[实用新型]基于谐波检测的断相检测电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及三相电机的断相检测,具体是一种基于谐波检测的断相检测电路。

背景技术

三相电机有两种接线方式：星形接法和角形接法，这两种接法都存在发生外部断相或内部断相故障的可能。所谓外部断相是因电机外接的供电电缆（芯线）或连接断开而导致的断相；所谓内部断相是因电机内部的线路（比如绕组）或连接断开而导致的断相。典型的断相情况有4种情况：1、星形接法外部断相，如图1、2所示；2、星形接法内部断相，如图3、4所示；3、角形接法外部断相，如图5、6所示；4、角形接法内部断相，如图7、8所示；从电流互感器检测到的电流上来看，前三种情况的性质是一样的：三相中有一相无电流，致使电机单相运行，这时，A、B两相电流互为反相（假设C断相）；但最后一种情况却有所不同，在这种情况下，虽然发生了断相（角形负载内部断相），但仍然处在三相运行中，只不过现在是非对称三相运行，其中，A、B两相之间相差的角度不是120°而是150°，B、C两相之间相差60°，C、A两相之间相差150°；另外，B、C两相的电流幅度虽然相等，但它们只等于A相电流幅度的0.577倍

针对三相电机的断相故障，现有断相检测方法及特点如下：1、采用电流互感器检测电机的三相供电线路，通过检测线路的电流来判断线路是否完好，但是该方法无法检测出角形接法的内部断相；2、使用微机保护，保护原理：三相用电设备正常工作时，负序电流为零；当发生断相故障时，会出现负序电流，其中，负序电流按照如下步骤获取：a、使用电流互感器采集电机各相供电线路的电流信号，送入单片机或ARM等智能处理器；b、由智能处理器运行微机保护算法（如：两点乘积算法、倒数法、半周积分法等）计算出相电流的向量值；c、以两个相电流的向量值计算得到负序电流值。微机保护能够准确判断所有断相故障，动作可靠，但是对硬件电路要求高，软件计算量大，计算中涉及大量数学运算（如求导、三角函数等），需要使用高性能的处理器。而且三相供电不平衡时也会出现负序电流，使保护动作，导致无法准确判断是否因断相导致保护动作。

发明内容

本实用新型为了能准确判断三相电机的全部断相故障，且不受供电不平衡的干扰，提供了一种基于谐波检测的断相检测电路。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：基于谐波检测的断相检测方法，包括如下步骤：

1）、采集步骤，采用电流互感器采集电机三相供电线路的电流信号；

2）、提取步骤，对采集步骤得到的三相电流信号进行整流，提取三相电流包络信号；

3）、二次谐波检测步骤，采用100Hz带通滤波电路检测三相电流包络信号的二次谐波分量；

4）、二次谐波比重确定步骤，确定三相电流包络信号中二次谐波的比重（或称含量）；

5）、判断步骤，依据三相电流包络信号中二次谐波的比重进行判断，如0≤二次谐波比重≤判断值n，则电机未发生断相；如二次谐波比重＞判断值n，则电机发生断相；其中，所述判断值n的取值范围为：0.4≥判断值n≥0.24。

判断值n的取值范围是按照如下分析过程确定的：依据三相电机典型的断相情况，三相电机的运行状态可以划分为：单相运行状态（即星形接法外部或内部断相以及角形接法外部断相）、角形接法内部断相运行状态、三相对称运行状态（即未发生断相），其对应电流波形如图9、10、11所示；图9、10、11中粗实线所示为A、B、C三个电流波形的包络信号。在三相对称运行时，这一信号含有三次谐波（即150Hz成分，相对于正弦50Hz而言），没有二次谐波（100Hz成分等于0）。当发生断相时，无论是哪一种断相情况，在这一信号中都会包含相当比重的二次谐波含量。

设定电机的三相电流信号为：

i_A=I_Amcosωt

i_B=I_Bmcos(ωt-θ)    -----------（1）

i_C=I_Cmcos(ωt+θ)

其中，假设i_B和i_C对称，I_Bm=I_Cm；

三相电流包络信号用i来表示，它是一个周期性信号，可以用傅立叶级数表示为偶函数：

i=I₀+I_1mcosωt+I_2mcos2ωt+I_3mcos3ωt+......----------（2）