單元14和一個(gè)三相交流電源系統(tǒng)16。過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)10還包括一個(gè)與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載20相連的機(jī)械反饋系統(tǒng)18。
數(shù)字控制單元14沿著三條線(xiàn)路28、30、32分別與交流電源系統(tǒng)16的電力驅(qū)動(dòng)器22、24、26相連。然后，電力驅(qū)動(dòng)器22、24、26分別與過(guò)電流保護(hù)裝置34、36、38相連。過(guò)電流保護(hù)裝置34、36、38輸入至電動(dòng)機(jī)12。
機(jī)械反饋系統(tǒng)18包括一個(gè)與負(fù)載20相連的反饋部件40和一個(gè)安裝在部件40上的反饋傳感器42。傳感器42與一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器44相連，轉(zhuǎn)換器44再與數(shù)字控制單元14相連。
在運(yùn)行中，數(shù)字控制單元14沿著線(xiàn)路28、30、32傳送數(shù)字脈沖，使每一個(gè)電力驅(qū)動(dòng)器22、24、26產(chǎn)生單相交流電流，數(shù)字控制單元14是一個(gè)已知的微處理機(jī)，它能存儲(chǔ)和執(zhí)行控制算法，每一個(gè)電力驅(qū)動(dòng)器22、24、26產(chǎn)生的交流電流由它自己相應(yīng)的過(guò)電流保護(hù)裝置34、36、38進(jìn)行監(jiān)測(cè)。三個(gè)交流電流輸入到電動(dòng)機(jī)12，都成為使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需要的三相電源。電力驅(qū)動(dòng)器22、24、26和過(guò)電流保護(hù)裝置的工作情況將在下面敘述。
如果電力驅(qū)動(dòng)器22、24、26中的任意一個(gè)的交流電流值超過(guò)了安全定值，則它的相應(yīng)的過(guò)電流保護(hù)裝置34、36、38使該電力驅(qū)動(dòng)器不再產(chǎn)生交流電流。經(jīng)一個(gè)預(yù)定的時(shí)間周期后，電力驅(qū)動(dòng)器22、24、26再開(kāi)始產(chǎn)生交流電流;而如果過(guò)電流條件仍然存在，它就再停止產(chǎn)生交流電流。
過(guò)電流裝置34、36、38分開(kāi)運(yùn)行，可使電力驅(qū)動(dòng)器22、24、26中的任意一個(gè)停止產(chǎn)生交流電流，而同時(shí)其他兩個(gè)電力驅(qū)動(dòng)器仍然運(yùn)轉(zhuǎn)。如果過(guò)電流狀況較輕，那么整個(gè)系統(tǒng)能維持運(yùn)行，因?yàn)槿嚯妱?dòng)機(jī)常能靠?jī)上嚯娫蠢^續(xù)運(yùn)行。因此，對(duì)輸出到電動(dòng)機(jī)的三相電源進(jìn)行單相控制，就不會(huì)由于較輕或臨時(shí)過(guò)電流狀況而產(chǎn)生停運(yùn)時(shí)間。
如果存在嚴(yán)重的過(guò)電流情況，過(guò)電流裝置34、36、38中的兩個(gè)或全部三個(gè)將停止它們相應(yīng)的電力驅(qū)動(dòng)器22、24、26的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)去掉三相電動(dòng)機(jī)的每一相時(shí)，電動(dòng)機(jī)12的失速電壓更多地取決于負(fù)荷20的量值。當(dāng)電動(dòng)機(jī)失速時(shí)，通過(guò)反饋部件40停止運(yùn)動(dòng)，由傳感器42檢測(cè)出。傳感器42是一個(gè)可變電阻電位計(jì)，它帶有附在反饋部件40上的滑動(dòng)片。反饋部件40是一個(gè)與負(fù)荷20相連的機(jī)械連桿，諸如一個(gè)附著于通風(fēng)道(圖中未示出)中風(fēng)擋上的一個(gè)傳動(dòng)臂。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器44是一個(gè)已知的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，它將傳感器42的位置轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖，并將它們送到數(shù)字控制單元14。
如果反饋部件40在一固定位置保持一固定時(shí)間，這時(shí)數(shù)字控制單元14通過(guò)傳感器42和模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器44檢測(cè)到處于失速狀態(tài)，那么整個(gè)系統(tǒng)就由數(shù)字控制單元14停運(yùn)。該固定的時(shí)間間隔一般為7秒。操作人員在對(duì)嚴(yán)重的過(guò)電流狀態(tài)檢測(cè)和校正后，必須復(fù)歸電動(dòng)機(jī)控制器系統(tǒng)10。如果數(shù)字控制單元14起動(dòng)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)10且電動(dòng)機(jī)12處于失速狀態(tài)或交流電源系統(tǒng)16中存在極度過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，就使整個(gè)系統(tǒng)停運(yùn)。
現(xiàn)在參考圖3示意圖，過(guò)電流裝置34、36、38之一(下文指34)相應(yīng)設(shè)置電力驅(qū)動(dòng)器22、24、26之一(下文指22)。在電力驅(qū)動(dòng)器22正常工作時(shí)，數(shù)字控制單元14將相同的數(shù)字脈沖送到電力驅(qū)動(dòng)器22的與門(mén)46和非門(mén)(INVERTER gate)48。門(mén)46和48是由已知的集成電路構(gòu)成，該集成電路通常做在半導(dǎo)體芯片上。正常時(shí)，與門(mén)46的第二個(gè)輸入是邏輯高，由此，與門(mén)46的邏輯輸出正常與非門(mén)48的邏輯輸出相反，門(mén)46和48的輸出分別送到已知的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFETS)電源開(kāi)關(guān)50和52。金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管50、52交替地由門(mén)46和48送來(lái)的信號(hào)起動(dòng)，在直流電源56和公共地端58的線(xiàn)路54上產(chǎn)生一個(gè)交流電流。
過(guò)電流裝置34包括一個(gè)電流傳感元件60，它與一個(gè)已知的運(yùn)算放大器比較電路62的一個(gè)輸入端相連。比較器62與一個(gè)已知RC計(jì)時(shí)電路64相連，RC計(jì)時(shí)電路64和與門(mén)46的第二個(gè)輸入端相連。電流傳感元件60可以是任何已知的電流傳感裝置，諸如霍爾效應(yīng)傳感器或電流傳感電阻器。
運(yùn)行中，電流傳感元件60對(duì)由電力驅(qū)動(dòng)器22輸出的電流值進(jìn)行檢測(cè)，并將一個(gè)表示該電流值的電壓信號(hào)送到比較器62的正輸入端。比較器62的負(fù)輸入端與一個(gè)安全基準(zhǔn)電壓相連。如果由電流傳感元件60來(lái)的電壓值超過(guò)安全基準(zhǔn)電壓，則比較器62就將一個(gè)激勵(lì)信號(hào)輸出到計(jì)時(shí)電路64。
在正常運(yùn)行時(shí)，計(jì)時(shí)電路64將一個(gè)恒定的數(shù)字高信號(hào)輸出到與門(mén)46，使電力驅(qū)動(dòng)器22起動(dòng)，但是，當(dāng)計(jì)時(shí)電路64被比較器62激勵(lì)時(shí)，它就將一個(gè)數(shù)字低信號(hào)輸出到與門(mén)46，使電力驅(qū)動(dòng)器22截止。正常時(shí)計(jì)時(shí)電路使電力驅(qū)動(dòng)器截止20秒，然后電力驅(qū)動(dòng)器恢復(fù)運(yùn)行。因此，建立三相交流電源中一相的電力驅(qū)動(dòng)器22的停運(yùn)是與其他兩個(gè)電力驅(qū)動(dòng)器24和26分開(kāi)的，不受數(shù)字控制器14的控制。
盡管已經(jīng)示出并詳細(xì)敘述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，以說(shuō)明本發(fā)明原理的應(yīng)用，但不言而喻，只要不脫離這個(gè)原理，以其它方式也可實(shí)施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于多相交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的過(guò)電流故障探測(cè)系統(tǒng)，它包括一個(gè)數(shù)字控制裝置，它用來(lái)通過(guò)產(chǎn)生數(shù)字脈沖對(duì)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制；一個(gè)多相交流發(fā)電裝置，它與上述數(shù)字控制裝置相連，用來(lái)產(chǎn)生多相交流電并將該電力輸出到電動(dòng)機(jī)，上述發(fā)電裝置包括用于上述多相電力的每一獨(dú)立相的一個(gè)過(guò)電流裝置，這樣，不用使其余的獨(dú)立相停運(yùn)就可以使一個(gè)獨(dú)立相停運(yùn)；和一個(gè)機(jī)械反饋裝置，它通過(guò)一個(gè)負(fù)荷裝設(shè)在上述電動(dòng)機(jī)上，用于當(dāng)上述電動(dòng)機(jī)發(fā)生失速顯示電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的嚴(yán)重過(guò)電流情況時(shí)，通過(guò)上述數(shù)字控制裝置使整個(gè)交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)停運(yùn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一個(gè)系統(tǒng)，其中上述多相交流發(fā)電裝置還包括一個(gè)用于產(chǎn)生多相中每一相電力的分開(kāi)的電力驅(qū)動(dòng)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的一個(gè)系統(tǒng)，其中上述機(jī)械反饋裝置包括一個(gè)用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)并將上述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬電氣信號(hào)的機(jī)械傳感器和一個(gè)用于將上述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并將上述數(shù)字信號(hào)輸出到上述數(shù)字控制裝置的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的一個(gè)系統(tǒng)，其中上述數(shù)字控制裝置是一個(gè)微處理機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2的一個(gè)系統(tǒng)，其中上述每一臺(tái)電力驅(qū)動(dòng)裝置都包括一個(gè)邏輯與門(mén)和一個(gè)邏輯非門(mén)，用于接收來(lái)自上述數(shù)字控制裝置的相同的交變數(shù)字脈沖信號(hào)，并輸出兩個(gè)彼此邏輯值總是相反的交變的數(shù)字信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的一個(gè)系統(tǒng)，其中上述每一個(gè)電力驅(qū)動(dòng)裝置還包括兩個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管電源開(kāi)關(guān)，每個(gè)電源開(kāi)關(guān)用于接收上述兩個(gè)交變數(shù)字信號(hào)中的一個(gè)，并根據(jù)上述數(shù)字信號(hào)借助于變換產(chǎn)生來(lái)自一個(gè)直流電源和公其地端的交流電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的一個(gè)系統(tǒng)，其中上述每個(gè)過(guò)電流裝置包括一個(gè)檢測(cè)上述電源的一相的交流電流并由此產(chǎn)生它的一個(gè)指示信號(hào)的電流傳感裝置，還包括一個(gè)比較器，用來(lái)比較上述電流信號(hào)和一個(gè)預(yù)定的安全信號(hào)，而且上述電流信號(hào)若超過(guò)該預(yù)定信號(hào)，就產(chǎn)生一個(gè)停運(yùn)信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的一個(gè)系統(tǒng)，其中上述每一個(gè)過(guò)電流裝置還包括一個(gè)用于接收上述停運(yùn)信號(hào)的計(jì)時(shí)裝置，如果在該計(jì)時(shí)裝置處出現(xiàn)上述停運(yùn)信號(hào)達(dá)預(yù)整定的時(shí)間間隔，就使上述一個(gè)相停運(yùn)。
9.一種用于探測(cè)一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的過(guò)電流狀態(tài)的方法，它包括發(fā)生多相交流電力;對(duì)所發(fā)生的交流電力的每一相的過(guò)電流狀態(tài)逐個(gè)地進(jìn)行監(jiān)測(cè);用所發(fā)生的多相電力驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī);如果監(jiān)測(cè)結(jié)果，在交流電源一相中探測(cè)到過(guò)電流狀態(tài)，則將那一相停運(yùn)，而與其他相分開(kāi);通過(guò)監(jiān)測(cè)，利用無(wú)過(guò)電流狀態(tài)的其余相驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī);提供來(lái)自由上述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷的機(jī)械反饋;如果上述反饋示出嚴(yán)重的過(guò)電流狀態(tài)，則使整個(gè)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)停運(yùn)。
專(zhuān)利摘要
一種交流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)，對(duì)交流電動(dòng)機(jī)交流電源的每一相都提供了一個(gè)分開(kāi)的過(guò)電流斷開(kāi)機(jī)構(gòu)。這些分開(kāi)的各相斷開(kāi)機(jī)構(gòu)在較輕的過(guò)電流狀態(tài)下起保護(hù)作用，而不使整個(gè)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)停運(yùn)。過(guò)電流保護(hù)系統(tǒng)還提供一個(gè)機(jī)械反饋裝置，用來(lái)僅在嚴(yán)重過(guò)電流狀態(tài)下使整個(gè)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)停運(yùn)。
文檔編號(hào)H02H3/08GK87107988SQ87107988
公開(kāi)日1988年8月3日 申請(qǐng)日期1987年11月26日
發(fā)明者約翰·詹姆斯·弗里, 愛(ài)德華·巴斯蒂扎尼克, 約翰·沃特·羅伯特森 申請(qǐng)人:巴布考克和威爾科斯公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan