CN103244447B - 精确检测交流风扇运行状况的故障检测电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种精确检测交流风扇运行状况的故障检测电路及方法，其包括交流风扇；所述交流风扇与用于检测所述交流风扇工作电流的风机电流检测处理电路连接，所述风机电流检测处理电路将检测的工作电流传输至控制电路，所述控制电路通过风机驱动电路与交流风扇连接，以通过风机驱动电路驱动交流风扇；控制电路内预存储有交流风扇正常工作时的第一工作电流值，控制电路将检测的工作电流与第一工作电流值比较；当检测的工作电流与第一工作电流值不匹配时，控制电路根据向风机驱动电路输出的驱动信号情况判断输出交流风扇的运行故障。本发明结构紧凑，检测精度高，检测成本低，适应范围广，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种故障检测电路及方法，尤其是一种精确检测交流风扇运行状况的故障检测电路及方法，属于交流风扇故障检测的技术领域。
背景技术
大功率电气设备广泛应用于社会的各个行业，如能源、机械、冶金、电信等大功率设备由于功率等级较高，发热量大，所以散热问题一直为大家所关注，现有的热交换手段有：自然空气对流散热、强制风冷、水冷等。在强制风冷散热中，风扇是最重要的部件之一，其工作情况直接影响设备的运行性能。由于风扇处于风道中，环境相对恶劣，且处于机械旋转状态，因而在电气设备中属于易损部件，故障率很高，所以风扇故障检测显得尤为重要。现有风扇故障检测有两种思路，一种是风扇内部自带故障信号输出，另一中是对风扇***辅助电路进行监测得出故障信号。
具备故障信号输出的风扇成本上远大于同规格的无故障信号输出的风扇，进而削弱整机竞争优势，另外这种故障检测方法的缺点只能检测风扇本身的故障，缺乏与控制单元的通信（仍然需要***辅助电路对故障信号进行处理），而且无法与控制单元的驱动信号之间做逻辑判断，如果控制单元与风扇之间的线路出现故障（包括风机保险开路，线路连接故障等）导致风扇停转，风扇是无法给出故障信号进行告警的。
通过***辅助电路对风扇进行故障监测的方法，有采用在风扇回路中串入二极管，当控制单元发出驱动信号，风扇运转，二极管的导通压降驱动光耦合器原边，光耦合器副边导通后可以通过***电路，将信号传回控制单元，当风扇发生故障时，电流消失，二极管无导通压降，光耦合器副边得到相反的信号，进而判定风扇故障，其原理示意图如图1。
这种检测电路的缺点是只能检测风扇的开路故障，当短路发生时，二极管也会导通，光耦合器副边得到正确信号，因而无法检测风扇短路故障；另外需要在风扇主回路中串入二极管及整流桥，大大增加功耗，根据二极管的损耗计算：
Pdiode=N*Vf*If
其中，Vf为二极管的导通压降，If为风扇电流，N为回路中二极管串联数量。当此电路用于大功率风扇故障检测时，二极管及整流桥的损耗会很大，需要增加额外的散热来解决，进而增加的整体方案成本。
此电路虽然能通过光耦合器实现故障信号与主电路的隔离，但普通光耦所提供的隔离等级较低，如果需要提供高绝缘等级的隔离，必须选用宽体光耦，其成本为普通光耦合器的几倍。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种精确检测交流风扇运行状况的故障检测电路及方法，其结构紧凑，检测精度高，检测成本低，适应范围广，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述精确检测交流风扇运行状况的故障检测电路，包括交流风扇；所述交流风扇与用于检测所述交流风扇工作电流的风机电流检测处理电路连接，所述风机电流检测处理电路将检测的工作电流传输至控制电路，所述控制电路通过风机驱动电路与交流风扇连接，以通过风机驱动电路驱动交流风扇；控制电路内预存储有交流风扇正常工作时的第一工作电流值，控制电路将检测的工作电流与第一工作电流值比较；当检测的工作电流与第一工作电流值不匹配时，控制电路根据向风机驱动电路输出的驱动信号情况判断输出交流风扇的运行故障。
所述控制电路输出的运行故障包括交流风扇的开路、短路或堵转。所述风机电流检测处理电路包括电流互感器、霍尔效应传感器、分流器或巨磁阻传感器等用于检测电流的隔离的或者非隔离的检测元件。
所述风机电流检测处理电路采用电流互感器时，电流互感器原边的一端与交流风扇连接，电流互感器原边的另一端与风机驱动电路连接，电流互感器的副边的一端与第二电阻的一端及第三电阻的一端连接，电流互感器副边的另一端及第二电阻的另一端均接地，第三电阻的另一端与运算放大器的同相端连接，运算放大器的反相端与运算放大器的输出端连接，且运算放大器的输出端与控制电路连接。
所述风机驱动电路包括可控硅，所述可控硅的控制端与控制电路的输出端连接。
一种精确检测交流风扇运行状况的故障检测方法，所述交流风扇运行状况故障检测方法包括如下步骤：
a、获取交流风扇的工作电流，并将所述工作电流传输至控制电路内；
b、控制电路将所述工作电流与预存储的第一工作电流值比较；
c、当所述获取的工作电流与第一工作电流值不匹配时，控制电路根据向风机驱动电路输出驱动信号的状态判断交流风扇的工作状态；当交流风扇处于故障状态时，控制电路输出故障信号。
所述步骤c中，当所获取的工作电流与第一工作电流值不匹配时，控制电路向风机驱动电路输出驱动信号时，控制电路确定并输出交流风扇的故障信号。
所述步骤a中，利用风机电流检测处理电路获取交流风扇的工作电流，所述风机电流检测处理电路包括电流互感器、霍尔效应传感器、分流器或巨磁阻传感器等用于检测电流的隔离的或者非隔离的检测元件。
所述风机电流检测处理电路采用电流互感器时，电流互感器原边的一端与交流风扇连接，电流互感器原边的另一端与风机驱动电路连接，电流互感器的副边的一端与第二电阻的一端及第三电阻的一端连接，电流互感器副边的另一端及第二电阻的另一端均接地，第三电阻的另一端与运算放大器的同相端连接，运算放大器的反相端与运算放大器的输出端连接，且运算放大器的输出端与控制电路连接。
一种类似的技术方案中，一种精确检测交流风扇运行状况的故障检测方法，其所述交流风扇运行状况故障检测方法包括如下步骤：
S1、获取交流风扇的工作电流，并将所述工作电流传输至控制电路内；
S2、获取交流风扇两端的工作电压，并将所述工作电压传输至控制电路内；
S3、控制电路根据接收的工作电流值与工作电压值判断并输出交流风扇的工作状态。
本发明的优点：通过风机电流检测处理电路来获取交流风扇的工作电流，采用工作电流作为判断交流风扇运行状态的依据，检测精度高，检测成本低，检测交流风扇的故障范围广；控制电路可以仅判断交流风扇是否存在工作电流，来判断交流风扇是否处于故障状态，适应范围广，可以同时针对多个交流风扇进行同步检测，结构简单紧凑，安全可靠。
附图说明
图1为现有交流风扇运行状况检测的电路原理图。
图2为本发明电流风扇运行状况检测的电路框图。
图3为本发明的电路原理图。
图4为本发明控制电路判断交流风扇运行状况的流程图。
附图标记说明：1-控制电路、2-风机驱动电路、3-交流风扇、4-风机电流检测处理电路、21-可控硅、41-电流互感器及42-运算放大器。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图2和图3所示：为了能够快速精确地对交流风扇3的运行状况检测，本发明包括交流风扇3；所述交流风扇3与用于检测所述交流风扇3工作电流的风机电流检测处理电路4连接，所述风机电流检测处理电路4将检测的工作电流传输至控制电路1，所述控制电路1通过风机驱动电路2与交流风扇3连接，以通过风机驱动电路2驱动交流风扇3；控制电路1内预存储有交流风扇3正常工作时的第一工作电流值，控制电路1将检测的工作电流与第一工作电流值比较；当检测的工作电流与第一工作电流值不匹配时，控制电路1根据向风机驱动电路2输出的驱动信号情况判断输出交流风扇3的运行故障。
具体地，交流风扇3运行中产生的运行故障包括开路、短路或堵转，因此所述控制电路1输出的运行故障包括交流风扇3的开路、短路或堵转。交流风扇3开路时，风机电流检测处理电路4检测的工作电流为零，交流风扇3处于短路或堵转时，风机电流检测处理电路4检测的工作电流高于正常工作电流，即会高于第一工作电流值。控制电路1包括单片机，也可以采用常用的微处理芯片（或者简单逻辑控制电路），控制电路1根据交流风扇3的使用环境及要求，预先存储有第一工作电流值；当通过风机电流检测电路4获取交流风扇3的工作电流与第一工作电流值不匹配时，控制电路1再根据有无向风机驱动电路2输出驱动信号来判断交流风扇3的运行故障；当控制电路1向风机驱动电路2输出驱动信号时，控制电路1则判断交流风扇1处于故障运行状态。
所述风机电流检测处理电路4包括电流互感器41、霍尔效应传感器、分流器、或巨磁阻传感器等用于检测电流的隔离的或者非隔离的检测元件。
如图3说：所述风机电流检测处理电路4采用电流互感器41时，电流互感器41原边的一端与交流风扇3连接，电流互感器41原边的另一端与风机驱动电路2连接，电流互感器41的副边的一端与第二电阻R2的一端及第三电阻R3的一端连接，电流互感器41副边的另一端及第二电阻R2的另一端均接地，第三电阻R3的另一端与运算放大器42的同相端连接，运算放大器42的反相端与运算放大器42的输出端连接，且运算放大器42的输出端与控制电路1连接。所述风机驱动电路2包括可控硅21，所述可控硅21的控制端与控制电路1的输出端连接。风机驱动电路2还可以采用继电器等电路实现。本发明实施例中，图3中并未示出控制电路1与可控硅21及运算放大器42的连接。
如图2、图3和图4所示：所述检测交流风扇运行状况的故障检测方法包括如下步骤：
a、获取交流风扇3的工作电流，并将所述工作电流传输至控制电路1内；
本发明实施例中，通过获取交流风扇3的工作电流值作为检测交流风扇1运行状态的依据；通过风机电流检测处理电路4来获取交流风扇3的工作电流，风机电流检测处理电路4包括电流互感器41，电流互感器41检测的电流值通过运算放大器42处理后传输到控制电路1内。风机电流检测处理电路4检测的电流值为零电流值或高于第一工作电流值。
b、控制电路1将所述工作电流与预存储的第一工作电流值比较；
控制电流1接收到工作电流值后，会与存储的第一工作电流值比较，以进行后续的判断。
c、当所述获取的工作电流与第一工作电流值不匹配时，控制电路1根据向风机驱动电路2输出驱动信号的状态判断交流风扇3的工作状态；当交流风扇3处于故障状态时，控制电路1输出故障信号。
本发明实施例中，为了能够快速方便地实现对交流风扇3运行状态的检测，所述交流风扇运行状况故障检测方法还可以包括如下步骤：
S1、获取交流风扇3的工作电流，并将所述工作电流传输至控制电路1内；
所述获取交流风扇3工作电流的方法可以如上述方法，采用相应电流检测处理电路4来实现；
S2、获取交流风扇3两端的工作电压，并将所述工作电压传输至控制电路1内；
所述获取交流风扇3两端工作电压的方法可以采用电压传感器检测实现。
S3、控制电路1根据接收的工作电流值与工作电压值判断并输出交流风扇3的工作状态。
当控制电路1在接收到工作电压及工作电流时，控制电路1可以根据工作电压和工作电流的关系来快速有效地判断交流风扇3的运行状态。如当控制电路1接收到交流风扇3的工作电压不为零，而交流风扇3的工作电流为零时，能确定交流风扇3处于开路状态。
由上述说明可知，风机电流检测处理电路4检测的工作电流可能为零电流或高于第一工作电流值。当风机电流检测处理电路4检测的电流值为零时，控制电路1判断是否有向风机驱动电路2输出驱动信号，当向风机驱动电路2输出驱动信号，交流风扇3应该会处于工作状态，当风机电流检测处理电路4检测的工作电流为零且向风机驱动电路2输出驱动信号时，控制电路1能够判断并输出交流风扇3处于开路状态。当风机电流检测处理电路4检测的工作电流不为零，当控制电路1未向风机驱动电路2输出驱动信号时，控制电路1判断交流风扇3处于故障状态；当风机电流检测电路4检测的工作电流不为零，控制电路1向风机驱动电路2输出驱动信号，且风机电流检测处理电路4检测获取的工作电流值与第一工作电流值的大小不对应时，控制电路1判断并输出交流风扇3处于故障运行状态；当交流风扇3处于故障运行状态是，控制电路1会输出故障信号。向风机驱动电路2输出的驱动信号由控制电路1输出，可以方便获得对应的信号。
本发明通过风机电流检测处理电路4来获取交流风扇3的工作电流，采用工作电流作为判断交流风扇3运行状态的依据，检测精度高，检测成本低，检测交流风扇3的故障范围广；控制电路1可以仅判断交流风扇3是否存在工作电流，来判断交流风扇3是否处于故障状态，适应范围广，可以同时针对多个交流风扇3进行同步检测，结构简单紧凑，安全可靠。
Claims (9)
1.一种精确检测交流风扇运行状况的故障检测电路，包括交流风扇（3）；其特征是：所述交流风扇（3）与用于检测所述交流风扇（3）工作电流的风机电流检测处理电路（4）连接，所述风机电流检测处理电路（4）将检测的工作电流传输至控制电路（1），所述控制电路（1）通过风机驱动电路（2）与交流风扇（3）连接，以通过风机驱动电路（2）驱动交流风扇（3）；控制电路（1）内预存储有交流风扇（3）正常工作时的第一工作电流值，控制电路（1）将检测的工作电流与第一工作电流值比较；当检测的工作电流与第一工作电流值不匹配时，控制电路（1）根据向风机驱动电路（2）输出的驱动信号情况判断输出交流风扇（3）的运行故障。
2.根据权利要求1所述的精确检测交流风扇运行状况的故障检测电路，其特征是：所述控制电路（1）输出的运行故障包括交流风扇（3）的开路、短路或堵转。
3.根据权利要求1所述的精确检测交流风扇运行状况的故障检测电路，其特征是：所述风机电流检测处理电路（4）包括电流互感器（41）、霍尔效应传感器、分流器或巨磁阻传感器。
4.根据权利要求3所述的精确检测交流风扇运行状况的故障检测电路，其特征是：所述风机电流检测处理电路（4）采用电流互感器（41）时，电流互感器（41）原边的一端与交流风扇（3）连接，电流互感器（41）原边的另一端与风机驱动电路（2）连接，电流互感器（41）的副边的一端与第二电阻（R2）的一端及第三电阻（R3）的一端连接，电流互感器（41）副边的另一端及第二电阻（R2）的另一端均接地，第三电阻（R3）的另一端与运算放大器（42）的同相端连接，运算放大器（42）的反相端与运算放大器（42）的输出端连接，且运算放大器（42）的输出端与控制电路（1）连接。
5.根据权利要求4所述的精确检测交流风扇运行状况的故障检测电路，其特征是：所述风机驱动电路（2）包括可控硅（21），所述可控硅（21）的控制端与控制电路（1）的输出端连接。
6.一种精确检测交流风扇运行状况的故障检测方法，其特征是，所述交流风扇运行状况故障检测方法包括如下步骤：
（a）、获取交流风扇（3）的工作电流，并将所述工作电流传输至控制电路（1）内；
（b）、控制电路（1）将所述工作电流与预存储的第一工作电流值比较；
（c）、当所述获取的工作电流与第一工作电流值不匹配时，控制电路（1）根据向风机驱动电路（2）输出驱动信号的状态判断交流风扇（3）的工作状态；当交流风扇（3）处于故障状态时，控制电路（1）输出故障信号。
7.根据权利要求6所述精确检测交流风扇运行状况的故障检测方法，其特征是，所述步骤（c）中，当所获取的工作电流与第一工作电流值不匹配时，控制电路（1）向风机驱动电路（2）输出驱动信号时，控制电路（1）确定并输出交流风扇（1）的故障信号。
8.根据权利要求6所述精确检测交流风扇运行状况的故障检测方法，其特征是，所述步骤（a）中，利用风机电流检测处理电路（4）获取交流风扇（3）的工作电流，所述风机电流检测处理电路（4）包括电流互感器（41）、霍尔效应传感器、分流器或巨磁阻传感器。
9.根据权利要求8所述精确检测交流风扇运行状况的故障检测方法，其特征是，所述风机电流检测处理电路（4）采用电流互感器（41）时，电流互感器（41）原边的一端与交流风扇（3）连接，电流互感器（41）原边的另一端与风机驱动电路（2）连接，电流互感器（41）的副边的一端与第二电阻（R2）的一端及第三电阻（R3）的一端连接，电流互感器（41）副边的另一端及第二电阻（R2）的另一端均接地，第三电阻（R3）的另一端与运算放大器（42）的同相端连接，运算放大器（42）的反相端与运算放大器（42）的输出端连接，且运算放大器（42）的输出端与控制电路（1）连接。
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