CN102147428A - 一种变频器输出电压的数字测量方法和测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频器输出电压的数字测量方法，其特征在于，包括以下步骤：从变频器输出端取样输出电压信号，设置一谐波滤波电路对其进行谐波的滤除；设置一整流电路对经过谐波滤除处理的电压信号进行整流；设置一平滑滤波电路对整流后的电压信号进行平滑滤波处理得到平稳的电压信号；设置一真有效值电路对所述平稳的电压信号进行运算处理，同时设置一个专用测量的A/D芯片对处理后的信号进行采样并转换为数字信号，通过单片机输出到数显器件进行相应数值的显示。本发明还公开了实现上述方法的装置。本发明能够利用数字式准确测量与显示变频器输出电压的方法与装置，解决原来变频器信号测量繁琐及含有谐波时测量不准确的问题。

Description

一种变频器输出电压的数字测量方法和测量装置

技术领域

本发明涉及电压的测量装置，特别涉及变频器输出电压的数字测量方法与装置。

背景技术

目前变频器应用在生产生活领域，其广泛应用在家用电器、工业机械设备等产品中，而工作参数的测量自然是其重要的一部分。

现有数字式仪表因其采样脉冲宽度和采样频率固定，而变频输出电压随频率的变化而变化，其采样结果无规律可循而导致测量结果不准确，且多数测量显示的是平均值而非真有效值，不足以反映变频器输出电压的真正情况。变频器的输出电压中必然含有较多的谐波成分，市面上有采用整流式仪表来测量交流电压有效值的，但由于其只能直接进行整流，所能准确测量的也均只为纯正正弦波形，一旦含有谐波，其测量精确度则大大降低，一般情况下为了准确测量变频器输出电压，除了需要使用较贵重的示波器进行检测之外，同时也需要用几种不同原理类型的仪表进行测量才能估算到比较准确的电压值，现有的单一仪表尚未能在含有谐波分量的波形下准确测量其电压信号的真有效值，其测量步骤繁琐。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够不需同时使用示波器与几种仪表，则能够利用数字式准确测量与显示变频器输出电压的方法与装置，解决原来变频器信号测量繁琐及含有谐波时测量不准确的问题。

本发明的一种变频器输出电压的数字测量方法和装置通过如下技术方案实现，所述的方法包括以下步骤：

(1)从变频器输出端取样输出电压信号，设置一谐波滤波电路对其进行谐波的滤除；

(2)设置一整流电路对经过谐波滤除处理的电压信号进行整流；

(3)设置一平滑滤波电路对整流后的电压信号进行平滑滤波处理得到平稳的电压信号；

(4)设置一真有效值电路对所述平稳的电压信号进行运算处理，同时设置一个专用测量的A/D芯片对运算处理后的信号进行采样并转换为数字信号，通过单片机输出到数显器件进行相应数值的显示。

由于变频器输出电压信号中必然带有各种谐波分量，本发明对该电压信号进行了二次滤波，使输入信号经过精密处理，从而得出精确测量结果：第一次滤波对变频输入端电压进行谐波的滤除，所述的谐波滤波采用有源带通滤波方式，可通过特定频率下的波形而阻隔其它频率谐波，其包括若干个电容值比较大的电容，以保证能滤除所含的谐波成分。

所述的整流电路为全波整流电路，其包括多个整流二极管和一附加电阻，所述整流二极管将输入的信号进行全波整流，附加电阻串联在整流电路中，其因附加的电阻而增大整流电路整体内阻，也即成为一个比较接近纯电阻的电路，确保流入测量电路的电压和电流波形相近而不产生较大的失真。

整流过后的电压信号对其进行第二次滤波即平滑滤波，所述平滑滤波采用LC平滑滤波方式，对整流后的信号进行平滑性处理，防止采样中因受到不稳定的干扰而造成测量失真，保证输出的波形精确符合采样与测量的要求。

本发明的实施一种变频器输出电压的数字测量方法的装置包括依次连接的变频器输出端、整流电路、真有效值运算电路、A/D芯片、单片机和数显器件。其还包括一连接在所述变频器输出端与整流电路之间的谐波滤波电路和一连接在所述整流电路与真有效值运算电路之间的平滑滤波电路，所述谐波滤波电路为有源带通滤波器，其包括互相并联的电容值较大的电容，可滤除变频器输出端各种频率的谐波；所述整流电路包括多个整流二极管，对输入信号进行全波整流，所述整流电路还串联了一个附加电阻r，可确保流入测量电路的电压和电流波形相近而不产生较大失真；所述平滑滤波电路使用LC滤波器进行平滑滤波；所述A/D芯片为专用测量芯片，对经二次滤波后的平稳电压信号进行采样及A/D转换，其与所述真有效值运算电路相连，数据接口与单片机相连，转换的信号经真有效值电路进行运算处理后，返回单片机处理输出至数显器件进行数值的显示。

本发明与现有技术对比的有益效果是：变频电压值测量步骤简单，显示直观，能够使用一种装置则能直接进行数字式显示变频器的输出电压真有效值，且其电路简单，能够直接滤除谐波并测量，可从实质上准确测量含谐波的信号。

附图说明

附图1是本发明中谐波滤波电路示意图；

附图2是本发明中整流电路示意图；

附图3是本发明中平滑滤波及信号处理电路流程示意图。

具体实施方式

参见图1、2、3，本发明所述的一种变频器输出电压的数字测量方法包括以下步骤：

(1)从变频器输出端取样输出电压信号，设置一谐波滤波电路对其进行谐波的滤除；

(2)设置一整流电路对经过谐波滤除处理的电压信号进行整流；

(3)设置一平滑滤波电路对整流后的电压信号进行平滑滤波处理得到平稳的电压信号；

(4)设置一真有效值电路对所述平稳的电压信号进行运算处理，同时设置一个专用测量的A/D芯片对运算处理后的信号进行采样并转换为数字信号，通过单片机输出到数显器件进行相应数值的显示。

由于变频器的输出电压信号带有很多的谐波分量，只有进行谐波的滤除后才能较准确地测量信号，市面上的仪表均针对纯正波型而设计，一旦含有谐波，其测量时会同时把各种谐波一起采样并计算，导致测量不准确，本发明对变频器的输出信号进行二次滤波方式。其中第一次滤波为谐波滤除，所述的谐波滤波电路采用有源带通滤波方式，其中包括采用含有电容值比较大的电容Cp，以保证能最大限度滤除谐波成分，其主要滤波原理框图如图1所示。

所述的整流电路为全波整流电路，如图2所示，其包括多个整流二极管和一附加电阻r，所述整流二极管将输入的信号进行全波整流，附加电阻r串联在整流电路中，其因附加的电阻r而增大整流电路整体内阻，也即成为一个比较接近纯电阻的电路，确保流入测量电路的电压和电流波形相近而不产生较大的失真。

所述的平滑滤波电路为第二次滤波过程采用的电路，其利用LC平滑滤波器对输入信号进行平滑滤波以得到一平稳的电压信号，防止因受到强烈变化的脉动电压干扰、各周期波形间的过渡不平滑等而造成采样与测量的失真。

所述真有效值电路的处理过程具体算法如下：

周期为t的非正弦波电压周期量x(t)通过傅氏变换可以分解为：

$x\left(t\right)=\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{2}{A}_n\sin (\mathrm{nat}+{\mathrm{\θ}}_n)$

其中ω为x(t)的角频率(ω＝2π/t)；An为x(t)的第n次谐波的有效值；θ_n为x(t)第n次谐波的相位。

一般的仪表测量时其根据以下公式进行计算，其实际上表示的只为一相近的平均值

而x(t)的真有效值的理论值实为

所述单片机通过A/D采样及转换后的数据信号进行处理，从而计算及通过数显器件显示出数字式真有效值。

本发明的实施一种变频器输出电压的数字测量方法的装置包括依次连接的变频器输出端、整流电路、A/D芯片及真有效值运算电路、单片机和数显器件。其还包括一连接在所述变频器输出端与整流电路之间的谐波滤波电路和一连接在所述整流电路与真有效值运算电路之间的平滑滤波电路，所述谐波滤波电路为有源带通滤波电路，包括电容值较大的多个电容Cp1，Cp2，Cp3等，可滤除变频器输出端处的谐波部分，其主要滤波原理框图如图1所示；所述整流电路如图2所示，包括多个整流二极管，对输入信号进行全波整流，所述整流电路还串联了一个附加电阻r，可确保流入测量电路的电压和电流波形相近而不产生较大失真；所述的平滑滤波电路采用LC平滑滤波器对输入信号进行平滑滤波，得到的平稳电压信号有利于提高信号的采样与转换的精确度；所述A/D芯片为专用测量芯片，其与所述真有效值运算电路相连，数据接口与单片机相连，对经二次滤波后的平稳电压信号进行采样及A/D转换，进而传输至真有效值电路进行运算处理，所述的真有效值电路可通过单片机对其进行编程实现运算处理，处理后的信号返回单片机输出至数显器件进行数值的显示。

以上发明实施例所述仅为本发明的最佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明基础上所作的修改、替换或改进等，均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种变频器输出电压的数字测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)从变频器输出端取样输出电压信号，设置一谐波滤波电路对其进行谐波的滤除；

2)设置一整流电路对经过谐波滤除处理的电压信号进行全波整流；

3)设置一平滑滤波电路对整流后的电压信号进行平滑滤波处理，得到平稳的电压信号；

4)设置一真有效值电路对所述平稳的电压信号进行运算处理，同时设置一个专用测量的A/D芯片对运算处理后的信号进行采样并转换为数字信号，通过单片机输出到数显器件进行相应数值的显示。

2.根据权利要求1所述的一种变频器输出电压的数字测量方法，其特征在于，对变频器输出电压分别进行谐波滤波和平滑滤波两次滤波。

3.根据权利要求2所述的一种变频器输出电压的数字测量方法，其特征在于，所述的谐波滤波应用有源带通滤波方式，其包括采用能滤除谐波成分的电容值比较大的电容。

4.根据权利要求2所述的一种变频器输出电压的数字测量方法，其特征在于，所述的平滑滤波利用LC平滑滤波器进行平滑滤波。

5.一种实施权利要求1所述的变频器输出电压的数字测量方法的装置，其包括依次连接的变频器输出端、整流电路、真有效值运算电路、A/D芯片、单片机和数显器件，所述A/D芯片与所述真有效值运算电路相连，芯片的数据接口与单片机相连，其特征在于，其还包括一连接在所述变频器输出端与整流电路之间的谐波滤波电路和连接在所述整流电路与所述真有效值运算电路之间的平滑滤波电路。

6.根据权利要求5所述的一种变频器输出电压的数字测量装置，其特征在于，所述的谐波滤波电路采用有源带通滤波器，其包括能滤除谐波成分的比较大电容值的电容。

7.根据权利要求4所述的一种变频器输出电压的数字测量装置，其特征在于，所述平滑滤波电路采用LC平滑滤波器进行平滑滤波。

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