CN114295887B - 一种掉电检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种掉电检测方法，包括：步骤1、设置采样周期，设置采样周期Ts内的采样数量Ns；步骤2、在一个采样周期内，采样Ns个三相线电压瞬时值，计算采样的三相线电压瞬时值的绝对值；步骤3、根据采样的三相线电压瞬时值的绝对值，判断三相线电压是否处于掉电状态；步骤4、根据三相线电压的连续掉电的采样周期数量，判断三相线电压的掉电类型，所述掉电类型包括：单相掉电、三相掉电。本发明利用采集到的线电压，在设定周期内通过与设定阈值比较和计算，推断出电网运行状况，并分析得出具体掉电状态，如某一相掉电或三相掉电，并及时发出掉电报警信号和掉电状态，有利于后端伺服***及时调整。

Description

一种掉电检测方法

技术领域

本发明涉及掉电检测领域，尤其涉及一种掉电检测方法。

背景技术

随着电力电子技术和计算机控制技术迅速发展，以伺服驱动器和伺服电机构成的交流调速***在数控机床中得到广泛应用。然而，数控机床在工作中不同程度地存在着电网电压波动以及掉电的状况，当电网出现异常波动或突然断电情况，此时智能电源模块内部的直流母线电容能够维持一段时间以供后端伺服***继续运行，该维持时间一般持续几十毫秒到一百毫秒。

但是如果不能及时检测电网异常情况，判断电网侧掉电现象，待直流母线电容电量耗尽后，将没有足够能量维持后端伺服***继续运行，对正在工作的整机***产生报警或故障的影响，甚至对正在加工的工件产生破坏，这种电网掉电现象不仅会影响自身设备的正常工作和稳定性，而且也给正在加工的工件带来损伤的风险，且使用外部电网电压监控模块进行掉电检测，成本较高。

发明内容

本发明提供一种，以克服以上问题。

本发明包括以下步骤：

步骤1、设置采样周期，设置采样周期Ts内的采样数量Ns；采样周期Ts的范围、采样数量Ns的数值，均根据经验设定；

步骤2、在一个采样周期内，采样Ns个三相线电压瞬时值，并计算采样的三相线电压瞬时值的绝对值；

步骤3、根据采样的三相线电压瞬时值的绝对值，判断三相线电压是否处于掉电状态；若三相线电压处于掉电状态，则进行下一步骤；若三相线电压不处于掉电状态，则对下一采样周期，重复步骤2-步骤3的操作，直至三相线电压处于掉电状态；

步骤4、根据三相线电压的连续掉电的采样周期数量，判断三相线电压的掉电类型，所述掉电类型包括：单相掉电、三相掉电。

进一步地，步骤2中，判断三相线电压是否处于掉电状态包括：

将采样的Ns个三相线电压瞬时值的绝对值之间进行比较，在Ns个所述绝对值中，选择大于其他绝对值的绝对值，即第一绝对值，并将第一绝对值和设定阈值进行对比，若第一绝对值小于设定阈值，则判断三相线电压处于掉电状态；反之，则判断三相线电压不处于掉电状态；设定阈值为根据经验设定。

进一步地，步骤4包括：

掉电计数x加1，重复步骤2-步骤3，若下一采样周期未掉电，则判断三相线电压处于单相掉电状态，掉电计数x归零，进行单相掉电报警；若下一采样周期，仍为掉电状态，则重复上述步骤，当掉电计数x的数值大于等于阈值时，则判断三相线电压处于三相掉电状态，并进行三相掉电报警；掉电计数x为初始值为0的正整数，阈值为根据经验判断。

进一步地，在选择采样周期的范围时，根据以下策略进行选择：

在一个采样周期内，一个单相线电压瞬时值的绝对值，持续大于其他两个单相线电压瞬时值的绝对值。

进一步地，当三相线电压处于单相掉电状态时，根据每个单相线电压瞬时值的绝对值，判断掉电的单相线电压：

在三相线电压掉电时所处的采样周期中，将每个单相线电压瞬时值的绝对值中最大的绝对值，分别作为第一故障值、第二故障值、第三故障值；

将第一故障值、第二故障值、第三故障值中，小于其他两个故障值的故障值作为最终故障值，判断最终故障值所属的单相线电压为掉电状态。

本发明利用采集到的线电压，在设定周期内通过与设定阈值比较和计算，推断出电网运行状况，并分析得出具体掉电状态，如某一相掉电或三相掉电，并及时发出掉电报警信号和掉电状态，有利于后端伺服***及时调整。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明流程图；

图2为现有技术的电路图；

图3为本发明三相电网线电压波形；

图4为本发明经过数据处理后三相电网线电压波形；

图5为本发明模拟单相电压掉电波形；

图6为本发明模拟三相电压掉电波形。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明包括以下步骤：

步骤1、设置固定采样周期，设置采样周期Ts内的采样数量Ns；采样周期Ts的范围、采样数量Ns的数值，均根据经验设定；

步骤2、在一个采样周期内，采样Ns个三相线电压瞬时值，并计算采样的三相线电压瞬时值的绝对值；

具体而言，控制器对采集到的电网电压信号进行取绝对值处理，即在接下来的运行中，只进行正数值的比较，并将对应数据存储在数据寄存器中。图3所示为正常三相电网线电压波形，三相电压频率为50Hz，有效值为380V。从图3中可知，在一个周期20ms内，三相线电压共出现3个波峰，即可以认为在6.67ms时间内，就会出现一个电压波峰值。若此时，计算三相线电压瞬时值的绝对值，即对在负半周的线电压波形进行取反处理，将幅值为0以下的波形进行翻转，同样在一个周期内，我们可以会发现三相线电压共出现6个波峰，即可以认为在3.33ms时间内，就会出现一个电压波峰，如图4所示，为我们接下来的运算和检测提供更快速的判断依据。

开始周期中断，控制器开始对电网电压数据实时采样。设定固定采样周期Ts及检测起始标志位T0，作为周期性检测电网电压状态标志。

设定在采样周期Ts时间内采样电网线电压值的个数Ns，依据经验值，通常选择为1800，此时设定计数采样周期Ts/Ns。

步骤3、根据采样的三相线电压瞬时值的绝对值，判断三相线电压是否处于掉电状态；若三相线电压处于掉电状态，则进行下一步骤；若三相线电压不处于掉电状态，则对下一采样周期，重复步骤2-步骤3的操作，直至三相线电压处于掉电状态；

步骤4、根据三相线电压的连续掉电的采样周期数量，判断三相线电压的掉电类型，所述掉电类型包括：单相掉电、三相掉电。

具体而言，对采样周期Ts内存储在数据寄存器中电网线电压Uab、Ubc、Uca三个值进行比较，选择其中最大值，存储在比较寄存器CM_sd1中，为接下来的阈值判断提供数据运算依据。

判断条件的阈值设定参数P1508选取。对于380V交流电压，当考虑±15％的允许波动范围时，对于电压波峰值来说，最小值为：

V＝380*1.414*85％＝456V(1)

经过数据处理后，电网线电压三相波形周期相当于10ms，假设

U_ab＝E_msin(ωt) (2)

令Uab＝Uca，当wt在0-π之间，线电压Uab和Uca相交，则有

经过计算，wt＝0.939，Em取值456，此时线电压Uab＝Uca＝369V。

所以当电网电压满足±15％波动时，此时可以设定参数P1508为369。

将比较器模块中的比较寄存器CM_sd1中数据与阈值参数P1508比较，若比较寄存器CM_sd1中数据小于参数P1508时，则说明该采样周期Ts内，存在电网线电压异常掉电情况，下一步需要经过累加器继续处理。若比较寄存器CM_sd1中数据大于参数P1508时，则说明该采样周期Ts内，未存在电网线电压异常掉电情况，准备一下采样周期Ts+1，继续检测。

优选的，步骤2中，判断三相线电压是否处于掉电状态包括：将采样的Ns个三相线电压瞬时值的绝对值之间进行比较，在Ns个所述绝对值中，选择大于其他绝对值的绝对值，即第一绝对值，并将第一绝对值和设定阈值进行对比，若第一绝对值小于设定阈值，则判断三相线电压处于掉电状态；反之，则判断三相线电压不处于掉电状态；设定阈值为根据经验设定。

优选的，步骤4包括：

掉电计数x加1，重复步骤2-步骤3，若下一采样周期未掉电，则判断三相线电压处于单相掉电状态，掉电计数x归零，进行单相掉电报警；若下一采样周期，仍为掉电状态，则重复上述步骤，当掉电计数x的数值大于等于阈值时，则判断三相线电压处于三相掉电状态，并进行三相掉电报警；掉电计数x为初始值为0的正整数，阈值为根据经验判断。

优选的，在选择采样周期的范围时，根据以下策略进行选择：

在一个采样周期内，一个单相线电压瞬时值的绝对值持续大于其他两个单相线电压瞬时值的绝对值。

优选的，当三相线电压处于单相掉电状态时，根据每个单相线电压瞬时值的绝对值，判断掉电的单相线电压：

在三相线电压掉电时所处的采样周期中，将每个单相线电压瞬时值的绝对值中最大的绝对值，分别作为第一故障值、第二故障值、第三故障值；

将第一故障值、第二故障值、第三故障值中，小于其他两个故障值的故障值作为最终故障值，判断最终故障值所属的单相线电压为掉电状态。

具体而言，模拟单相掉电和三相掉电的线电压波形如图5和图6所示。当在一个采样周期Ts内，通过阈值判断检测出有电网掉电报警信号，根据此时报警信号的线电压相序，如Uab，则对应相序Uab电网掉电报警标志位开始加1，同时，总电网掉电报警标志位也开始加1。当在下一个采样周期Ts+1内，继续检测出电网掉电报警信号，则对应相序电网掉电报警标志位和总电网掉电报警标志位继续加1。若在下一个采样周期Ts+1内未检测出电网掉电报警信号，则总电网掉电报警标志位清零。当总电网掉电报警标志位的数值大于电网状态标志参数P1602，此参数通常设定为5，则判断出此时电网掉电状态为三相掉电，则立即输出三相掉电报警。当总电网掉电报警标志位的数值小于电网状态标志参数P1602，则判断出此时电网掉电状态为单相掉电，此时需进一步判断对应相序电网掉电报警标志位，若Uab电网掉电报警标志位数值为1，则判断出此时电网C相掉电，输出C相掉电报警。

本实施例中采用如图2所示的电路图中，图2中R1～R4为采样电阻，其阻值选取与电网电压幅值相关。U1和U2为差分隔离运算放大器，将采样电阻上的电压信号，以差分信号形式传送给控制器。文中U1、U2采用TI的AMC1200芯片，低偏移误差低噪声，精度0.5％，固定增益8。控制器集成ADC模数转换器，文中采用TI的TMS320F28377 DSP芯片，32位CPU，将采集到的电网线电压信号基于本发明方法进行处理。

有益效果：

1)本发明利用采集到的线电压，实时监控电网电压，在设定周期内通过与设定阈值比较和计算，推断出电网运行状况，并分析得出具体掉电状态，如某一相掉电或三相掉电，并及时发出掉电报警信号和掉电状态，有利于后端伺服***及时调整。

2)本发明基于自身硬件***通过算法实现快速掉电检测功能，不仅降低了整体***的成本，并且在实现电网掉电检测的功能上，更快速且灵活。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种掉电检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、设置采样周期，设置采样周期Ts内的采样数量Ns；采样周期Ts的范围、采样数量Ns的数值，均根据经验设定；

步骤2、在一个采样周期内，采样Ns个三相线电压瞬时值，并计算采样的三相线电压瞬时值的绝对值；

步骤3、根据采样的三相线电压瞬时值的绝对值，判断三相线电压是否处于掉电状态；若三相线电压处于掉电状态，则进行下一步骤；若三相线电压不处于掉电状态，则对下一采样周期，重复步骤2-步骤3的操作，直至三相线电压处于掉电状态；

步骤4、根据三相线电压的连续掉电的采样周期数量，判断三相线电压的掉电类型，所述掉电类型包括：单相掉电、三相掉电。

2.根据权利要求1所述的一种掉电检测方法，其特征在于，所述步骤2中，判断三相线电压是否处于掉电状态包括：

将采样的Ns个三相线电压瞬时值的绝对值之间进行比较，在Ns个所述绝对值中，选择大于其他绝对值的绝对值，即第一绝对值，并将第一绝对值和设定阈值进行对比，若第一绝对值小于设定阈值，则判断三相线电压处于掉电状态；反之，则判断三相线电压不处于掉电状态；设定阈值为根据经验设定。

3.根据权利要求1所述的一种掉电检测方法，其特征在于，所述步骤4包括：

掉电计数x加1，重复步骤2-步骤3，若下一采样周期未掉电，则判断三相线电压处于单相掉电状态，掉电计数x归零，进行单相掉电报警；若下一采样周期，仍为掉电状态，则重复上述步骤，当掉电计数x的数值大于等于阈值时，则判断三相线电压处于三相掉电状态，并进行三相掉电报警；掉电计数x为初始值为0的正整数，阈值为根据经验判断。

4.根据权利要求1所述的一种掉电检测方法，其特征在于，在选择采样周期的范围时，根据以下策略进行选择：

在一个采样周期内，一个单相线电压瞬时值的绝对值，持续大于其他两个单相线电压瞬时值的绝对值。

5.根据权利要求3所述的一种掉电检测方法，其特征在于，当三相线电压处于单相掉电状态时，根据每个单相线电压瞬时值的绝对值，判断掉电的单相线电压：

在三相线电压掉电时所处的采样周期中，将每个单相线电压瞬时值的绝对值中最大的绝对值，分别作为第一故障值、第二故障值、第三故障值；

将第一故障值、第二故障值、第三故障值中，小于其他两个故障值的故障值作为最终故障值，判断最终故障值所属的单相线电压为掉电状态。