专利名称：一种电机运行状态故障检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机运行状态尤其是故障判断检测装置，应用于固定单速电 机或共零多档速多绕组电机的电机运行状态检测及故障判断。
背景技术：
现代工业、农业甚至是商业领域，电机的使用越来越频繁，为工农业生产和办公自 动化提供了便利，为国民经济的发展做出了不可磨灭的贡献。但随着化工、石油及电子、汽 车工业等各行业自动化控制技术的发展，产品质量和生产安全对控制过程及控制设备提出 了更高的技术要求，同时要对生产或设备实施可靠的安全保护措施，对设备的故障检测及 运行状态的判断也必须达到更高的精度。例如在中央空调领域，对风机盘管和工业用多档 速电机的状态识别，对于其作为计费依据的能耗测量以及实施控制都是必不可少的前提; 而对于电机及设备的安全保护，如何实现电机运行状态以及故障类型的精确判断，对电机 保护装置如何采取进一步的动作起着至关重要的作用，这涉及到安全生产和设备的使用寿 命等问题。但现有的电机状态识别装置，采用的技术方案电路相对复杂，设备成本较高，对 电机运行状态的检测不够精确。以往关于电机运行状态检测的技术方案和相关产品，对电机的运行状态普遍缺乏 故障的检测和判断，因此产生一些控制和监测的盲区，甚至漏检、错检以致造成不必要的损 失。例如在中央空调领域内，风机盘管本身就是一个多档速电机，在中央空调系统检测和计 量系统中，就存在风机盘管的监测问题，按照以往的技术虽然能实现一些运行状态功能，但 当系统出现用户内设备断路、掉电等故障或者人为破坏或拆除检测线路等情况时，由于系 统存在监测盲区，而进入用户家里检查相对困难而又不切合实际，因此如不能通过设备监 测并报警势必造成监管盲区，甚或出现盗用现象。这足见及时检测到系统故障设备并及时 报警处理的重要性，可以迅速的解决系统故障监测问题和商品资源盗用问题。这类电机故 障检测问题同样存在工业用电机的使用中。现在工业控制自动化程度越来越高，通讯技术 越来越发达，对设备的监测也提出更高的要求，如果问题电机的故障不能及时监测并得到 处理，可能会造成更大的安全隐患，甚至出现安全事故，给人们群众的生命财产安全造成重 大损失。
实用新型内容本实用新型针对现有技术不足，提出一种电机运行状态故障检测装置，技术方案 简单，在准确、可靠的实现电机的运行状态检测和判断的基础上，进一步精确的实现了电机 运行状态的故障检测。本实用新型所采用的技术方案引用本公司已授权的发明专利《基于电压互感技术的多档速电机档位识别方法及 装置》技术，经过潜心研究和应用试验，以一个新的技术方案解决电机的故障检测问题。一 种电机运行状态故障检测装置，针对每个单速电机或共零绕组的多档速电机，对应设有一
3个或至少一个电机运行状态检测电路，所述的电机运行状态检测电路含有两个光耦隔离模 块，所述电机运行状态检测电路的两个输入端同时连接电机某个线圈绕组的电源端Vd，该 输入端同时分别通过限流电阻和单向保护二极管接入两个光耦隔离模块的正极输入端，所 述电机运行状态检测电路中另外两个输入端分别连接所述线圈绕组的零线和相线，该两个 输入端分别连接两个光耦隔离模块的另一个输入端；两个光耦隔离模块的电源端分别通过 限流电阻连接电源，两个光耦隔离模块的输出端组成状态信号输出端。所述的电机运行状态故障检测装置，含有CPU模块，所述CPU模块含有单片机及外 围电路，所述电机运行状态检测电路的两个状态信号输出端分别连接有稳压滤波电路，输 出两个状态信号经稳压滤波后接入CPU模块的相应I/O端口或通过模/数转换电路后连接 CPU模块中单片机的一组I/O端口。所述的电机运行状态故障检测装置，同CPU模块连接有通讯模块，CPU模块中单片 机的串行通讯接口对应连接通讯模块的相应功能端口 ；通讯模块采用RS-485总线通讯方 式，或者采用CAN总线或BUS总线通讯方式，或者采用无线通讯方式。所述的电机运行状态监测装置，根据电机在不同的运行状态在其线圈绕组或某一 线圈绕组上的电压不同，检测该线圈绕组或某一个线圈绕组的电压值，然后根据该电压值 确定电机的状态，通过两路检测电路测量线圈绕组上的电压，其中第一路检测电路的两个 输入端分别连接为电机某个线圈绕组的抽头电压Vd和电机供电的零线，其输出检测信号 记为F1，第二路检测电路的两个输入端分别连接同一个线圈绕组的抽头电压Vd和电机供 电的相线，其输出检测信号记为F2，则当两路检测电路输出检测信号F1、F2分别为0伏、vcc 伏时，表示此电机处于停止状态；当两路检测电路输出检测信号Fl、F2分别为vcc伏、0伏 时，表示此电机工作正常；当两路检测电路输出检测信号F1、F2均为0伏时，则表示此电机 设备故障。所述的电机运行状态检测装置，检测电路输出检测信号F2对单速电机为开关量 输出，对多速电机为电压模拟信号输出；对于多档速电机，两路检测电路输出检测信号F1、 F2分别为vcc伏、χ伏时，χ表示不同的档位运行时对应的电压值，则表示电机在以某一对 应档位正常运行。两路检测电路连接电机某个线圈绕组的抽头电压Vd的输入端，分别通过限流电 阻和单向保护二极管接入光耦隔离模块的输入端，两路检测电路输出连接有保持信号稳定 的稳压滤波电路。本实用新型的有益积极效果1、本实用新型电机运行状态故障检测装置，判断方法简单可靠、准确。对于一个单 速电机或多档速电机不同运行状态表现在电机的线圈绕组的电压不同，只需要检测某一个 线圈绕组的电压值，利用电机该绕组的输出电压，经过检测电路的输出值确定电机的运行 状态。采用本方法实现的电机运行状态检测装置，结构简单，成本低廉；维护、维修、调试方 便，应用于面向电机检测的设备，提高了产品性价比和竞争力，有利于产品的推广。2、本实用新型电机运行状态故障检测装置，能够迅速准确的实现电机的故障检 测，提高市场系统或设备监测控制的自动化程度。有效解决譬如中央空调系统风机盘管的 故障监测，能够起到系统安全检测和防止盗用的问题，同时又给空调主机的合理运行提供 参考依据；在工业用途中，进一步可靠的实现了电机故障检测自动化，有助于及时监测处理电机的故障现象，避免引发安全事故造成不必要的经济损失。根据电机线圈绕组电压快速 实现电机的故障判断和状态识别。检测电路具有结果简单、安全可靠，实用性高的特点。检 测电路采用了光耦模块实现了强弱电隔离，提高了装置的安全性与稳定性。3、本实用新型电机运行状态故障检测装置，检测电路简单可靠，容易实现多个设 备的采集，有利于设备的大规模集成，降低了应用成本。实测结果表明，电路运行稳定可靠， 故障检测迅速准确，足以满足一般设备的检测的要求，具有很高的性价比。
图1 本实用新型电机运行状态故障检测装置电路原理图；图2 本实用新型电机运行状态故障判断方法通讯电路原理图；图3 本实用新型电机运行状态故障检测装置核心CPU电路原理图；图4 本实用新型电机运行状态故障判断方法电源电路原理图；图5 本实用新型电机运行状态故障检测装置模数转换和存储电路原理图。
具体实施方式
实施例一参见图1，本实用新型电机运行状态故障检测装置，针对每个单速电机 或共零绕组的多档速电机，对应设有一个电机运行状态检测电路，所述的电机运行状态检 测电路含有两个光耦隔离模块，所述电机运行状态检测电路的两个输入端同时连接电机某 个线圈绕组的电源端Vd，该输入端同时分别通过限流电阻和单向保护二极管接入两个光耦 隔离模块的正极输入端，所述电机运行状态检测电路中另外两个输入端分别连接所述线圈 绕组的零线和相线，该两个输入端分别连接两个光耦隔离模块的另一个输入端；两个光耦 隔离模块的电源端分别通过限流电阻连接电源，两个光耦隔离模块的输出端组成状态信号 输出端。本实用新型单速电机或共零绕组的多档速电机运行状态故障判断及检测装置，根 据电机在不同的运行状态在其线圈绕组或某一线圈绕组上的电压不同，检测该线圈绕组或 某一个线圈绕组的电压值，然后根据该电压值确定电机的状态，通过两路检测电路测量线 圈绕组上的电压，其中第一路检测电路的两个输入端分别连接为电机某个线圈绕组的抽头 电压Vd和电机供电的零线，其输出检测信号记为F1，第二路检测电路的两个输入端分别连 接同一个线圈绕组的抽头电压Vd和电机供电的相线，其输出检测信号记为F2，则当两路检 测电路输出检测信号Fl、F2分别为0伏、vcc伏时，表示此电机处于停止状态；当两路检测 电路输出检测信号Fl、F2分别为vcc伏、0伏时，表示此电机工作正常；当两路检测电路输 出检测信号Fl、F2均为0伏时，则表示此电机设备故障。下表给出了本发明电机运行状态及故障判断方法工作逻辑图
输出状态F1F2电机状态备注01关闭正常10打开正常单速电机，电动阀电磁阀等Ix根据X情况电机以某一档位正常运行多档速电机00电机故障如供电缺相，电机控制线断路等等 所述的电机运行状态故障判断方法，检测电路输出检测信号F2对单速电机为开
5关量输出，对多速电机为电压模拟信号输出；对于多档速电机，两路检测电路输出检测信号 F1、F2分别为vcc伏、χ伏时，χ表示不同的档位运行时对应的电压值，则表示电机在以某一 对应档位正常运行。对于多档速电机，不同的运行状态在电机的线圈绕组的电压不同，根据此特点我 们只测量某个线圈绕组的电压值，根据不同的电压的输出情况检测电机的状态，包括故障 状态，停止状态和运行档位。当检测电路输出状态为F1F2=01 (分别0伏，vcc伏)时，表示 此电机处于停止状态。当检测电路输出状态为F1F2=10 (分别vcc伏，0伏)表示此电机工 作正常，如是多档速电机时，输出状态为FlF2=lx (分别vcc伏，χ伏)则表示以不同的档位 运行。当检测电路输出状态为F1F2=00 (分别0伏，0伏)时，表示此电机设备故障。故障检 测迅速准确，足以满足一般设备的检测的要求。对于一个单速电机，当在关闭，打开运行时，与参考电压(市电零线和相线)比较得 到不同的输出状态组合，分别表示关闭，运行和故障，当检测电路输出状态为F1F2=01(分别 0伏，vcc伏)时，表示此电机处于停止状态，设备正常。当检测电路输出状态为F1F2=10 (分 别V CC伏，0伏)表示此电机正处于运行状态，当检测电路输出状态为F1F2=00 (分别0伏， 0伏)时，表示此电机设备故障。该模块采用光耦实现强弱电隔离，保护系统的稳定工作。实施例二 参见图1 图5。本实施例电机运行状态故障检测装置，与实施例一 不同的是，含有CPU模块，所述CPU模块含有单片机及外围电路，所述电机运行状态检测电 路的两个状态信号输出端分别连接有稳压滤波电路，输出两个状态信号经稳压滤波后接入 CPU模块的相应I/O端口或通过模/数转换电路后连接CPU模块中单片机的一组I/O端口。所述的电机运行状态故障检测装置，同CPU模块连接有通讯模块，CPU模块中单片 机的串行通讯接口对应连接通讯模块的相应功能端口 ；通讯模块可以采用RS-485总线通 讯方式，或者采用CAN总线或BUS总线通讯方式，或者采用无线通讯方式。实施例三参见图1 图5，本实施例具体实现了电机运行状态故障检测方法的复 合应用，如一个两速风机和二线制电动阀组成的复合检测电路，两者核心部件都是一个电 机，当电动阀当检测电路输出状态为F1F2=01 (分别0伏，vcc伏)时，表示此电动阀停止状 态，设备正常。当输出状态为F1F2=10 (分别vcc伏，0伏)表示此电动阀正处于启动运行状 态，当输出状态为F1F2=00 (分别0伏，0伏)时，表示此电动阀设备故障。对于风机当检测 电路输出状态为F1F2=01 (分别0伏，vcc伏)时，表示此风机机处于停止状态。当输出状态 为F1F2=10 (分别vcc伏，0伏)表示此风机工作正常工作于一个档位，输出状态为FlF2=lx (分别0伏，χ伏)则表示以另外不同的档位运行(χ表示不同的电压值)。此实施例中为两个 档位的电机，则可以调整电路参数定χ另外一个电压为1 (vcc伏)，则F1F2=11 (分别vcc 伏，vcc伏)表示风机以另一个档位运行。输出状态为F1F2=00 (分别0伏，0伏)时，表示此 风机设备故障。实施例四参见图1 图5，本实施例实现三个及以上档速电机的状态识别及故障 检测，如对于风机当检测电路输出状态为F1F2=01 (分别0伏，vcc伏)时，表示此风机机处 于停止状态。当输出状态为F1F2=10 (分别vcc伏，0伏)表示此风机工作正常工作于一个 档位，输出状态为FlF2=lx (分别0伏，χ伏)则表示以另外不同的档位运行(χ表示不同的 电压值)。通过计算χ的值判断出不同的档位。输出状态为F1F2=00 (分别0伏，0伏)时， 表示此风机设备故障。
权利要求1.一种电机运行状态故障检测装置，针对每个单速电机或共零绕组的多档速电机，对 应设有一个或至少一个电机运行状态检测电路，其特征是所述的电机运行状态检测电路 含有两个光耦隔离模块，所述电机运行状态检测电路的两个输入端同时连接电机某个线圈 绕组的电源端Vd，该输入端同时分别通过限流电阻和单向保护二极管接入两个光耦隔离 模块的正极输入端，所述电机运行状态检测电路中另外两个输入端分别连接所述线圈绕组 的零线和相线，该两个输入端分别连接两个光耦隔离模块的另一个输入端；两个光耦隔离 模块的电源端分别通过限流电阻连接电源，两个光耦隔离模块的输出端组成状态信号输出 端。
2.根据权利要求1所述的电机运行状态故障检测装置，其特征是含有CPU模块，所述 CPU模块含有单片机及外围电路，所述电机运行状态检测电路的两个状态信号输出端分别 连接有稳压滤波电路，输出两个状态信号经稳压滤波后接入CPU模块的相应I/O端口或通 过模/数转换电路后连接CPU模块中单片机的一组I/O端口。
3.根据权利要求1或2所述的电机运行状态故障检测装置，其特征是同CPU模块连 接有通讯模块，CPU模块中单片机的串行通讯接口对应连接通讯模块的相应功能端口 ；通 讯模块采用RS-485总线通讯方式，或者采用CAN总线或BUS总线通讯方式，或者采用无线 通讯方式。
专利摘要本实用新型涉及一种电机运行状态尤其是故障判断检测装置，针对每个单速电机或共零绕组的多档速电机，对应设有电机运行状态检测电路，每个状态检测电路含有两路输入信号，其中一路连接电机某个线圈绕组的电源端Vd，并分别通过限流电阻和单向保护二极管接入两个光耦隔离模块的一个输入端，所述电机运行状态检测电路中两个光耦隔离模块的另一个输入端分别连接零线和相线；两个光耦隔离模块的输出端即电源端分别通过限流电阻连接电源，另两个为状态信号输出端。本实用新型电机运行状态故障检测装置，能够迅速准确的实现电机的故障检测，有效解决譬如中央空调系统风机盘管的故障监测和防盗用问题；在工业用途中进一步可靠的实现了电机故障检测自动化。
文档编号G01R31/34GK201867479SQ20102062135
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者李瑞昌, 杨东, 陈传伟, 陈玉军, 黄守峰 申请人:郑州春泉暖通节能设备有限公司