CN103033769A - 一种三相电源的故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相电源的故障检测方法，首先对三相电源进行整流、滤波处理，生成直流母线电压；其次检测直流母线电压，计算出纹波电压ΔV；然后根据纹波电压ΔV的大小判断三相电源是否故障。本发明的三相电源故障检测方法能够对三相交流电源的缺相、相电压不平衡以及瞬时断电等异常情况实现准确的检测，并对使用该三相电源进行供电的大功率负载实施快速的保护。将所述三相电源故障检测方法应用在变频负载的供电保护设计中，可以有效保护变频负载以及负载驱动电路中的整流电路和逆变电路，减小由于电网异常造成变频负载和整流、逆变电路损毁等问题发生的几率，在显著提高产品可靠性的同时，可以简化电路设计，降低硬件成本。

Description

一种三相电源的故障检测方法

技术领域

本发明属于电源电力检测技术领域，具体地说，是涉及一种用于检测三相交流电源是否异常的检测方法。 

背景技术

三相整流电路就是将三相交流电能转换为直流电能的电路，它在直流电机调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域都得到了广泛应用。并且，随着新兴技术的发展和市场需求的不断扩大，三相整流技术在家电产品上也得到了越来越广泛地应用。 

三相交流电源大多应用在大功率场合，目前对于5KW以上的大功率变频空调器来说，通常采用三相电源供电，能够满足大户型家庭、某些厂区或者公共场所的使用需求。三相电源在空调产品或在某些工业应用场合都要求三相电源不能缺相，并且相电压要求平衡。在变频空调器的应用中，为了保护逆变电路，还需要具有瞬时断电检测功能，这些都对三相电源在变频空调器中的应用提出了更高的要求。 

在三相变频空调器中，其变频压缩机驱动电路主要由三部分组成：整流电路、滤波电路和逆变电路，参见图1所示。其中，整流电路通常采用六个整流二极管D1-D6连接形成三相全桥整流电路，将三相交流输入电源Ua、Ub、Uc整流成直流电源。由于整流后的直流电压存在脉动纹波，滤波电路的作用就是对整流后的直流电压进行滤波处理，得到较为平滑的直流电源，为后续的逆变电路提供稳定的直流母线电压。逆变电路的作用就是在处理器的控制下将直流母线电压逆变成频率和电压可变的三相交流电源，为后续负载——变频压缩机供电，控制变频压缩机运行。 

当输入到变频空调器中的三相交流电源的三相电压出现不平衡或者缺相问题时，会对变频空调器产生严重的危害。具体来讲，当三相电压不平衡时，例如Ua电压低于其它两相电压Ub、Uc时，处于电压较低的一组整流二极管D1和D4的整流电流减小，导通时间也随之缩短，在后续负载功率不变的情况下，其它两组整流二极管D2、D3、D5、D6的整流电流变大。由于流经整流二极管D1-D6的电流不均匀，导致某些整流二极管发热，而整流二极管的内阻又呈现负温度系数的特性，即温度越高的二极管，其内阻越小，而内阻越小的二极管，其流经的电流就越大，由此引发恶性循环，长时间运行会造成整流二极管的击穿。三相电源缺相的危害是三相电压不平衡的极限情况，因此这种情况造成的危害将会更加严重。 

发明内容

本发明的目的在于提供了一种三相电源的故障检测方法，能够对三相电源的相电压不平衡问题进行准确的检测，从而有利于减少由于电网问题造成的用电设备损坏事故发生的几率。 

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现： 

一种三相电源的故障检测方法，首先，对三相电源进行整流、滤波处理，生成直流母线电压；其次，检测直流母线电压，计算出纹波电压ΔV；然后，根据纹波电压ΔV的大小判断三相电源是否故障。

进一步的，将所述三相电源依次通过整流电路和滤波电路进行整流、滤波变换处理，生成的直流母线电压传输至逆变电路，以逆变生成交流电压为负载供电；在满足整流电路、滤波电路、逆变电路和负载均能稳定、可靠运行的条件下，确定纹波电压ΔV的最大值，作为第一阈值ΔV1_lim；若检测出的纹波电压ΔV≤ΔV1_lim，则判定所述三相电源正常；若检测出的纹波电压ΔV>ΔV1_lim，则判定所述三相电源故障。 

为了判断三相电源的故障类型，设计以下检测过程： 

首先，在三相电源连接整流电路的供电线路中串联熔断器；设定第三阈值ΔV3_lim，所述第三阈值ΔV3_lim是在满足以下三个条件的情况下所对应的最大纹波电压值：

条件1、保证负载运行安全；

条件2、熔断器不熔断；

条件3、整流电路、滤波电路和逆变电路中功率器件不损坏；

若检测出的纹波电压ΔV满足条件：ΔV1_lim<ΔV≤ΔV3_lim，则判定所述三相电源发生相电压不平衡故障；

若检测出的纹波电压ΔV>ΔV3_lim，则判定所述三相电源发生缺相故障。

考虑到在三相电源发生相电压不平衡时，若不平衡度较低，还是能够满足后续电路的安全运行的，因此可以不做停机处理。基于该设计思想，设定第二阈值ΔV2_lim，所述第二阈值ΔV2_lim是在满足以下三个条件的情况下所对应的最大纹波电压值： 

条件1、保证负载运行安全；

条件2、熔断器不熔断；

条件3、满足整流电路、滤波电路和逆变电路中功率器件的温升要求；

当检测出的纹波电压ΔV满足条件：ΔV1_lim<ΔV≤ΔV2_lim时，降低逆变电路的输出频率，直到满足ΔV≤ΔV1_lim；若降低到负载正常运行的最低频率时仍不能满足ΔV≤ΔV1_lim，则控制负载停止运行，报三相电源发生相电压不平衡故障。

为了避免发生误动作，设定时间阈值T1，所述时间阈值T1的设定原则是： 

原则1、不发生误判；

原则2、当纹波电压ΔV>ΔV2_lim时，负载在T1时间内持续运行不会损坏；

当检测出的纹波电压ΔV>ΔV2_lim且持续时间到达T1时，认为相电压不平衡率已经达到一个比较危险的情况，应立即控制负载停止运行，报相电压不平衡故障。

优选的，所述时间阈值T1优选在3T~10T之间取值，其中，T为三相电源的周期，直流母线电压的采样频率至少为三相电源频率的10倍。 

进一步的，设定时间阈值T2，所述时间阈值T2的设定原则是： 

原则1、不发生误判；

原则2、当纹波电压ΔV>ΔV3_lim时，负载在T2时间内持续运行不会损坏；

当检测出的纹波电压ΔV>ΔV3_lim且持续时间到达T2时，认为三相电源出现缺相问题，应立即控制负载停止运行，报缺相故障。

优选的，所述时间阈值T2优选在3T~10T之间取值，其中，T为三相电源的周期，直流母线电压的采样频率应至少为三相电源频率的10倍。 

作为三相电源瞬时断电故障的检测，优选采用以下检测方法： 

若检测到的直流母线电压下降到U_dc.rms的85%以下时，则判定所述三相电源发生瞬时断电故障；其中，U_dc.rms为三相电源正常时直流母线电压的平均值。

为了在三相电源发生相电压不平衡或者缺相故障时，仍能够满足电控系统中直流低压负载的供电需求，当所述三相电源发生故障时，控制整流输出的直流电源经由热敏电阻传输至滤波电路进行滤波处理，进而通过开关电源电路生成直流低压负载所需的低压直流电源，维持直流低压负载继续运行。 

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的三相电源故障检测方法能够对三相交流电源的缺相、相电压不平衡以及瞬时断电等异常情况实现准确的检测，并对使用该三相电源进行供电的大功率负载实施快速的保护。将所述三相电源故障检测方法应用在变频负载的供电保护设计中，可以有效保护变频负载以及负载驱动电路中的整流电路和逆变电路，减小由于电网异常造成变频负载和整流、逆变电路损毁等问题发生的几率，在显著提高产品可靠性的同时，可以简化电路设计，降低硬件成本。 

结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。 

附图说明

图1是变频压缩机驱动电路的原理框图； 

图2是三相电源故障检测电路的一种实施例的电路原理图；

图3是三相电源在正常情况下，其三相电压与所述三相电压经整流滤波变换后生成的直流母线电压的波形图；

图4是三相电源在相电压不平衡情况下，其三相电压与所述三相电压经整流滤波变换后生成的直流母线电压的波形图；

图5是三相电源在缺相情况下，其三相电压与所述三相电压经整流滤波变换后生成的直流母线电压的波形图；

图6是三相电源在瞬时断电情况下，其三相电压与所述三相电压经整流滤波变换后生成的直流母线电压的波形图；

图7是本发明所提出的三相电源故障检测及保护方法的一种实施例的处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。 

本实施例为了对三相电源的缺相、相电压不平衡以及瞬时断电等异常情况实现准确地检测，并在此基础上尽可能地简化硬件电路的设计，提出了一种采用对三相电源进行整流、滤波变换，以生成直流母线电压，进而借助直流母线电压的纹波电压大小来判断三相电源是否故障以及故障类型的检测技术。 

下面首先对本实施例所提出的三相电源故障检测技术所基于的理论基础进行具体说明。 

在采用三相整流电路和滤波电路对三相电源进行整流、滤波变换的过程中，当三相电源的三相电压正常时，通过三相整流电路和滤波电路进行整流和滤波变换处理后生成的直流母线电压Udc如图3所示。从理论分析和图3中可以看出：当三相电压Ua、Ub、Uc正常时，由其转换生成的直流母线电压Udc比较稳定，即纹波电压△V1比较小。 

当三相电源的相电压不平衡时，例如相电压Ua低于其它两相相电压Ub、Uc时，由于Ua的降低，在一个周期内Ua大于Ub并大于Uc的时间段，其整流后生成的整流电压也比较低，在滤波时导致滤波时间加长，滤波压降变大，直接造成滤波后生成的直流母线电压Udc的纹波电压△V2变大，参见图4所示。 

当三相电源出现缺相问题时，例如相电压Ua缺失，从图5所示的波形图中可以看出：在一个周期内没有Ua的时间段，通过整流滤波电路转换生成的直流母线电压Udc会变得非常低，由此导致其纹波电压△V3非常大。 

当三相电源发生瞬时断电情况时，由于三相电压Ua、Ub、Uc同时消失，导致通过整流滤波电路转换输出的直流母线电压Udc迅速降低，参见图6所示。 

通过以上分析不难发现：当三相电源的三相电压出现不同类型的异常情况时，其整流、滤波后生成的直流母线电压Udc也会随之发生变化，即直流母线电压Udc的脉动纹波出现不同程度的改变，因此借助直流母线电压Udc的纹波电压大小，可以间接地推导出输入的三相电源是否出现故障，进而对三相电源的异常情况实现准确的检测和判断。 

基于以上设计思路，本实施例首先对用于实现上述三相电源故障检测技术所基于的硬件电路的具体组建结构进行详细地阐述。 

参见图2所示，本实施例的三相电源故障检测电路主要由整流电路、滤波电路、逆变电路、采样电路和控制器DSC等部分组成。其中，所述整流电路是由六个二极管D1~D6连接而成的三相全桥整流电路，交流侧连接外部的三相电源Ua、Ub、Uc，用于对三相电源进行整流变换处理，以生成直流电源输出至滤波电路。所述滤波电路可以由六个电解电容E1~E6连接而成，采用每两个电解电容串联然后并联的方式，以提高滤波效果。即，将每两个电解电容串联形成一条串联支路，三条串联支路分别并联在整流电路的直流侧，且三条串联支路的中间节点连接在一起。电解电容串联是为了提高其耐压能力，由于三相额定380V交流电压整流后的直流电压为536V，电解电容串联后每个电解电容承受的电压为268V，这样选用耐压值为400V的电解电容就可以满足设计要求。电解电容并联是为了增加滤波电容的容量，提高滤波效果，得到较为平滑的直流母线电压Udc。由于滤波电路中电解电容E1~E6呈现的阻性并不一致，为了使得分配到每个电解电容E1~E6的电压均衡，本实施例在滤波电路的输出侧并联了一个由两个阻值相等的平衡电阻R2、R5串联而成的平衡电路。将两个平衡电阻R2、R5的中间节点与滤波电路中三条串联支路的中间节点连接在一起，以起到平衡的作用。将通过滤波电路输出的直流母线电压Udc传输至逆变电路，进而在控制器DSC输出的PWM信号的控制作用下，通过逆变电路将直流母线电压Udc逆变成交流负载所需的交流电源，输出至负载，为负载供电。 

为了对输入到系统中的三相电源是否发生故障实现快速、准确的检测，本实施例在滤波电路的输出侧并联采样电路，用于对直流母线电压Udc进行采样，以生成采样电压输出至所述的控制器DSC，如图2所述。所述采样电路可以由多个分压电阻R1、R3、R4、R6串联而成，形成分压网络，通过分压网络的其中一个分压节点（例如分压电阻R4、R6之间的中间节点）输出采样电压，传输至所述的控制器DSC。所述控制器DSC根据接收到的采样电压计算出直流母线电压Udc，进而根据一个电源周期内直流母线电压Udc的最大值U_dc.max和最小值U_dc.min计算出其纹波电压的大小，进而根据所述纹波电压的大小判断三相电源是否故障，并生成检测结果。 

所述控制器DSC在检测出三相电源发生故障时，可以通过控制负载停机，以确保负载安全。但是，为了避免三相电源对系统中的其他电路造成损坏，本实施例在整流电路连接滤波电路的线路中串联开关电路，以用于在三相电源发生故障时切断整流电路向滤波电路的直接输出，确保系统用电安全。 

参见图2所示，在本实施例的开关电路中设置有继电器RY1和NPN型三极管Q1。将继电器RY1的活动触点（例如常开触点）串联在整流电路与滤波电路之间，继电器RY1的线圈一端连接直流电源（例如+12V直流电源），另一端连接NPN型三极管Q1的集电极，NPN型三极管Q1的发射极接地，基极连接控制器DSC。当所述控制器DSC在检测出三相电源故障时，将输出至NPN型三极管Q1基极的控制信号Ctrl置为低电平，控制三极管Q1截止，切断继电器RY1线圈的供电回路，使继电器RY1的活动触点断开，切断整流电路向滤波电路的直接输出，对系统电路实施保护。 

为了在三相电源发生相电压不平衡或者缺相故障时，仍能为系统中的某些直流低压供电负载提供电源供给，维持其持续运行，以完成报警提醒或者故障类型指示等任务，本实施例在所述继电器RY1的活动触点的两端并联热敏电阻RZ1，使通过整流电路输出的整流电源经由热敏电阻RZ1传输至滤波电路，利用热敏电阻RZ1的限流作用，限制系统中的电流大小，进而在确保系统电路安全的同时，可以将通过滤波电路输出的直流电源传输至开关电源，进而利用开关电源转换生成低压直流电源，为系统中需要运行的直流低压供电负载（例如控制器DSC）提供其所需的工作电源。 

在本实施例中，在所述整流电路连接三相电源的电源传输线路中还可以进一步串联熔断器，可以在三条相电源传输线路Ua、Ub、Uc中各自串联一个熔断器，也可以仅选择在两条相电源传输线路中分别串联一个熔断器F1、F2，如图2所示，以便在系统电路出现短路故障时，能够立即切断外部的三相电源，避免故障的进一步扩大。 

基于上述硬件电路结构，下面对本实施例所提出的三相电源的故障检测方法进行详细说明。 

本实施例的三相电源故障检测方法需要将三相电源通过整流电路和滤波电路进行整流、滤波变换处理后，生成直流母线电压Udc，进而通过检测直流母线电压Udc的纹波电压大小，来判断出三相电源是否故障。出于这种设计思路，在三相变频空调器的应用中，由于其室外机中变频压缩机的驱动电路即是由整流电路、滤波电路、逆变电路组建而成的，因此在现有的三相变频空调器中或者其他需要采用相同驱动电路组建形式的用电设备中应用本实施例所提出的三相电源故障检测方法，显然是最经济和最实用的。 

下面以三相变频空调器为例，结合图7，对所述三相电源故障检测方法的具体检测过程进行阐述。 

S701、对三相电源进行整流、滤波变换处理，生成直流母线电压Udc。 

S702、对直流母线电压Udc进行采样，以计算出纹波电压△V的大小； 

在本实施例中，对于直流母线电压Udc的采样频率问题，根据香龙定律：采样频率是被采样信号最高频率的两倍以上就可以确保波形复原。但是，为了更好地还原数据，本实施例将直流母线电压Udc的采样频率设计为三相电源频率的10倍甚至以上。

以线电压为380V、频率为50Hz的三相交流电源为例，则采样频率优选设定在500Hz以上，对应的采样周期在2ms以下。作为本实施例的一种优选设计方案，优选设定采样周期为0.5ms或者1ms，在保证信号不误检的同时，可以避免控制器频繁进行检测、计算，导致控制器工作量的过分加大。 

按照设定的采样频率采集直流母线电压Udc的幅值，在一个电源周期T内（对于频率为50Hz的三相交流电源来说，20ms即为一个电源周期）记录检测出的直流母线电压Udc的最大值U_dc.max和最小值U_dc.min，通过计算最大值U_dc.max和最小值U_dc.min之差，确定纹波电压△V的大小，即△V=U_dc.max-U_dc.min。 

S703、若检测出的直流母线电压Udc下降到U_dc.rms*85%以下，所述U_dc.rms为三相电源正常时所对应的直流母线电压Udc的平均值，则判定输入的三相电源发生瞬时断电故障；否则，执行后续步骤。 

由于在滤波电路的电解电容中储存着大量的能量，当三相电源在断电瞬间，电解电容中存在的能量急剧下降，逆变电路在低电压工作时，会由于电压低造成其工作不稳定，进而烧坏逆变电路中的功率管，所以非常有必要检测瞬时停电情况。 

在本实施例中，为了确保瞬时断电故障检测的准确性，设定时间阈值T3，在控制器检测到Udc下降到U_dc.rms的85%以下时，并在紧接下来的T3时间内检测到直流母线电压Udc始终低于U_dc.rms的85%，则认为三相电源发生瞬时断电故障，如图6所示。此时，控制器直接控制负载停止运行，报三相电源瞬时断电故障。 

在本实施例中，所述时间阈值T3的设定原则是： 

原则1、保证不发生误判；

原则2、当Udc<U_dc.rms*85%时，保证负载在T3时间内持续运行不会损坏；

原则3、保证负载在T3时间内运行时，熔断器不熔断。

作为本实施例的一种优选设计方案，所述时间阈值T3优选在3t~10t之间取值，所述t为采样周期。例如：将采样周期设定为1ms，控制器每1ms检测一次直流母线电压Udc，当检测到的直流母线电压Udc低于U_dc.rms的85%时，且在5ms的时间内5次检出直流母线电压Udc均低于U_dc.rms的85%，则直接控制负载停止运行，并报三相电源瞬时断电故障。 

S704、将纹波电压△V与第一阈值ΔV1_lim进行比较，若ΔV≤ΔV1_lim，则判定输入的三相电源正常，返回步骤S702继续进行采样；若ΔV>ΔV1_lim，则判定输入的三相电源故障，执行后续步骤，以进一步判断故障类型。 

所述第一阈值ΔV1_lim的确定原则可以是：在满足整流电路、滤波电路、逆变电路和负载均能长时间稳定、可靠运行的条件下，所对应的纹波电压ΔV的最大值。 

在本实施例中，所述第一阈值ΔV1_lim的设定原则优选考虑以下需求： 

（1）能够保证交流负载（例如空调器中的变频压缩机）长时间稳定、可靠运行；

（2）能够满足熔断器长时间运行的要求；

（3）能够满足整流电路、滤波电路以及逆变电路中功率器件的温升要求。

将满足上述三方面要求所对应的纹波电压ΔV的最大值作为所述的第一阈值ΔV1_lim，可以提高故障检测的准确性。

S705、设定第二阈值ΔV2_lim，将纹波电压△V与第二阈值ΔV2_lim进行比较，若ΔV1_lim<ΔV≤ΔV2_lim时，降低逆变电路的输出频率，直到满足ΔV≤ΔV1_lim，并返回步骤S702；若降低到负载正常运行的最低频率时仍不能满足ΔV≤ΔV1_lim，则控制负载停止运行，并报相电压不平衡故障，结合图4所示。 

在本实施例中，所述第二阈值ΔV2_lim是在满足以下三个条件的情况下所对应的最大纹波电压值： 

条件1、保证负载运行安全；对于压缩机来说，即保证压缩机不失步；

条件2、保证熔断器不熔断；

条件3、能够满足整流电路、滤波电路和逆变电路中功率器件的温升要求。

考虑到在三相电网中，相电压不平衡是经常存在的，特别是在电压供电不足地区。当ΔV1_lim<ΔV≤ΔV2_lim时，由于相电压的不平衡度不是太大，因此可以首先以降低压缩机运行频率的方式进行处理，优选控制压缩机以设定的速率逐步降低其运转频率，所述速率优选在1Hz/S～3Hz/S之间取值，以保证压缩机在可靠运转的前提下，不失步。 

如果在降低到压缩机能正常运行的最低频率之前，已经满足了ΔV≤ΔV1_lim的要求，则控制压缩机以当前频率运转，返回步骤S702继续对直流母线电压Udc进行检测，并逐步做升频处理，使压缩机的转速逐渐恢复到其正常转速。 

如果降低到压缩机能正常运行的最低频率还不能满足ΔV≤ΔV1_lim的要求，则认为相电压不平衡问题比较严重，需要控制压缩机立即停止运行，并报相电压不平衡故障。 

S706、设定第三阈值ΔV3_lim，将纹波电压△V与第三阈值ΔV3_lim进行比较，若ΔV2_lim<ΔV≤ΔV3_lim，则立即控制负载停止运行，判定输入的三相电源发生相电压不平衡故障。 

在本实施例中，所述第三阈值ΔV3_lim的设定原则是在满足以下三个条件的情况下所对应的最大纹波电压值： 

条件1、保证负载运行安全；对于压缩机来说，即保证压缩机不失步；

条件2、保证熔断器不熔断；

条件3、保证整流电路、滤波电路和逆变电路中的功率器件不损坏。

为了确保纹波电压△V检测的准确性和可靠性，在控制器检测到ΔV>ΔV2_lim时，在紧接下来的T1时间内继续对直流母线电压Udc进行检测，若ΔV始终大于ΔV2_lim，则认为相电源不平衡率达到了一个比较危险的情况，应该立即停止负载运行，报三相电源不平衡故障。

所述T1为时间阈值，所述时间阈值T1的设定原则可以是： 

原则1、保证不发生误判，即不受尖峰干扰脉冲的影响，能够真实反映出纹波电压ΔV的大小；

原则2、当纹波电压ΔV>ΔV2_lim时，保证负载在T1时间内持续运行不会损坏；

原则3、保证负载在T1时间内运行时，熔断器不熔断。

作为本实施例的一种优选设计方案，所述时间阈值T1优选在3T~10T之间取值。例如：T1=5*T，即5个三相电源周期T，当控制器检测到纹波电压ΔV>ΔV2_lim，并持续5个电源周期检测出的纹波电压ΔV均大于ΔV2_lim，则直接控制负载停止运行，报相电压不平衡故障。 

S707、若检测出的纹波电压ΔV>ΔV3_lim，则判定输入的三相电源发生缺相故障。 

为了确保纹波电压△V检测的准确性和可靠性，在控制器检测到ΔV>ΔV3_lim时，在紧接下来的T2时间内继续对直流母线电压Udc进行检测，若计算出的ΔV始终大于ΔV3_lim，则认为三相电源发生缺相故障，如图5所示。此时，控制器直接控制负载停止运行，报三相电源缺相故障。 

在本实施例中，所述T2为时间阈值，所述时间阈值T2的设定原则是： 

原则1、保证不发生误判；

原则2、当纹波电压ΔV>ΔV3_lim时，保证负载在T2时间内持续运行不会损坏；

原则3、保证负载在T2时间内运行时，熔断器不熔断。

作为本实施例的一种优选设计方案，所述时间阈值T2优选在3T~10T之间取值，例如5个三相电源周期T，即在控制器检测到纹波电压ΔV>ΔV3_lim时，并持续5个电源周期检测出的纹波电压ΔV均大于ΔV3_lim，则通过控制器直接控制负载停止运行，并报三相电源缺相故障。 

针对上述三相电源的故障检测方法，本实施例通过一个具体的实例进行说明如下： 

假设输入到变频空调器中的三相电源为线电压为380V、频率为50Hz的三相交流电源，则三相电源的周期T=20ms。设定采样周期t=0.5ms，ΔV1_lim=10V，ΔV2_lim=20V，ΔV3_lim=55V，时间阈值T1=T2=5T，T3=5t，则控制器每0.5ms检测一次直流母线电压Udc，在20ms的电源周期内记录检出的直流母线电压Udc的最大值和最小值，进而计算出纹波电压ΔV；

当在系统中使用了相电压不平衡率检测技术时，若10V<ΔV≤20V，则控制变频压缩机以3Hz/S的速率降频运转，直到ΔV≤10V；如果当压缩机的频率降低到其最低运行频率时还不能满足ΔV≤10V的要求，则控制压缩机停机，报相电压不平衡故障；

当检测到ΔV>20V时，并在持续5个电源周期T均检测到的ΔV>20V，则控制器直接控制压缩机停止运转，报相电压不平衡故障；

当检测到ΔV>55V时，并在持续5个电源周期T均检测到的ΔV>55V，则控制器直接控制压缩机停机，报相电压缺相故障；

当检测到直流母线电压Udc降低到U_dc.rms*85%以下时，且在5个采样周期内5次检出直流母线电压Udc均在U_dc.rms的85%以下，则控制压缩机停止运行，并报三相电源瞬时断电故障。

当然，本发明所提出的三相电源故障检测技术同样也适用于除变频空调器以外的其他需要三相电源供电的负载设备中。 

应当指出的是，以上所述仅是本发明的一种优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种三相电源的故障检测方法，其特征在于：

对三相电源进行整流、滤波处理，生成直流母线电压；

检测直流母线电压，计算出纹波电压ΔV；

根据纹波电压ΔV的大小判断三相电源是否故障。

2.根据权利要求1所述的三相电源的故障检测方法，其特征在于：

将所述三相电源依次通过整流电路和滤波电路进行整流、滤波变换处理，生成的直流母线电压传输至逆变电路，以逆变生成交流电压为负载供电；

在满足整流电路、滤波电路、逆变电路和负载均能稳定、可靠运行的条件下，确定纹波电压ΔV的最大值，作为第一阈值ΔV1_lim；

若检测出的纹波电压ΔV≤ΔV1_lim，则判定所述三相电源正常；

若检测出的纹波电压ΔV>ΔV1_lim，则判定所述三相电源故障。

3.根据权利要求2所述的三相电源的故障检测方法，其特征在于：

在三相电源连接整流电路的供电线路中串联熔断器；

设定第三阈值ΔV3_lim，所述第三阈值ΔV3_lim是在满足以下三个条件的情况下所对应的最大纹波电压值：

条件1、保证负载运行安全；

条件2、熔断器不熔断；

条件3、整流电路、滤波电路和逆变电路中功率器件不损坏；

若检测出的纹波电压ΔV满足条件：ΔV1_lim<ΔV≤ΔV3_lim，则判定所述三相电源发生相电压不平衡故障；

若检测出的纹波电压ΔV>ΔV3_lim，则判定所述三相电源发生缺相故障。

4.根据权利要求3所述的三相电源的故障检测方法，其特征在于： 

设定第二阈值ΔV2_lim，所述第二阈值ΔV2_lim是在满足以下三个条件的情况下所对应的最大纹波电压值：

条件1、保证负载运行安全；

条件2、熔断器不熔断；

条件3、满足整流电路、滤波电路和逆变电路中功率器件的温升要求；

当检测出的纹波电压ΔV满足条件：ΔV1_lim<ΔV≤ΔV2_lim时，降低逆变电路的输出频率，直到满足ΔV≤ΔV1_lim；若降低到负载正常运行的最低频率时仍不能满足ΔV≤ΔV1_lim，则控制负载停止运行，报三相电源发生相电压不平衡故障。

5.根据权利要求4所述的三相电源的故障检测方法，其特征在于：

设定时间阈值T1，所述时间阈值T1的设定原则是：

原则1、不发生误判；

原则2、当纹波电压ΔV>ΔV2_lim时，负载在T1时间内持续运行不会损坏；

当检测出的纹波电压ΔV>ΔV2_lim且持续时间到达T1时，立即控制负载停止运行，报三相电源发生相电压不平衡故障。

6.根据权利要求5所述的三相电源的故障检测方法，其特征在于：所述时间阈值T1在3T~10T之间取值，其中，T为三相电源的周期，直流母线电压的采样频率至少为三相电源频率的10倍。

7.根据权利要求3所述的三相电源的故障检测方法，其特征在于：设定时间阈值T2，所述时间阈值T2的设定原则是：

原则1、不发生误判；

原则2、当纹波电压ΔV>ΔV3_lim时，负载在T2时间内持续运行不会损坏；

当检测出的纹波电压ΔV>ΔV3_lim且持续时间到达T2时，立即控制负载停止运行，报三相电源发生缺相故障。

8.根据权利要求7所述的三相电源的故障检测方法，其特征在于：所述时间阈值T2在3T~10T之间取值，其中，T为三相电源的周期，直流母线电压的采样频率至少为三相电源频率的10倍。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的三相电源的故障检测方法，其特征在于：若检测到的直流母线电压下降到U_dc.rms的85%以下时，则判定所述三相电源发生瞬时断电故障；其中，U_dc.rms为三相电源正常时直流母线电压的平均值。

10.根据权利要求1至3、5至8中任一项所述的三相电源的故障检测方法，其特征在于：当所述三相电源发生故障时，控制整流输出的直流电源经由热敏电阻传输至滤波电路进行滤波处理。

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