CN115616303A - 一种电机缺相判断方法、装置、存储介质及电机控制器 - Google Patents

一种电机缺相判断方法、装置、存储介质及电机控制器 Download PDF

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CN115616303A CN202211310320.8A CN202211310320A CN115616303A CN 115616303 A CN115616303 A CN 115616303A CN 202211310320 A CN202211310320 A CN 202211310320A CN 115616303 A CN115616303 A CN 115616303A
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林乃劲
吴文贤
肖胜宇
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Abstract

本发明提供一种电机缺相判断方法、装置、存储介质及电机控制器,所述方法包括:采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值;根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态;若判断所述电机处于缺相状态,且处于缺相状态的时间达到第一预设时间,则控制所述电机停机。本发明提供的方案能够可靠识别无感电机缺相状态。

Description

一种电机缺相判断方法、装置、存储介质及电机控制器
技术领域
本发明涉及控制领域,尤其涉及一种电机缺相判断方法、装置、存储介质及电机控制器。
背景技术
电机驱动的工作原理是以电角度的变化规律为控制基准,通过精准控制功率开关器件的通断时序,对直流母线电压进行斩波,从而合成三相交流电,再通过电生磁效应,在电机定子中三相交流电总的合成磁场与电机转子的磁场相互作用后,驱动电机转子进行旋转运行。
在三相直流无刷电机和永磁同步电机控制中,分为有感控制及无感控制两种,有感控制即为带霍尔传感器控制(以下简称有感)的电机,通过霍尔传感器,可以捕捉电机转子的具***置和转速等信息,所以带霍尔传感器控制的电机运行相对较可靠,但由于部件中会增加霍尔传感器,使得电机体积及整体成本受较大影响,而且霍尔传感器对电路走线要求较高,走线极易受信号干扰,干扰也降低了电机整体性能要求,所以使用无霍尔的矢量控制算法控制(以下简称无感)逐渐成为很多电机厂家更新推广的方向。
无感FOC控制能够有效避免有感控制受电路走线干扰大的弊端,通过电机主控芯片对控制器的采样电阻对电流进行采样,并且结合电机的控制模型,计算出电机中的转子位置。但是这种控制方式存在一个缺点,就是在运行过程中可能会出现控制板与电机绕组接头之间的连接线松脱或电机内部绕组绝缘老化或绕组断路等情况,这些情况会导致电机进入缺相状态,而在电机处于单相或多相缺相时,控制器中功率器件电流急剧增大,因为缺相导致合成磁场严重不均匀,致使电机进入异常抖动,扭矩异常致使电机转动以及带载能力大幅降低,严重时会使电机短路损毁。所以针对无感控制的直流无刷电机的缺相工况,开发缺相识别保护的算法成为目前亟需解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述相关技术的缺陷,提供一种电机缺相判断方法、装置、存储介质及电机控制器,以解决相关技术中无感电机控制时缺相判断的问题。
本发明一方面提供了一种电机缺相判断方法,包括:采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值;根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态;若判断所述电机处于缺相状态,且处于缺相状态的时间达到第一预设时间,则控制所述电机停机。
可选地,采集所述电机的三相电流,包括:对所述电机的三相电流中的每一相进行360°电周期扫描,以采集所述电机三相电流中的每一相电流。
可选地,所述占比,包括:第一占比或第二占比;根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态,包括:判断采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比是否小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比是否大于第二预设比例值;若判断所述三相电流中的任一相或两相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比大于第二预设比例值,则确定所述电机处于缺相状态;若判断所述三相电流中的任一相或两相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比大于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比小于等于第二预设比例值,则确定所述电机未处于缺相状态。
可选地,还包括:在控制所述电机停机的时间达到第二预设时间后,向所述电机输入电压信号,采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值;根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否仍处于缺相状态;若判断所述电机未处于缺相状态,则控制所述电机进入正常运行状态。
本发明另一方面提供了一种电机缺相判断装置,包括:采集单元,用于采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值;判断单元,用于根据所述采集单元采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态;控制单元,用于若所述判断单元判断所述电机处于缺相状态,且处于缺相状态的时间达到第一预设时间,则控制所述电机停机。
可选地,所述采集单元,采集所述电机的三相电流,包括:对所述电机的三相电流中的每一相进行360°电周期扫描,以采集所述电机三相电流中的每一相电流。
可选地,所述占比,包括:第一占比或第二占比;所述判断单元,根据所述采集单元采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态,包括:判断子单元,用于判断采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比是否小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比是否大于第二预设比例值;确定子单元,用于若所述判断子单元判断所述三相电流中的任一相或两相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比大于第二预设比例值,则确定所述电机处于缺相状态;若所述判断子单元判断所述三相电流中的任一相或两相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比大于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比小于等于第二预设比例值,则确定所述电机未处于缺相状态。
可选地,还包括:所述采集单元,还用于:在所述控制单元控制所述电机停机的时间达到第二预设时间后,向所述电机输入电压信号,采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值;所述判断单元,还用于:根据所述采集单元采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否仍处于缺相状态;所述控制单元,还用于:若所述判断单元判断所述电机未处于缺相状态,则控制所述电机进入正常运行状态。
本发明又一方面提供了一种存储介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种电机控制器,包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明再一方面提供了一种电机控制器,包括前述任一所述的电机缺相判断装置。
根据本发明的技术方案,对三相电流进行采样后计算总平均值,根据每一相电流值的绝度值低于或高于总平均值的部分的占比,判断电机是否处于缺相状态。在保证可靠识别无感电机缺相状态条件下,亦可实现不同无感电机控制的缺相保护通用性;避免了涉及无感电机参数变化导致判别门槛失效的问题,高效可靠的实现无感电机缺相保护,并保证不同无感电机的保护通用性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明提供的电机缺相判断方法的一实施例的方法示意图;
图2示出了根据采集的所述三相电流中的每一相电流中低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态的步骤的一具体实施方式的流程图;
图3示出了电机正常运行时,三相电流波形效果图;
图4示出了电机正常运行时,三相电流的绝对值和总平均值比例波形效果图;
图5示出了电机缺相时,三相电流绝对值和所缺相平均值比例波形效果图;
图6是本发明提供的电机缺相判断方法的另一实施例的方法示意图;
图7是本发明提供的电机缺相判断方法的一具体实施例的方法示意图;
图8是本发明提供的电机缺相判断装置的一实施例的结构框图;
图9是根据本发明一具体实施方式的判断单元的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅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做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。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
针对无感控制的直流无刷电机的缺相工况,开发缺相识别保护的算法已经成为亟需解决的问题。目前,常使用设定最低门槛电压判别的方法,当三相电U、V、W的电压低于门槛值时就触发缺相保护停机,这种检测方法存在门槛值设定难点,当门槛设置不合格时,易出现缺相误触发或无法实现缺相保护操作等诸多问题,无法保证缺相保护的可靠性,不同电机或负载算法通用性较低。
另一种方法是检测转子坐标系中电流分矢量q轴和d轴电流现象进行判别,例如,利用转子旋转坐标系dq轴中的q轴电流iq的波动幅度进行缺相状态判断,当q轴电流iq波动小,趋向于平稳直流分量,视为正常状态;当q轴电流iq呈正弦状态波动,而且波动幅度大,视为缺相状态。此种方法受芯片运算能力制约较大,且转子旋转坐标系dq轴中的d、q轴电流受外部环境影响较大,存在波形干扰问题,导致经常性出现缺相误触发,不能保证缺相可靠性。
本发明提供一种电机缺相判断方法。该方法可以在电机控制器中实施。该方法主要用于无感电机的缺相判断。
图1是本发明提供的电机缺相判断方法的一实施例的方法示意图。
如图1所示,根据本发明的一个实施例,所述电机缺相判断方法至少包括步骤S110和步骤S120。
步骤S110,采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值。
具体地,对所述电机的三相电流中的每一相进行360°电周期扫描,采集所述电机三相电流中的每一相电流。进行360°电周期扫描,能确保每一个周期都能扫描到,确保数据获取实时性与准确性。所述三相电流的总平均值即三相电流的总值的平均值。对采集的每一相电流值取正(即取绝对值,亦即处理后得到的都是正数),并计算得到所述电机的三相电流的实时总平均值P,即,对U、V、W三相电流值的绝对值求和,再除以3得到三相电流的总平均值。更具体地,先采集三相电流,然后取绝对值处理,处理完后得到的都是正数,针对每一个取点的电角度的三相中的正数进行求和,求和后再除以3(因为有3相),得到平均值就是总平均值,作为判别门槛。
优选地,在至少一个电周期内扫描N+1次(N为≥4的偶数,如20、60、1000、10000等),通过扫描的次数进行360°全电周期建立缺相比例门槛。例如,在一个360°扫描的电角度周期里,正周期与负周期各占一半,即正周期的电角度为0—180°,负周期的电角度180°—360°,当取绝对值后,正周期与负周期都变为正,表现为两个正的弧形正弦波,取完平均值后,正常情况下,平均值以上部分的面积大于平均值以下部分的面积,例如,扫描的角度点为100个时,即,在0—360°内取100个点,对这些点上的三相电流分别取绝对值,然后求和除以3取平均值作为判别门槛,即三相电流的总平均值,而这100个点中,能取到大于判别门槛的点数占100个点的比例,即为特定比例,例如2/3,而将整个360度电角度周期/100,就是每个取点所在的电角度,由于高于判别门槛值的部分的点数是特定的,所以这个高于部分的电角度也相应的对应,称为特定约束的电角度,跟取的点数相关。
步骤S120,根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态。
图2示出了根据采集的所述三相电流中的每一相电流中低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态的步骤的一具体实施方式的流程图。如图2所示,在一种具体实施方式中,所述占比,包括:第一占比或第二占比。步骤S120包括步骤S121、步骤S122和步骤S123。
步骤S121,判断采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比是否小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比是否大于第二预设比例值。
步骤S122,若判断所述三相电流中的任一相或两相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比大于第二预设比例值,则确定所述电机处于缺相状态。
步骤S123,若判断所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比均大于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比均小于等于第二预设比例值,则确定所述电机未处于缺相状态。
具体地,根据采集的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的电流值的个数在采集的电流值总个数中的占比(即第一占比),判断所述电机是否处于缺相状态。即,每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分,即采集的电流值的绝对值低于所述总平均值的电流值的个数,在采集的电流值总个数中的占比。例如,采集N+1次电流,采集N+1个电流值,判断其中电流值的绝对值低于所述总平均值的电流值的个数与N+1的比值。
根据采集的每一相电流中电流值的绝对值高于所述总平均值的电流值的个数在采集的电流值总个数中的占比(即第二占比),判断所述电机是否处于缺相状态。即,每一相电流中电流值的绝对值高于所述总平均值的部分,即采集的电流值的绝对值高于所述总平均值的电流值的个数,在采集的电流值总个数中的占比。例如,采集N+1次电流,采集N+1个电流值,判断其中电流值的绝对值高于所述总平均值的电流值的个数与N+1的比值。
当缺相发生时,至少有一相是没有电流的,即判别该缺失相的电流为0,而其余相的电流是存在的,在将三相电流取绝对值再求和后除以3求平均得到判别门槛,虽然只有两相电流求绝对值并求和除以3,即判别门槛平均值变小了,但是缺失相的电流值为0,肯定低于该平均值,所以在360度电角度周期里取多少个点,得到的低于判别门槛值的点的比例肯定是1,同理高于判别门槛值的点的比例肯定为0,按照这种方法进行判断缺相,能保证解决缺相算法的通用性,解决缺相通用化判别的瓶颈问题。
图3示出了电机正常运行时,三相电流波形效果图。图4示出了电机正常运行时,三相电流的绝对值和总平均值比例波形效果图。图5示出了电机缺相时,三相电流绝对值和所缺相平均值比例波形效果图。
图结合图4及图5所示,以IU缺相为例,IU电流的绝对值低于总平均值的部分(图4、图5中,4为电机正常运行时的三相电流总平均值,1、2、3部分为IU电流的绝对值低于总平均值的部分)占整个全电周期N+1次扫描的部分的比例K1应满足K1≤1/R(第一预设比例值1/R小于1,R是常数,正常时1/R为小于1的数值,即为分数,典型值为1/3、5/12,缺相发生时1/R为大于典型值例如R为1时,即为缺相状态),当判断当前扫描的全电周期内每一相电流中低于三相电流的总平均值的部分的占比K1≤1/R时,即确定电机未处于缺相状态,即处于正常状态,则不会触发停机操作,从而保证电机正常运行。
参考图5所示,4为电机正常运行时的三相电流总平均值,5为电机缺相时的三相电流总平均值,1、2、3部分为IU电流的绝对值低于三相电流总平均值的部分,当电机发生一相到两相缺相时,IU相电流的绝对值低于总平均值的部分占整个全电周期N+1次扫描的部分的比例已经为1,即K1>1/R(虽然缺相后总值后平均值变低,但肯定大于已缺一相的电流,因为所缺相电流为0,断路状态),当判断当前周期每一相电流的电流值的绝对值低于三相电流总平均值的部分占比全电周期比例K1>1/R时,即为缺相状态。
如图1所示,根据本发明的另一实施例,所述电机缺相判断方法还包括步骤S130。
步骤S130,若判断所述电机处于缺相状态,且处于缺相状态的时间达到第一预设时间,则控制所述电机停机。
具体地,当判断所述电机处于缺相状态时开始计时,当计时时间t≥t1时,控制所述电机停机,实现所述电机的停机保护。
当电机发生一相到两相缺相时,若此时电机三相均断路导致三项电流均为0,且运算后三相电流总平均值也为0,但此时因为三相电流均断路了,电机没有电流输入,也会自行停机。
本发明的缺相判断方法主要针对1-2相的缺相工况,特殊情况下,例如电机UVW三根线由于人为因素(如脚踢到相线导致都断了),因为3根线都断了,控制器都发出的信号都没反馈了,电机没有能量回路,所以根本驱动不起来,将自行停机。
图6是本发明提供的电机缺相判断方法的另一实施例的方法示意图。
如图6所示,基于上述实施例,根据本发明的另一个实施例,所述电机缺相判断方法还包括步骤S140、步骤S150和步骤S160。
步骤S140,在控制所述电机停机的时间达到第二预设时间后,向所述电机输入电压信号,采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值。
步骤S150,根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否仍处于缺相状态。
步骤S160,若判断所述电机未处于缺相状态,则控制所述电机进入正常运行状态。
具体地,当满足停机持续时间≥t2时间时(t1、t2无关联要求),尝试对三相电流输入正弦控制波形,然后对三相电流进行采集,并计算电机的三相电流的总平均值,并根据采集的每一相电流中低于总平均值的部分的占比,判断电机是否仍处于缺相状态,即,按照前述步骤S121~S123判断电机是否仍处于缺相状态,若判断缺相条件消除,则控制电机重新进入正常运行状态。所述正常运行状态,即再次按照前述步骤判断电机是否缺相,即采集电机的三相电流,并确定所述三相电流的总平均值,根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的占比,判断电机是否处于缺相状态,判别不满足缺相条件时,就循环采集继续判断。
为清楚说明本发明技术方案,下面再以一个具体实施例对本发明提供的电机缺相判断方法的执行流程进行描述。
图7是本发明提供的电机缺相判断方法的一具体实施例的方法示意图。
本发明可以在电机控制器中实施,实施时可由相电流实时采集模块、主控逻辑模块及执行功率开关模块实现,其中,主控逻辑模块可以分为主控逻辑模块判别功能区、主控逻辑模块停机功能区及主控逻辑模块启动功能区三部分。
如图7所示,相电流实时采集模块对三相电流进行采集,将采集信息实时传递给主控逻辑模块判别功能区,主控逻辑模块判别功能区将相电流取正并进行总平均值计算,当主控逻辑模块判别功能区判断当前周期每一相电流中电流值的绝对值低于总平均值的部分的占比K1≤1/R时,即为正常状态,不会触发主控逻辑模块停机功能区动作,从而保证电机正常运行。当主控逻辑模块判别功能区判断当前周期每一相电流中电流值的绝对值低于总平均值的部分占比K1>1/R时(即各相电流参数大于门槛比例参数),即判断电机为缺相状态,主控逻辑模块判别功能区会触发计时累加,当满足持续时间≥t1时间时,触发主控逻辑模块停机功能区动作,控制执行功率开关模块发生响应停机动作,促使电机停机保护。当判断满足停机持续时间≥t2时间时,主控逻辑模块启动功能区动作,尝试对三相电流输入正弦控制波形,然后控制相电流实时采集模块对三相电流进行采集,若判断缺相条件消除,即控制电机重新进入正常运行状态。
本发明还提供一种电机缺相判断装置。该装置可以在电机控制器中实施。该装置主要用于无感电机的缺相判断。
图8是本发明提供的电机缺相判断装置的一实施例的结构框图。如图8所示,所述电机缺相判断装置100包括采集单元110和判断单元120。
采集单元110用于采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值。
具体地,对所述电机的三相电流中的每一相进行360°电周期扫描,采集所述电机三相电流中的每一相电流。进行360°电周期扫描,能确保每一个周期都能扫描到,确保数据获取实时性与准确性。所述三相电流的总平均值即三相电流的总值的平均值。对采集的每一相电流值取正(即取绝对值,亦即处理后得到的都是正数),并计算得到所述电机的三相电流的实时总平均值P,即,对U、V、W三相电流值的绝对值求和,再除以3得到三相电流的总平均值。更具体地,先采集三相电流,然后取绝对值处理,处理完后得到的都是正数,针对每一个取点的电角度的三相中的正数进行求和,求和后再除以3(因为有3相),得到平均值就是总平均值,该总平均值用作比例判别门槛。
优选地,在至少一个电周期内扫描N+1次(N为≥4的偶数,如20、60、1000、10000等),通过扫描的次数进行360°全电周期建立缺相比例门槛。例如,在一个360°扫描的电角度周期里,正周期与负周期各占一半,即正周期的电角度为0—180°,负周期的电角度180°—360°,当取绝对值后,正周期与负周期都变为正,表现为两个正的弧形正弦波,取完平均值后,正常情况下,平均值以上部分的面积大于平均值以下部分的面积,例如,扫描的角度点为100个时,即,在0—360°内取100个点,对这些点上的三相电流分别取绝对值,然后求和除以3取平均值作为判别门槛,即三相电流的总平均值,而这100个点中,能取到大于判别门槛的点数占100个点的比例,即为特定比例(后文中的第一预设比例值),例如2/3,而将整个360度电角度周期/100,就是每个取点所在的电角度,由于高于判别门槛值的部分的点数是特定的,所以这个高于部分的电角度也相应的对应,称为特定约束的电角度,跟取的点数相关。
判断单元120用于根据所述采集单元采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态。
图9是根据本发明一具体实施方式的判断单元的结构框图。如图9所示,在一种具体实施方式中,所述占比,包括:第一占比或第二占比。判断单元120具体可以包括判断子单元121和确定子单元122。
判断子单元121用于判断采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比是否小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比是否大于第二预设比例值。
确定子单元122用于若所述判断子单元判断所述三相电流中的任一相或两相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比大于第二预设比例值,则确定所述电机处于缺相状态;若所述判断子单元判断所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比均大于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比均小于等于第二预设比例值,则确定所述电机未处于缺相状态。
具体地,根据采集的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的电流值的个数在采集的电流值总个数中的占比,判断所述电机是否处于缺相状态。即,每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分,即采集的电流值的绝对值低于所述总平均值的电流值的个数,在采集的电流值总个数中的占比。例如,采集N+1次电流,采集N+1个电流值,判断其中电流值的绝对值低于所述总平均值的电流值的个数与N+1的比值。
根据采集的每一相电流中电流值的绝对值高于所述总平均值的电流值的个数在采集的电流值总个数中的占比(即第二占比),判断所述电机是否处于缺相状态。即,每一相电流中电流值的绝对值高于所述总平均值的部分,即采集的电流值的绝对值高于所述总平均值的电流值的个数,在采集的电流值总个数中的占比。例如,采集N+1次电流,采集N+1个电流值,判断其中电流值的绝对值高于所述总平均值的电流值的个数与N+1的比值。
当缺相发生时,至少有一相是没有电流的,即判别该缺失相的电流为0,而其余相的电流是存在的,在将三相电流取绝对值再求和后除以3求平均得到判别门槛值,虽然只有两相电流求绝对值并求和除以3,即判别门槛平均值变小了,但是缺失相的电流值为0,肯定低于该平均值,所以在360度电角度周期里取多少个点,得到的低于判别门槛值的点的比例肯定是1,同理高于判别门槛值的点的比例肯定为0,按照这种方法进行判断缺相,能保证解决缺相算法的通用性,解决缺相通用化判别的瓶颈问题。
图3示出了电机正常运行时,三相电流波形效果图。图4示出了电机正常运行时,三相电流的绝对值和总平均值比例波形效果图。图5示出了电机缺相时,三相电流绝对值和所缺相平均值比例波形效果图。
图结合图4及图5所示,以IU缺相为例,IU电流的绝对值低于总平均值的部分(图4、图5中,4为电机正常运行时的三相电流总平均值,1、2、3部分为IU电流的绝对值低于总平均值的部分)占整个全电周期N+1次扫描的部分的比例K1应满足K1≤1/R(第一预设比例值1/R小于1,R是常数,正常时1/R为小于1的数值,即为分数,典型值为1/3、5/12,缺相发生时1/R为大于典型值例如R为1时,即为缺相状态),当判断当前扫描的全电周期内每一相电流中低于三相电流的总平均值的部分的占比K1≤1/R时,即确定电机未处于缺相状态,即处于正常状态,则不会触发停机操作,从而保证电机正常运行。
参考图5所示,4为电机正常运行时的三相电流总平均值,5为电机缺相时的三相电流总平均值,1、2、3部分为IU电流的绝对值低于三相电流总平均值的部分,当电机发生一相到两相缺相时,IU相电流的绝对值低于总平均值的部分占整个全电周期N+1次扫描的部分的比例已经为1,即K1>1/R(虽然缺相后总值后平均值变低,但肯定大于已缺一相的电流,因为所缺相电流为0,断路状态),当判断当前周期每一相电流的电流值的绝对值低于三相电流总平均值的部分占比全电周期比例K1>1/R时,即为缺相状态。
如图8所示,根据本发明的另一实施例,所述装置100还包括控制单元130。
控制单元130用于若所述判断单元120判断所述电机处于缺相状态,且处于缺相状态的时间达到第一预设时间,则控制所述电机停机。
具体地,当判断所述电机处于缺相状态时开始计时,当计时时间t≥t1时,控制所述电机停机,实现所述电机的停机保护。
当电机发生一相到两相缺相时,若此时电机三相均断路导致三项电流均为0,且运算后三相电流总平均值也为0,但此时因为三相电流均断路了,电机没有电流输入,也会自行停机。
本发明的缺相判断方法主要针对1-2相的缺相工况,特殊情况下,例如电机UVW三根线由于人为因素(如脚踢到相线导致都断了),因为3根线都断了,控制器都发出的信号都没反馈了,电机没有能量回路,所以根本驱动不起来,将自行停机。
进一步地,基于上述实施例,根据本发明的另一个实施例,所述采集单元,还用于:在所述控制单元控制所述电机停机的时间达到第二预设时间后,向所述电机输入电压信号,采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值;所述判断单元,还用于:根据所述采集单元采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否仍处于缺相状态;所述控制单元,还用于:若所述判断单元判断所述电机未处于缺相状态,则控制所述电机进入正常运行状态。
具体地,当满足停机持续时间≥t2时间时(t1、t2无关联要求),尝试对三相电流输入正弦控制波形,然后对三相电流进行采集,并计算电机的三相电流的总平均值,并根据采集的每一相电流中低于总平均值的部分的占比,判断电机是否仍处于缺相状态,即按照前述步骤S121~S122判断电机是否仍处于缺相状态,若判断缺相条件消除,则控制电机重新进入正常运行状态。所述正常运行状态,即再次按照前述步骤判断电机是否缺相,即采集电机的三相电流,并确定所述三相电流的总平均值,根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的占比,判断电机是否处于缺相状态,判别不满足缺相条件时,就循环采集继续判断。
本发明还提供对应于所述电机缺相判断方法的一种存储介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述电机缺相判断方法的一种电机控制器,包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现前述任一所述方法的步骤。
本发明还提供对应于所述电机缺相判断装置的一种电机控制器,包括前述任一所述的电机缺相判断装置。
据此,本发明提供的方案,对三相电流进行采样后计算总体平均值,根据每一相电流值的绝度值低于或高于总平均值的部分的占比,判断电机是否处于缺相状态。在特定约束的电角度内三相电流每一相的值是高于平均值的,当出现特定约束的电角度内三相电流每一相的值是低于三相总值后的平均值时,且判别一定次数后,即可判别为缺相状态。在保证可靠识别无感电机缺相状态条件下,亦可实现不同无感电机控制的缺相保护通用性;避免了涉及无感电机参数变化导致判别门槛失效的问题,高效可靠的实现无感电机缺相保护,并保证不同无感电机的保护通用性。。
本文中所描述的功能可在硬件、由处理器执行的软件、固件或其任何组合中实施。如果在由处理器执行的软件中实施,那么可将功能作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体予以传输。其它实例及实施方案在本发明及所附权利要求书的范围及精神内。举例来说,归因于软件的性质,上文所描述的功能可使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些中的任何者的组合执行的软件实施。此外,各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为控制装置的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (12)

1.一种电机缺相判断方法,其特征在于,包括:
采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值;
根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:
若判断所述电机处于缺相状态,且处于缺相状态的时间达到第一预设时间,则控制所述电机停机。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,采集所述电机的三相电流,包括:
对所述电机的三相电流中的每一相进行360°电周期扫描,以采集所述电机三相电流中的每一相电流。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法,其特征在于,所述占比,包括:第一占比或第二占比;
根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态,包括:
判断采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比是否小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比是否大于第二预设比例值;
若判断所述三相电流中的任一相或两相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比大于第二预设比例值,则确定所述电机处于缺相状态;
若判断所述三相电流中的任一相或两相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比大于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比小于等于第二预设比例值,则确定所述电机未处于缺相状态。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法,其特征在于,还包括:
在控制所述电机停机的时间达到第二预设时间后,向所述电机输入电压信号,采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值;
根据采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否仍处于缺相状态;
若判断所述电机未处于缺相状态,则控制所述电机进入正常运行状态。
6.一种电机缺相判断装置,其特征在于,包括:
采集单元,用于采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值;
判断单元,用于根据所述采集单元采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,还包括:
控制单元,用于若所述判断单元判断所述电机处于缺相状态,且处于缺相状态的时间达到第一预设时间,则控制所述电机停机。
8.根据权利要求6或7所述的装置,其特征在于,所述采集单元,采集所述电机的三相电流,包括:
对所述电机的三相电流中的每一相进行360°电周期扫描,以采集所述电机三相电流中的每一相电流。
9.根据权利要求6-8任一项所述的装置,其特征在于,所述占比,包括:第一占比或第二占比;
所述判断单元,根据所述采集单元采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否处于缺相状态,包括:
判断子单元,用于判断采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比是否小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比是否大于第二预设比例值;
确定子单元,用于若所述判断子单元判断所述三相电流中的任一相或两相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比小于等于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比大于第二预设比例值,则确定所述电机处于缺相状态;
若所述判断子单元判断所述三相电流中的任一相或两相电流中电流值的绝对值低于所述总平均值的部分的第一占比大于第一预设比例值,或者电流值的绝对值高于所述总平均值的部分的第二占比小于等于第二预设比例值,则确定所述电机未处于缺相状态。
10.根据权利要求6-9任一项所述的装置,其特征在于,还包括:
所述采集单元,还用于:在所述控制单元控制所述电机停机的时间达到第二预设时间后,向所述电机输入电压信号,采集所述电机的三相电流,并确定所述电机的三相电流的总平均值;
所述判断单元,还用于:根据所述采集单元采集的所述三相电流中的每一相电流中电流值的绝对值低于或高于所述总平均值的部分的占比,判断所述电机是否仍处于缺相状态;
所述控制单元,还用于:若所述判断单元判断所述电机未处于缺相状态,则控制所述电机进入正常运行状态。
11.一种存储介质,其特征在于,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一所述方法的步骤。
12.一种电机控制器,其特征在于,所述电机控制器包括处理器、存储器以及存储在存储器上可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-5任一所述方法的步骤,或者,所述电机控制器包括如权利要求6-10任一所述的电机缺相判断装置。
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