所公開的實(shí)施方式總體上涉及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，并特別地涉及用于檢測并保護(hù)這種感應(yīng)電動(dòng)機(jī)免受長啟動(dòng)條件的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明背景

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)由于它們的低成本和高效率和可靠性等等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用于工業(yè)應(yīng)用。典型的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)包括固定構(gòu)件或定子，其具有在其上的多個(gè)線圈以及可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在定子內(nèi)的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件或轉(zhuǎn)子。將正弦電壓或交流電壓施加到定子線圈引入使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)通常以單相和三相電壓下工作，但是雙相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)也是可用的。

存在用于啟動(dòng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的各種技術(shù)。一個(gè)這種技術(shù)是直接在線(DOL)啟動(dòng)，其中電動(dòng)機(jī)的終端被直接連接到電源供應(yīng)，電源通常被連接到AC市電。利用DOL啟動(dòng)，三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可在啟動(dòng)之后立即消耗其額定滿載電流的五到八倍之間，被稱為“轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)”電流。隨著電動(dòng)機(jī)加速，負(fù)載電流略有下降，直到電動(dòng)機(jī)達(dá)到其全速的70％到80％，其后負(fù)載電流朝著電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流急速下降。電動(dòng)機(jī)達(dá)到全速所需要的時(shí)間被稱為“啟動(dòng)”時(shí)間并可持續(xù)幾秒，這取決于電動(dòng)機(jī)的尺寸和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的慣性。

保護(hù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)免受電流過載的多數(shù)電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)設(shè)備在將電力從電動(dòng)機(jī)斷開之前考慮上述啟動(dòng)時(shí)間。這些設(shè)備(其可包括斷路器、過載繼電器和其他類型的電路中斷設(shè)備)通?；谠O(shè)備的“脫扣級(jí)別”而延遲脫扣幾秒，以適應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間。更高的脫扣級(jí)別可被用于具有更高的慣性負(fù)載的電動(dòng)機(jī)等等，其中一些過載保護(hù)設(shè)備允許在脫扣之前多達(dá)30秒以使得電動(dòng)機(jī)達(dá)到全速，被稱為“長啟動(dòng)”。

有時(shí)候，電動(dòng)機(jī)由于過載、電動(dòng)機(jī)損壞或其他原因而失速或以其他方式不能夠適當(dāng)?shù)貑?dòng)。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍然消耗轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電流，但是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)已經(jīng)失速或卡阻而不旋轉(zhuǎn)或啟動(dòng)。然而，在現(xiàn)有過載保護(hù)設(shè)備中，失速啟動(dòng)通常不被區(qū)別于長啟動(dòng)。這些過載保護(hù)設(shè)備通常允許失速電動(dòng)機(jī)繼續(xù)消耗轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電流，直到脫扣之前的指定啟動(dòng)時(shí)段到期。電動(dòng)機(jī)線圈中的轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電流的這種延長的間隔可損壞電動(dòng)機(jī)和電源電路，生成余熱，(尤其是如果電動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)不工作時(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)失速時(shí)通常如此)，并在允許隨后的重啟之前需要較長的冷卻時(shí)段。

為了解決上述問題，某些高端過載保護(hù)設(shè)備使用可存在于電源電壓和電動(dòng)機(jī)電流之間的相移的分析，以檢測失速啟動(dòng)。其他過載保護(hù)設(shè)備使用轉(zhuǎn)速計(jì)來直接測量電動(dòng)機(jī)速度并從而檢測失速啟動(dòng)。例如，可使用轉(zhuǎn)子條諧波等來估計(jì)電動(dòng)機(jī)速度。然而，除了增加復(fù)雜度和成本之外，這些技術(shù)的一些(例如，使用轉(zhuǎn)子條諧波來估計(jì)電動(dòng)機(jī)速度等)在瞬態(tài)條件期間不像在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間一樣工作。

因此，存在對(duì)于檢測并保護(hù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)免受失速啟動(dòng)條件影響的改進(jìn)方式的需求。

公開的實(shí)施方式的概述

本文公開的實(shí)施方式針對(duì)用于檢測并保護(hù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)免受失速啟動(dòng)條件影響的方法和系統(tǒng)。方法和系統(tǒng)提供了包括能夠區(qū)分長啟動(dòng)和失速啟動(dòng)條件的失速啟動(dòng)檢測器的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)設(shè)備。失速啟動(dòng)檢測器使用電動(dòng)機(jī)相電流來確定電動(dòng)機(jī)是否正在正確地啟動(dòng)或已經(jīng)失速。這使得過載保護(hù)設(shè)備馬上識(shí)別失速啟動(dòng)條件并立即脫扣，而不是允許電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)段期間繼續(xù)消耗轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電流。這種過載保護(hù)設(shè)備可以是斷路器、過載保護(hù)繼電器或其他類型的電路中斷設(shè)備，并可與包括雙相電動(dòng)機(jī)、三相電動(dòng)機(jī)等的任何合適的多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一起使用。且因?yàn)橹挥须妱?dòng)機(jī)相電流被用于檢測失速啟動(dòng)，所以本文公開的電動(dòng)機(jī)過載保護(hù)設(shè)備不要求電壓相移信息和/或電動(dòng)機(jī)速度測量，從而簡化電動(dòng)機(jī)的整體管理。

在一些實(shí)施方式中，本文公開的過載保護(hù)設(shè)備的失速啟動(dòng)檢測器利用以下事實(shí)：事實(shí)上，大多數(shù)的多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在它們的相電壓和電流之間具有輕微的不平衡。這種不平衡可使用公知的對(duì)稱分量變換建模為相序的三個(gè)平衡集。在具有相位“a”、“b”和“c”的三相電動(dòng)機(jī)中，例如，可使用具有相序“a-b-c”的一個(gè)不平衡集、具有相序“a-c-b”的第二不平衡集和具有對(duì)齊的所有三個(gè)相位的另一個(gè)平衡集來表示相位不平衡。被稱為正相序、負(fù)相序和零相序的平衡集然后分別可被用于計(jì)算失速指標(biāo)。

在一些實(shí)施方式中，失速指標(biāo)可以是用于正序的電流大小和用于負(fù)序的電流大小的比率。該比率基于電動(dòng)機(jī)速度而變化并可被使用作為電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)的指示。隨著電動(dòng)機(jī)速度從零開始增長，正序電流大小降低并且負(fù)序電流大小增長，導(dǎo)致逐漸小的比率。如果比率保持大致上相同，那么電動(dòng)機(jī)沒在加速也沒在減速。因此，通過查找在啟動(dòng)期間的正相序電流大小和負(fù)相序電流大小的比率中的變化(降低)，失速啟動(dòng)檢測器可能夠檢測電動(dòng)機(jī)是在正確地啟動(dòng)還是存在其失速。

在一些實(shí)施方式中，失速啟動(dòng)檢測器可通過獲得電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間的電動(dòng)機(jī)相電流的測量結(jié)果來實(shí)施以上檢測。例如，可使用連接至電動(dòng)機(jī)終端的電流傳感器來測量電動(dòng)機(jī)相電流的大小而獲得該測量。傳感器優(yōu)選地能夠以足夠高的采樣率測量電動(dòng)機(jī)相電流，以允許失速啟動(dòng)檢測器近乎實(shí)時(shí)地計(jì)算正序電流大小和負(fù)序電流大小。失速啟動(dòng)檢測器然后可使用這些測量結(jié)果以使用公知的對(duì)稱分量變換來推導(dǎo)出正序電流大小和負(fù)序電流大小。正序電流大小和負(fù)序電流大小的比率然后可被監(jiān)控以檢測啟動(dòng)間隔期間的任何變化。因此，例如，如果失速啟動(dòng)檢測器檢測到比率在降低，則這意味著電動(dòng)機(jī)在加速并因此正確啟動(dòng)。另一方面，如果失速啟動(dòng)檢測器檢測到比率在啟動(dòng)間隔的至少一部分(例如，50％)之內(nèi)不變化，則這意味著電動(dòng)機(jī)未在加速并可能失速，這種情況下，過載保護(hù)設(shè)備可立即脫扣以將電動(dòng)機(jī)從電源斷開。

在一些實(shí)施方式中，除了正序電流大小和負(fù)序電流大小的比率不變化之外，失速啟動(dòng)檢測器還可需要所測量的相電流為電動(dòng)機(jī)滿載電流的至少兩倍，以便確保電動(dòng)機(jī)正在消耗轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電流以指示故障。在一些實(shí)施方式中，失速啟動(dòng)檢測器還可人工地注入或以其他方式在電動(dòng)機(jī)相電壓之間產(chǎn)生不平衡，以便確?？墒褂孟嘈虻娜齻€(gè)平衡集來正確地對(duì)電動(dòng)機(jī)相電流進(jìn)行建模。

總的來說，一方面，所公開的實(shí)施方式涉及檢測多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中的失速啟動(dòng)的方法。除了別的之外，該方法包括：獲得在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)間隔期間的電動(dòng)機(jī)相電流的測量結(jié)果；使用電動(dòng)機(jī)相電流的測量結(jié)果推導(dǎo)出在啟動(dòng)間隔期間電動(dòng)機(jī)相電流的正序的大?。灰约笆褂秒妱?dòng)機(jī)相電流的測量結(jié)果推導(dǎo)出在啟動(dòng)間隔期間電動(dòng)機(jī)相電流的負(fù)序大小。該方法還包括使用正序的大小和負(fù)序的大小計(jì)算失速指標(biāo)，并如果失速指標(biāo)滿足預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)則去除提供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電力。

總的來說，在另一方面，所公開的實(shí)施方式涉及用于檢測多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中的失速啟動(dòng)的檢測器。除了別的之外，檢測器包括：電動(dòng)機(jī)電流采集模塊，其被配置成獲得感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)間隔期間的電動(dòng)機(jī)相電流的測量結(jié)果；以及正序和負(fù)序模塊，其被配置成將電動(dòng)機(jī)相電流轉(zhuǎn)換成正相序電流和負(fù)相序電流。檢測器還包括失速指示模塊，其被配置成推導(dǎo)出正電流相序的大小和負(fù)相序電流的大小的比率。檢測器被配置成如果比率在啟動(dòng)間隔期間與先前獲取的比率保持大致上未變化則使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)從電源移除。

總的來說，在又一方面，所公開的實(shí)施方式涉及用于多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)。除了別的之外，該系統(tǒng)包括：電源，其被配置成將電力提供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；以及控制器，其被連接到電源并被配置成控制由電源提供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電力。系統(tǒng)還包括過載保護(hù)設(shè)備，其被連接至電源并被配置成計(jì)算在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)期間來自被提供至感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電力的正相序電流大小和負(fù)相序電流大小。過載保護(hù)設(shè)備還被配置成基于正相序電流大小和負(fù)相序電流大小的比率來去除提供給感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電力。

附圖簡述

通過閱讀下文的詳細(xì)描述并且通過參考附圖，公開的各實(shí)施方式的上述和其他優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，在附圖中：

圖1是根據(jù)所公開的實(shí)施方式的一些實(shí)現(xiàn)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的框圖；

圖2A和圖2B是根據(jù)所公開的實(shí)施方式的一些實(shí)現(xiàn)的用于分別使用正相序和負(fù)相序的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電路模型；

圖3是根據(jù)所公開的實(shí)施方式的一些實(shí)現(xiàn)的失速啟動(dòng)檢測器的框圖；

圖4是根據(jù)所公開的實(shí)施方式的一些實(shí)現(xiàn)的用于計(jì)算正相序和負(fù)相序的方法的流程圖；以及

圖5是根據(jù)所公開的實(shí)施方式的一些實(shí)現(xiàn)的用于檢測失速啟動(dòng)的方法的流程圖。

公開的實(shí)施方式的具體描述

首先，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，結(jié)合所公開的實(shí)施方式的多個(gè)方面的實(shí)際真正的商業(yè)應(yīng)用的開發(fā)將需要許多實(shí)施的具體決定以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者對(duì)于商業(yè)實(shí)施方式的最終目標(biāo)。這種實(shí)施的具體決定可以包括，并且很可能并不限于，與系統(tǒng)相關(guān)的、商業(yè)相關(guān)的、政府相關(guān)的以及其他限制相符合，這可根據(jù)具體實(shí)施、位置且不時(shí)地改變。雖然開發(fā)者的努力在絕對(duì)意義上可能是復(fù)雜的且耗時(shí)的，但盡管如此，這種努力將仍然是獲得本公開的益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員的例行任務(wù)。

還應(yīng)理解，本文中公開的和教導(dǎo)的各實(shí)施方式容易受到許多且不同的修改和替換形式的影響。因此，諸如但不限于“一(a)”等的單數(shù)術(shù)語的使用，并不旨在限制項(xiàng)目的數(shù)量。類似地，在文字描述中使用的諸如但不限于“頂部(top)”、“底部(bottom)”、“左(left)”、“右(right)”、“上部(upper)”、“下部(lower)”、“下(down)”、“上(up)”、“側(cè)(side)”等的任何關(guān)系術(shù)語是為了在具體參照附圖時(shí)清楚描述的目的，并且不旨在限制本發(fā)明的范圍。

現(xiàn)在參考圖1，根據(jù)本文所公開的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式示出了用于諸如感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的AC電動(dòng)機(jī)102的電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)100的框圖。在本示例中的電動(dòng)機(jī)102是典型的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其具有定子(未明確示出)、可旋轉(zhuǎn)地放置在定子內(nèi)并通過三相電流Ia、Ib和Ic驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)子(未明確示出)。盡管示出了三相電動(dòng)機(jī)，但應(yīng)理解，在不脫離所公開的實(shí)施方式的范圍的情況下還可使用雙相或其他類型的多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。如可看出的，電動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)100具有若干個(gè)主組件，包括電源模塊104、控制器106、電流傳感器108和過載保護(hù)設(shè)備110。AC市電112通過電源模塊104為電動(dòng)機(jī)102提供電力，且外部控制系統(tǒng)114通過控制器106提供對(duì)電動(dòng)機(jī)102的總控制。

在一般操作中，例如可以是智能功率模塊(IPM)的電源模塊104將來自AC市電112的AC功率轉(zhuǎn)換成用于啟動(dòng)并運(yùn)行電動(dòng)機(jī)102的三相電流Ia、Ib和Ic?？刂破?06通常是被編程為控制電源模塊104以產(chǎn)生用于相電流Ia、Ib和Ic的適當(dāng)?shù)拇笮『拖辔唤堑奈⒖刂破鲉卧?MCU)。這些大小和相位角可使用由電流傳感器108提供的電動(dòng)機(jī)102中的實(shí)際相電流Ia’、Ib’和Ic’的實(shí)時(shí)或接近實(shí)時(shí)的測量而通過控制器106得到?？墒褂媚軌?qū)崟r(shí)或近似實(shí)時(shí)地測量電動(dòng)機(jī)102中的相電流Ia’、Ib’和Ic’的任何合適的電流傳感器108，包括霍爾效應(yīng)傳感器、電流變換器等。過載保護(hù)設(shè)備110(其例如可以是斷路器、過載繼電器等)在電動(dòng)機(jī)102中檢測到過載電流之后將電源模塊104與電動(dòng)機(jī)102斷開或以其他方式去除。

根據(jù)所公開的實(shí)施方式，過載保護(hù)設(shè)備110包括失速啟動(dòng)檢測器116，該失速啟動(dòng)檢測器116被配置成檢測并區(qū)分電動(dòng)機(jī)102中的容許長啟動(dòng)和有問題的失速啟動(dòng)。該失速啟動(dòng)檢測器116可被實(shí)現(xiàn)為過載保護(hù)設(shè)備110中的軟件、硬件或軟件和硬件的結(jié)合。失速啟動(dòng)檢測器116能夠通過電動(dòng)機(jī)相電流的分析來確定電動(dòng)機(jī)102是正在加速或減速，或者其是否正在保持近似不變的速度，這意味著電動(dòng)機(jī)102已經(jīng)失速。這種信息然后可由過載保護(hù)設(shè)備110使用以在檢測到失速啟動(dòng)條件之后就將電動(dòng)機(jī)102與電源模塊104斷開或以其他方式去除，而不是等待滿足過載電流條件。只使用相電流來檢測失速電動(dòng)機(jī)的能力避免了對(duì)獲得電壓相移信息、電動(dòng)機(jī)速度測量或者可使電動(dòng)機(jī)更昂貴和/或不實(shí)用的其他信息的需要。

可參考圖2A和圖2B描述失速啟動(dòng)檢測器116的操作，其示出分別表示用于三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)102的一個(gè)相位的阻抗的電路模型200a和200b。這些模型基于以下認(rèn)知：實(shí)際上，多數(shù)多相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在它們的相電壓和電流之間具有輕微的不平衡。通過采用公知的對(duì)稱分量變換，相位不平衡可被表示為相位序電流的三個(gè)平衡集：正相序“a-b-c”、負(fù)相序“a-c-b”和零相序。大部分的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在沒有中性導(dǎo)體的情況下被連接，因此出于本公開的目的，可忽略零相序電流的影響。使用對(duì)稱分量變換并將產(chǎn)生的正相序和負(fù)相序電壓施加至它們各自的電路產(chǎn)生了更準(zhǔn)確的電動(dòng)機(jī)模型。

首先參考圖2A，電路模型200a表示正相序電流的阻抗。在該模型中，U_PS是正相序電壓，I_PS是正相序電流，R_s是定子電阻，X_s是定子漏電抗，X_m是磁化電抗，R_fe是磁化電阻，X_r是轉(zhuǎn)子漏電抗以及R_r是轉(zhuǎn)子電阻。如由可變電阻R_r(1–s)/s表示的，這個(gè)轉(zhuǎn)子電阻可根據(jù)電動(dòng)機(jī)102的速度而變化。電動(dòng)機(jī)102的速度是由轉(zhuǎn)差率s表示的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)其具有1的值，而當(dāng)電動(dòng)機(jī)全速運(yùn)行時(shí)其接近零。當(dāng)轉(zhuǎn)差率為1時(shí)，可變電阻是0，且用于正序電流的轉(zhuǎn)子電阻僅為R_r。當(dāng)轉(zhuǎn)差率接近0(例，0.05)時(shí)，用于正序電流的轉(zhuǎn)子電阻近似地為20R_r。轉(zhuǎn)子電阻中的該變化是由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)表現(xiàn)出的高啟動(dòng)電流的主要原因。

圖2B示出表示用于負(fù)相序電流的阻抗的電路模型200b。在該模型中，U_NS是負(fù)相序電壓，I_NS是負(fù)相序電流，R_s還是定子電阻，X_s還是定子漏電抗，X_m還是磁化電抗，R_fe還是磁化電阻，X_rNS是負(fù)序轉(zhuǎn)子漏電抗，以及R_rNS/(2–s)是如根據(jù)電動(dòng)機(jī)102的速度變化的轉(zhuǎn)子電阻。

兩個(gè)電路模型200a和200b之間的主要區(qū)別在于表示轉(zhuǎn)子電阻R_r的電路的部分。當(dāng)轉(zhuǎn)差率是1時(shí)，意味著電動(dòng)機(jī)102停止，負(fù)相序具有與正相序的轉(zhuǎn)子電阻R_r相同的轉(zhuǎn)子電阻。但是當(dāng)轉(zhuǎn)差率接近0(例如，0.05)時(shí)，意味著電動(dòng)機(jī)102正全速運(yùn)行，負(fù)相序具有只比0.5R_r多一點(diǎn)的轉(zhuǎn)子電阻，然而用于正相序的轉(zhuǎn)子電阻近似為20R_r。該差值有助于解釋為什么電動(dòng)機(jī)相電壓中的不平衡(其是引起負(fù)相序電壓的原因)常常是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的難題。當(dāng)失速的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)在所有速度時(shí)對(duì)負(fù)相序電壓展示出基本上與其對(duì)正相序電壓展示的相同的低阻抗。因此，假設(shè)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電流在滿載運(yùn)行電流的6和8倍之間時(shí)，只有5％的負(fù)相序電壓大小將導(dǎo)致當(dāng)運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)中的多30％到40％的電流。

上述顯著點(diǎn)在于，可使用負(fù)相序表示電壓不平衡，其轉(zhuǎn)而允許根據(jù)本文所公開的實(shí)施方式檢測的失速電動(dòng)機(jī)條件。因此，重要的是，一定量的不平衡存在于被饋送到電動(dòng)機(jī)102的相電壓中。多數(shù)實(shí)際電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)通常具有小于0.5％的相位不平衡(在460VAC處2伏特)。該相位不平衡雖然小卻足以產(chǎn)生負(fù)相序電流，其中負(fù)相序電流的準(zhǔn)確大小取決于若干個(gè)電動(dòng)機(jī)特性，包括不平衡的量。在典型的電動(dòng)機(jī)中，例如，負(fù)相序電流的大小落入電動(dòng)機(jī)滿載運(yùn)行電流的2％和5％之間。作為一個(gè)選擇方案，例如，在一些實(shí)施方式中，可通過將阻抗添加到一個(gè)相位或使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他技術(shù)來有意引入相位不平衡。

根據(jù)所公開的實(shí)施方式，失速啟動(dòng)檢測器116通過利用饋送感應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的不平衡的三相電壓正相序電流和負(fù)相序電流的大小之間的比率基于電動(dòng)機(jī)的速度而變化這個(gè)發(fā)現(xiàn)來檢測失速電動(dòng)機(jī)條件。具體地，隨著電動(dòng)機(jī)速度從零增加，負(fù)相序電流大小增加，正相序電流大小變小，且比率降低。這允許失速啟動(dòng)檢測器116基本上通過監(jiān)控電流大小的比率的變化來確定電動(dòng)機(jī)102是否正在加速并因此正確地啟動(dòng)還是其已經(jīng)失速?？赏ㄟ^對(duì)三相電流應(yīng)用公知的對(duì)稱分量變換來計(jì)算這些電流大小(參見，例如，AIEE Transactions第37卷部分II第1027-1140頁(1918)上的“Method of Symmetrical Co-Ordinates Applied to the Solution of Polyphase Networks”。

一旦知道了正相序電流大小和負(fù)相序電流大小，則失速啟動(dòng)檢測器116可使用這些電流大小以通過計(jì)算正相序電流大小和負(fù)相序電流大小的比率來推導(dǎo)出失速指標(biāo)SI，例如，SI＝10/1。失速啟動(dòng)檢測器116然后可在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)間隔期間監(jiān)控該失速指標(biāo)以確定電動(dòng)機(jī)102是否正在正確啟動(dòng)或是其已經(jīng)失速。如果失速指標(biāo)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)間隔期間變化(下降)，則電動(dòng)機(jī)102正在加速并因此正確啟動(dòng)。變化很大程度上不受定子電阻的變化的影響并同樣與電流大小的具體值無關(guān)。假設(shè)在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)間隔期間這些因素和參數(shù)保持不變，其也與電壓不平衡的百分比以及其他因素和參數(shù)無關(guān)，包括電動(dòng)機(jī)具體參數(shù)。因此，通過檢查在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)期間的失速指標(biāo)中的變化，失速啟動(dòng)檢測器116可確定電動(dòng)機(jī)102是否正在正確啟動(dòng)還是已經(jīng)失速。

在圖3中示出了根據(jù)一些實(shí)施方式的失速啟動(dòng)檢測器116的示例性實(shí)現(xiàn)。如在圖3中可看到的，示例性失速啟動(dòng)檢測器116具有被描繪為離散的框的若干個(gè)功能模塊，包括電動(dòng)機(jī)電流采集模塊302、正相序和負(fù)相序模塊304以及失速指示模塊306?？蛇x的相電壓不平衡產(chǎn)生模塊300也可被包括在一些實(shí)施方式中以確保在提供給電動(dòng)機(jī)102的相電壓中的不平衡。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員當(dāng)然將會(huì)理解，在前的框300-306的任何一個(gè)可被分成若干個(gè)組成框，以及這些框中的兩個(gè)或更多個(gè)在不脫離所公開的實(shí)施方案的范圍的情況下可根據(jù)需要被合并為單個(gè)框。

在一般操作中，可選的相電壓不平衡產(chǎn)生模塊300負(fù)責(zé)用于在提供給電動(dòng)機(jī)102的相電壓中引入不平衡。如上所述，可使用本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的任何合適的方法(包括通過在一個(gè)相位中引入阻抗)來引入這種相位不平衡。相電流采集模塊302負(fù)責(zé)采集并存儲(chǔ)電動(dòng)機(jī)相電流Ia’、Ib’和Ic’的大小和相位角度。這些大小和相位角可由相電流采集模塊302從參考圖1先前討論的電流傳感器108獲得。

顧名思義，正相序和負(fù)相序模塊304負(fù)責(zé)用于將相電流Ia’、Ib’和Ic’轉(zhuǎn)換為正相序電流和負(fù)相序電流。零相序電流也出現(xiàn)，但是由于在大部分感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中缺少中性導(dǎo)體而在本文中可被忽略。在一些實(shí)施方式中，正相序和負(fù)相序模塊304可通過從電動(dòng)機(jī)相電流中確定相電流的基頻ω、相電流的大小和主導(dǎo)相序(a-b-c或a-c-b)來轉(zhuǎn)換電動(dòng)機(jī)相電流Ia’、Ib’和Ic’。模塊304然后可使用主導(dǎo)相序a-b-c或a-c-b作為正相序來產(chǎn)生正相序電流I(+)和負(fù)相序I(-)電流而在基頻ω處對(duì)電動(dòng)機(jī)相電流進(jìn)行對(duì)稱分量變換。

失速指示模塊306在那之后使用正序電流大小和負(fù)序電流大小的瞬時(shí)分析來確定電動(dòng)機(jī)102是否正在正確啟動(dòng)還是已經(jīng)失速。具體地，失速指示模塊306通過采用正相序電流和負(fù)相序電流的比率、然后檢查該比率在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)間隔期間是否變化(減少)或保持大致上不變來計(jì)算失速指標(biāo)。在一些實(shí)施方式中，除了查看比率中的變化的缺乏之外，失速指示模塊306還可要求電動(dòng)機(jī)相電流在啟動(dòng)間隔期間具有電動(dòng)機(jī)滿載電流的大小的至少兩倍的大小。該要求確認(rèn)電動(dòng)機(jī)102正在消耗轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電流并因此是真的失速。

經(jīng)由根據(jù)一些實(shí)施方式的流程圖400在圖4中提供了正相序和負(fù)相序模塊304的操作的其他細(xì)節(jié)。該流程圖400示出了用于使用三相電流大小的采樣來確定三相系統(tǒng)的正序分量和負(fù)序分量的示例性方法。流程圖400通常始于框402，其中三相電流的采樣(例如，來自模數(shù)轉(zhuǎn)換器)通過數(shù)字低通過濾器，從而余下的信號(hào)主要地表示相電流的基本50/60Hz正弦波。在框404處，過濾的相電流被用于測量在相位a、相位b和相位c的零交叉之間的時(shí)間。這三個(gè)時(shí)間間隔然后被平均并乘以二，以獲取過濾的相電流的基礎(chǔ)時(shí)段。

接著，在框406處，確定在一個(gè)基礎(chǔ)時(shí)段上的每個(gè)過濾的相電流的峰值大小。例如，這可通過識(shí)別所過濾的相位a的正向零交叉(即，其中電流從負(fù)的大小到正的大小的零交叉)、然后確定哪個(gè)過濾的相電流(b或c)具有下一個(gè)正向零交叉來完成。如果相位b具有下一個(gè)正向零交叉，則主導(dǎo)相序是a-b-c(即，正)。如果相位c具有下一個(gè)正向零交叉，則主導(dǎo)相序是a-c-b(即，負(fù))。

此后，在框410處，進(jìn)行了主導(dǎo)相序是否為a-c-b的確定。如果確定為是，則在余下步驟中交換用于相位b和相位c的數(shù)據(jù)。否則，在框414處，測量從相位a的正向零交叉開始直到相位b和相位c的下一個(gè)正向零交叉的時(shí)間。在框416處，例如，通過用360乘以來自框414的零交叉之間的時(shí)間并然后除以來自框402的零交叉之間的時(shí)間，計(jì)算相對(duì)于相位a的相位b和相位c的相位角(單位為度)。

一旦完成上述步驟，在框418處，使用來自框416的相位角和來自框406的峰值大小來計(jì)算每個(gè)相位的相量表示。對(duì)于相位a，相位角度可被考慮為零。然后在框420處計(jì)算三相系統(tǒng)的正相序分量和負(fù)相序分量。在一些實(shí)施方式中，三相系統(tǒng)的正序分量可通過執(zhí)行下列矢量計(jì)算來計(jì)算：I(+)＝1/3*(I(a)+I(b)*1∠120+I(c)*1∠240)。在一些實(shí)施方式中，三相系統(tǒng)的負(fù)序分量可通過執(zhí)行下列矢量計(jì)算來計(jì)算：I(-)＝1/3*(I(a)+I(b)*1∠240+I(c)*1∠120)。

到目前為止，已經(jīng)為公開的實(shí)施方式描述了若干個(gè)具體實(shí)現(xiàn)。接下來，現(xiàn)在在圖5中的是以流程圖500的形式的總指南，其可被用于實(shí)現(xiàn)所公開的實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)。流程圖500通常始于在框502處的可選步驟，其中，可將不平衡引入被提供給電動(dòng)機(jī)的相電壓中，以便允許使用負(fù)相序電流。在框504處，獲得電動(dòng)機(jī)相電流Ia’、Ib’和Ic’的測量，并在框506處使用對(duì)稱分量變換將電動(dòng)機(jī)相電流轉(zhuǎn)換成正相序電流和負(fù)相序電流。在框508處，獲得正相序電流和負(fù)相序電流的大小的比率，其為使用對(duì)稱分量變換計(jì)算的。然后在框510處，可通過將該比率與先前獲得的比率進(jìn)行比較來將該比率用作為失速指標(biāo)。

在框512處進(jìn)行了該比率是否從先前獲得的比率已經(jīng)變化(下降)的確定。如果確定為是，那么電動(dòng)機(jī)被認(rèn)為正在正確地啟動(dòng)，且流程圖500返回到框502處的開始。如果確定為否，那么在框514處進(jìn)行電動(dòng)機(jī)相電流是否為電動(dòng)機(jī)滿載電流的至少兩倍的確定。如果確定為否，那么電動(dòng)機(jī)不消耗轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)電流并因此不被認(rèn)為真的失速，且流程圖500再次返回到框502處的開始。如果確定為是，那么電動(dòng)機(jī)被認(rèn)為真的失速，且過載保護(hù)設(shè)備脫扣以將電動(dòng)機(jī)從電源去除或以其他方式斷開。

盡管已經(jīng)說明和描述了本公開的特定方面、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用，但是應(yīng)當(dāng)理解，本公開不限于本文所公開的精確結(jié)構(gòu)和構(gòu)成，并且各種修改、改變和變化可以從上述描述中變得明顯而不偏離如所附權(quán)利要求中限定的所公開的實(shí)施方式的精神和范圍。