CN106291068B - 交流电机电流有效值的检测计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交流电机电流有效值的检测计算方法，设定电机的载波频率为fc；其包括以下步骤：启动电机；读取并记录初始电极极性；每隔时间段T，读取一次实时电极极性；当实时电极极性与所述的初始电极极性相反时，记录相反电极极性采样点的电机频率值f以及电机电流值I1，同时每隔时间段T读取并记录电机电流值I2、I3、……In；当In的实时电极极性与初始电极极性相同并且值In实时电极极性与In+1的实时电极极性相反时，停止记录电机电流值并将该电机电流值In+1丢弃；判断记录的采样数量n是否在与范围内，若不在该范围内，则返回步骤(2)；否则，电流有效值该方法能够精确地检测并计算非标准正弦波波形的电机电流有效值。

Description

交流电机电流有效值的检测计算方法
技术领域
本发明涉及正弦波有效值的实时检测技术领域，具体讲是一种用于检测交流电机电流有效值的检测计算方法。
背景技术
交流电机(以下简称电机)是按照标准正弦波电流的特性设计和运行的，因此电机电流有效值(Irms)的检测及计算也是以标准的正弦波交流电为依据，通过检测峰值或者平均值以转换得到电流有效值。
现有技术电机电流有效值的检测计算方法如下：第一种方法在电机任一相上连接一个电流检测器，通过在一定时间内不断比较电流检测器的输出而得到一个极值，该极值即是电机正弦波电流的电流峰值Ipeak，然后根据公式计算得到电机电流的有效值。第二种方法是在一个正弦信号周期内采样N次，得到采样值为I1、I2、I3……IN，则电流平均值电流有效值上述两种方法仅适用于电流波形为标准正弦波形的情况下的电流有效值计算。
随着电机生产工艺、调速节能和伺服控制等技术的发展，越来越多的电机都采用变频控制器进行供电。然而，受变频器的特性影响，电机的电流中会产生大量的高次谐波，尤其是采用扭矩控制的电机，产生的电流波形会严重偏离标准的正弦波形。因此上述两种分别通过检测峰值或者平均值转换得到电机电流有效值存在以下技术缺点：由于检测的电流波形不为标准的正弦波，因此其计算出来的电流有效值偏差较大，准确性较低。对于以扭矩控制为主的电机或者会产生偏离正弦波电流的电机来说，电流有效值的计算结果不准，不仅会影响电机产品的可靠性，而且会造成电机的损坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种交流电机电流有效值的检测计算方法，该方法能够精确地检测并计算非标准正弦波波形的电机电流有效值。
本发明的技术方案是，提供一种交流电机电流有效值的检测计算方法，设定电机的载波频率为fc；所述的检测计算方法包括以下步骤：
(1)、启动电机；
(2)、读取并记录电机电流值的初始电极极性；
(3)、每隔时间段T，读取一次电机电流的实时电极极性；
(4)、当实时电极极性与所述的初始电极极性相反时，记录相反电极极性采样点的电机频率值f以及电机电流值I1，同时每隔时间段T读取并记录电机电流值I2、I3、……In；
(5)、当电机电流值In的实时电极极性与初始电极极性相同并且电机电流值In实时电极极性与电机电流值In+1的实时电极极性相反时，停止记录电机电流值并将该电机电流值In+1丢弃；
(6)、判断记录的电机电流值的采样数量n是否在与范围内，若不在该范围内，则返回步骤(2)；
(7)、否则，电机的电流有效值
所述的步骤(6)与步骤(7)之间还包括以下步骤：
a、设置一个常数j和一个采样组；
b、令采样组若采样组Ns为整数，则电机电流值的采样数量n分为Ns列，计算每列j个电机电流值的平均值Ij1、Ij2、Ij3、……INs，并将上述值带入步骤(7)计算；
c、否则电机电流值的采样数量n分为(Ns+1)列，计算每列j个电机电流值的平均值Ij1、Ij2、Ij3、……INs+1，并将上述值带入步骤(7)计算。
所述的步骤(5)和步骤(6)还可以为以下步骤：当电机电流值In的实时电极极性与电机电流值In+1的实时电极极性相反时，停止记录电机电流值并将该电机电流值In+1丢弃；判断记录的电机电流值的采样数量n是否在与范围内，若不在该范围内，则返回步骤(2)。
采用以上方法后，本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明交流电机电流有效值的检测计算方法通电机电流值的电极极性、电机电流值的数量两个标准来判断非标准正弦波是否完成了一个周期的采样。电机电流值的电极极性的检测确保了采样周期与信号周期严格同步，电机电流值的数量的判断能够确保采样值有效，从而能够有效且准确地计算非正弦波的电流有效值。其中，电机电流值的数量又与电机频率值f相关。通过上述计算方法能够使得计算出来的电流有效值偏差小，准确性较高。对于以扭矩控制为主的电机或者会产生偏离正弦波电流的电机来说，精确地电流有效值计算结果不仅能保证电机产品的可靠性，而且避免了电机的损坏。
作为改进，所述的步骤(6)与步骤(7)之间还包括以下步骤：a、设置一个常数j和一个采样组；b、令采样组若采样组Ns为整数，则电机电流值的采样数量n分为Ns列，计算每列j个电机电流值的平均值Ij1、Ij2、Ij3、……INs，并将上述值带入步骤(7)计算；c、否则电机电流值的采样数量n分为(Ns+1)列，计算每列j个电机电流值的平均值Ij1、Ij2、Ij3、……INs+1，并将上述值带入步骤(7)计算。上述增加的步骤能够有效地减少电机电流值的采样数量n，从而在保证有效值准确地基础上又有效地节省单片机内存，减少计算量，缩短计算时间。
作为改进，所述的步骤(5)和步骤(6)还可以为以下步骤：当电机电流值In的实时电极极性与电机电流值In+1的实时电极极性相反时，停止记录电机电流值并将该电机电流值In+1丢弃；判断记录的电机电流值的采样数量n是否在与范围内，若不在该范围内，则返回步骤(2)。选择该步骤后，进行的是半个周期内的采样，从而能够有效地减少电机电流值的采样数量n，从而在保证有效值准确地基础上又有效地节省单片机内存，减少计算量，缩短计算时间。
附图说明
图1是本发明交流电机电流有效值的检测计算方法的流程图。
图2是一个周期内非正弦波信号采样的示意图。
图3是半个周期内非正弦波信号采样的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明一种交流电机电流有效值的检测计算方法，设定电机的载波频率为fc，电机的载波频率fc依据电机的运转要求而定，不同的电机有不同的载波频率fc，但一般压缩机电机的载波频率fc在5000-10000Hz之间，风机的载波频率则在8000Hz-16000Hz左右；所述的检测计算方法包括以下步骤：
(1)、启动电机；
(2)、读取并记录电机电流值的初始电极极性；
(3)、每隔时间段T，读取一次电机电流的实时电极极性；
(4)、当实时电极极性与所述的初始电极极性相反时，记录相反电极极性采样点的电机频率值f以及电机电流值I1，同时每隔时间段T读取并记录电机电流值I2、I3、……In；
(5)、当电机电流值In的实时电极极性与初始电极极性相同并且电机电流值In实时电极极性与电机电流值In+1的实时电极极性相反时，停止记录电机电流值并将该电机电流值In+1丢弃。该步骤实际上完成了一个周期，即电机电流值两次经过了零点。
(6)、判断记录的电机电流值的采样数量n是否在与范围内，若不在该范围内，则返回步骤(2)；
(7)、否则，电机的电流有效值
下面结合实施例1进行说明：
(1)、启动电机；
(2)、读取并记录电机电流值的初始电极极性，举个例子初始的电极极性为负；
(3)、每隔时间段T，读取一次电机电流的实时电极极性；时间段T可以根据采样的要求而定。
(4)、当实时电极极性与所述的初始电极极性相反时，记录相反电极极性采样点的电机频率值f以及电机电流值I1，同时每隔时间段T读取并记录电机电流值I2、I3、……In；假使采样数量为100个，则电机电流值I2、I3、……I100；
(5)、而当电机电流值I101的电极极性为负时，而电机电流值I100的电极极性为正时则说明采样周期为半个周期，这样停止记录电机电流值并将该电机电流值I101丢弃。
(6)、判断记录的电机电流值的采样数量100是否在与范围内，若不在该范围内，则返回步骤(2)；
(7)、否则，电机的电流有效值
为了减少单片机的运算负担，所述的步骤(6)与步骤(7)之间还包括以下步骤：
a、设置一个常数j和多个采样组；若j＝5，j为大于1的整数；
b、令采样组
即采样组Ns为整数，则电机电流值的采样数量n分为20列，计算每列5个电机电流值的平均值Ij1、Ij2、Ij3、……Ij20，并将上述值带入步骤(7)计算即可；
c、否则电机电流值的采样数量n分为(Ns+1)列，计算每列j个电机电流值的平均值Ij1、Ij2、Ij3、……INs+1，并将上述值带入步骤(7)计算，在本步骤中，若n＝103，则分为21组，同时剩下的3个位一组进行平均数求值。
如图3所示，所述的步骤(5)和步骤(6)还可以为以下步骤：当电机电流值In的实时电极极性与电机电流值In+1的实时电极极性相反时，停止记录电机电流值并将该电机电流值In+1丢弃；判断记录的电机电流值的采样数量n是否在与范围内，若不在该范围内，则返回步骤(2)。该步骤尤其适合一个周期内的上下半波波形一致的情况下使用。
因此，本发明检测及计算方法的采样周期可以不是一个信号周期，半个周期内对信号同步采样，也可以得到电流有效值，即检测电流的正负极性确定第一个过零点，同时开始采样，当再次检测到与之前相反的电流极性时，则停止采样。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种交流电机电流有效值的检测计算方法，其特征在于，设定电机的载波频率为fc；所述的检测计算方法包括以下步骤：
(1)、启动电机；
(2)、读取并记录电机电流值的初始电极极性；
(3)、每隔时间段T，读取一次电机电流的实时电极极性；
(4)、当实时电极极性与所述的初始电极极性相反时，记录相反电极极性采样点的电机频率值f以及电机电流值I1，同时每隔时间段T读取并记录电机电流值I2、I3，、……In；
(5)、当电机电流值In的实时电极极性与初始电极极性相同并且电机电流值In的实时电极极性与电机电流值In+1的实时电极极性相反时，停止记录电机电流值并将该电机电流值In+1丢弃；
(6)、判断记录的电机电流值的采样数量n是否在与范围内，若不在该范围内，则返回步骤(2)；
(7)、否则，电机的电流有效值
2.根据权利要求1所述交流电机电流有效值的检测计算方法，其特征在于：所述的步骤(6)与步骤(7)之间还包括以下步骤：
a、设置一个常数j和一个采样组；
b、令采样组若采样组Ns为整数，则电机电流值的采样数量n分为Ns列，计算每列j个电机电流值的平均值Ij1、Ij2、Ij3、……INs，并将上述值代入步骤(7)计算；
c、否则电机电流值的采样数量n分为(Ns+1)列，计算每列j个电机电流值的平均值Ij1、Ij2、Ij3、……INs+1，并将上述值代入步骤(7)计算。
3.一种交流电机电流有效值的检测计算方法，其特征在于，设定电机的载波频率为fc；所述的检测计算方法包括以下步骤：
(1)、启动电机；
(2)、读取并记录电机电流值的初始电极极性；
(3)、每隔时间段T，读取一次电机电流的实时电极极性；
(4)、当实时电极极性与所述的初始电极极性相反时，记录相反电极极性采样点的电机频率值f以及电机电流值I1，同时每隔时间段T读取并记录电机电流值I2、I3，、……In；
(5)、当电机电流值In的实时电极极性与电机电流值In+1的实时电极极性相反时，停止记录电机电流值并将该电机电流值In+1丢弃；
(6)、判断记录的电机电流值的采样数量n是否在与范围内，若不在该范围内，则返回步骤(2)；
(7)、否则，电机的电流有效值
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