CN113064067B - 一种快速计算电机电参数的频率检测电路及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种快速计算电机电参数的频率检测电路及其方法，其中一种频率检测电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2以及比较器U1；比较器U1的7管脚接5V的电源，4管脚接地；比较器U1的3管脚接电阻R3，电阻R3的另一端连接电机的输出信号；比较器U1的二号管脚，分别与电阻R1、电阻R2以及电容C2的一端连接，电容C2以及电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端与5V的电源连接；比较器U1的8管脚接地，8管脚还与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与5V的电源连接；比较器U1的6管脚作为输出；通过设置数据组，不需要等待完成周期采样再计算输出信号对应的有效数据，而是在完成至少一个数据组的采样后就能够输出有效数据，减少等待时间。

Description

一种快速计算电机电参数的频率检测电路及其方法

技术领域

本发明涉及电机领域，特别是涉及一种快速计算电机电参数的频率检测电路及其方法。

背景技术

在电机的系统测试中，电机的电压、电流以及功率等电参数是衡量电机性能，计算电机效率的必备参数。尤其是在对电机进行大功率测试或者堵转测试时，还要求在短时间内获取电机的相关电参数，否则会对电机或者驱动器产生不可逆的危害。在传统的电机性能测试中电机的电压有效值(U_RMS)、电流有效值(I_RMS)及有功功率(P)都是根据周期内的采样数据进行计算的，通常需要进行多个周期的采样，并根据每个运行周期的电参数来获取。但是在电机的转速很低或者接近堵转时，输入信号的频率F很低，意味着周期较大，采用传统的数据采样和计算方法，需要采集多个周期的数值，等待的时间较长，不利于电机的快速测试，容易在测试过程中损坏电机等设备。因此需要一种能够在较短运行周期内准确获得电机电参数的方法。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种快速计算电机电参数的频率检测电路及其方法，结构简单，使用方便，能够在较少的周期内准确获得电机电参数。

一种频率检测电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2以及比较器U1；比较器U1采用TLV3501集成芯片；比较器U1的7管脚接5V的电源，4管脚接地；比较器U1的3管脚接电阻R3，电阻R3的另一端连接电机的输出信号；比较器U1的二号管脚，分别与电阻R1、电阻R2以及电容C2的一端连接，电容C2以及电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端与5V的电源连接；比较器U1的8管脚接地，8管脚还与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与5V的电源连接；比较器U1的1管脚和5管脚均空接，6管脚作为输出，所述电阻R1与电阻R2的阻值相等。

一种快速计算电机电参数的方法，包括如下步骤：

步骤1：获得电机的输出信号，测得其频率并通过上述的频率检测电路对频率进行畸变得到频率f；其中输出信号包括输出电压、输出电流；

步骤2：根据设定的AD采样率进行采样；其中AD采样率设定为500k，电机的输出信号一个周期内的采样数为500k/f；

步骤3：对每个周期内的采样数进行划分，均分为y份；

步骤4：对每份数据进行计算得到电压数据组、电流数据组以及功率数据组；

步骤5：根据每类数据的第n～(y+n-1)份数据组，n＝1,2,3…，得到输出信号对应的有效数据；其中n表示第n个有效数据周期。

进一步的，所述步骤4中电压数据组UU_ADD的计算表示为：

其中y表示每个周期内的采样数均分为y份；f表示电机的输出频率；500k/yf表示电机输出信号一个周期内的采样数均分为y份后每份的采样数，U_i表示电压的采样数据；

电流数据组II_ADD的计算表示为：

其中I_i表示电流的采样数据；

功率数据组PUI_ADD的计算表示为：

进一步的，所述步骤5中，由传统的电压有效值计算式结合式(5)改进得到：

其中UU_ADDj表示第j组电压数据组；N表示一个周期内的采样数，N为500k/f，U_RMS表示电压有效值。

进一步的，所述步骤5中，由传统的电流有效值计算式结合式(6)改进得到：

其中II_ADDj表示第j组电压数据组，I_RMS表示电流有效值。

进一步的，所述步骤5中，由传统的有功功率计算式结合式(7)改进得到：

其中PUI_ADDj表示第j组功率数据组，P表示有功功率。

进一步的，所述步骤5中，电机的功率因素PF表示为：

进一步的，所述y＝20，表示每个周期的采样数均分为20份，其中一份的数量为25k/f。

本发明的有益效果为：

本发明通过设置数据组，不需要等待完成周期采样再计算输出信号对应的有效数据，而是在完成至少一个数据组的采样后就能够输出有效数据，减少等待时间；

本发明相比传统方法，对于相同时长的电机输出信号，能够得到的有效数据更多，有效数据的样本更为丰富，得到的结论也更为准确；

通过数据组的形式，将累乘运算分组进行，并直接调用累乘的数据组进行累加运算，大大减少了重复数据的计算量，减少运算设备的负荷，并提高了数据处理速度，缩短了获得电机运行参数的时间。

附图说明

图1为本发明实施例一的频率检测电路示意图；

图2为传统方法检测频率示意图；

图3为传统方法检测频率时过零点的毛刺和噪声干扰示意图；

图4为本发明实施例一的检测电路比较后输出的波形图；

图5为本发明实施例一的方法流程图；

图6为本发明实施例一的有效数据周期示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一：

如图1所示，一种频率检测电路，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2以及比较器U1，在本例中比较器U1采用TLV3501集成芯片。所述比较器U1的7管脚接5V的电源，4管脚接地。比较器U1的3管脚接电阻R3，电阻R3的另一端连接电机的输出信号。比较器U1的二号管脚，分别与电阻R1、电阻R2以及电容C2的一端连接，电容C2以及电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端与5V的电源连接。比较器U1的8管脚接地，并且8管脚还与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与5V的电源连接。其中比较器U1的1管脚和5管脚均空接，6管脚作为输出。

所述电阻R1与电阻R2的阻值相等，在本例中均为5.1k欧；电阻R3的阻值为1k欧；电容C1和电容C2均为100nf。

如图2-4所示，在实施的过程中，通过电阻R1和电阻R2进行分压，使得比较器U1的2管脚处的电压值为2.5V；将电机的输出信号经过本例的检测电路，若电机的输出信号高于2.5V，则6管脚输出高电平，反之输出低电平。在传统的检测方式中，通过检测电机的输出信号的过零点得到信号的频率，但是由于信号过零点存在信号毛刺和干扰，因此极容易产生误差，对于高频信号，误差的影响就会被放大，甚至影响测量结果；因此在本例中通过检测电路将电机的输出信号进行畸变，使过零点产生偏移，不会再受到零位附件的信号毛刺和噪声干扰的问题，并且检测电路6管脚输出的频率不发生改变。

如图5所示，一种快速计算电机电参数的方法，包括如下步骤：

步骤1：获得电机的输出信号，测得其频率并通过上述的频率检测电路对频率进行畸变得到频率f；其中输出信号包括输出电压、输出电流；

步骤2：根据设定的AD采样率进行采样；在本例中AD采样率为500k，其中电机的输出信号一个周期内的采样数为500k/f；

步骤3：对每个周期内的采样数进行划分，均分为y份；在本例中每个周期的采样数均分为20份，其中一份的数量为25k/f；

步骤4：对每份数据进行计算得到电压数据组、电流数据组以及功率数据组；

步骤5：根据每类数据的第n～(y+n-1)份数据组，n＝1,2,3…，得到输出信号对应的有效数据；其中n表示第n个有效数据周期。

传统的电压有效值(U_RMS)计算如下：

其中U_i表示电压的采样数据，N表示一个周期内的采样数，在本例中为N为500k/f。

同理，传统的电流有效值(I_RMS)及有功功率(P)的计算分别如式(2)、(3)所示：

其中I_i表示电流的采样数据。

根据电压有效值、电流有效值以及有功功率得到电机的功率因素PF为：

所述步骤4中电压数据组UU_ADD的计算表示为：

其中y表示每个周期内的采样数均分为y份；f表示电机的输出频率；500k/yf表示电机输出信号一个周期内的采样数均分为y份后每份的采样数。

电流数据组II_ADD的计算表示为：

功率数据组PUI_ADD的计算表示为：

所述步骤5中，由传统的电压有效值计算式(1)结合式(5)改进得到：

其中UU_ADDj表示第j组电压数据组；N表示一个周期内的采样数，在本例中为N为500k/f。

由传统的电流有效值计算式(2)结合式(6)改进得到：

其中II_ADDj表示第j组电压数据组。

由传统的有功功率计算式(3)结合式(7)改进得到：

其中PUI_ADDj表示第j组功率数据组。

如图6所示，在本例中电机的输出信号波形的频率为50Hz，得到输出周期为20ms，根据500k的AD采样率得到一个周期内的采样数量为10000个采样数。将一个周期内的数据均分为20份，则一份数据内的采样数为500。采用本方法，得到第一个有效数据周期为第1-10000个数据采样点，同理第二个有效数据采样周期为第500-10500个数据采样点，第三个有效数据采样周期为第1000-11000个数据采样点……

在本例实施的过程中不需要等待完成周期采样再计算输出信号对应的有效数据，而是在完成至少一个数据组的采样后就能够输出有效数据，减少等到时间；另外，相比传统方法，对于相同时长的电机输出信号，本实施例能够得到的有效数据更多，显然有效数据的样本更为丰富，得到的结论也更为准确；另外通过数据组的形式，将累乘运算分组进行，并直接调用累乘的数据组进行累加运算，大大减少了重复数据的计算量，提高了数据处理速度，缩短了获得电机运行参数的时间。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种快速计算电机电参数的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：获得电机的输出信号，测得其频率并通过频率检测电路对频率进行畸变得到频率f；其中输出信号包括输出电压、输出电流；

步骤2：根据设定的AD采样率进行采样；其中AD采样率设定为500k，电机的输出信号一个周期内的采样数为500k/f；

步骤3：对每个周期内的采样数进行划分，均分为y份；

步骤4：对每份数据进行计算得到电压数据组、电流数据组以及功率数据组；

步骤5：根据每类数据的第n～(y+n-1)份数据组，n＝1,2,3…，得到输出信号对应的有效数据；其中n表示第n个有效数据周期；

步骤1中的频率检测电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2以及比较器U1；比较器U1采用TLV3501集成芯片；比较器U1的7管脚接5V的电源，4管脚接地；比较器U1的3管脚接电阻R3，电阻R3的另一端连接电机的输出信号；比较器U1的二号管脚，分别与电阻R1、电阻R2以及电容C2的一端连接，电容C2以及电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端与5V的电源连接；比较器U1的8管脚接地，8管脚还与电容C1的一端连接，电容C1的另一端与5V的电源连接；比较器U1的1管脚和5管脚均空接，6管脚作为输出，所述电阻R1与电阻R2的阻值相等。

2.根据权利要求1所述的一种快速计算电机电参数的方法，其特征在于，所述步骤4中电压数据组UU_ADD的计算表示为：

其中y表示每个周期内的采样数均分为y份；f表示电机的输出频率；500k/yf表示电机输出信号一个周期内的采样数均分为y份后每份的采样数，U_i表示电压的采样数据；

电流数据组II_ADD的计算表示为：

其中I_i表示电流的采样数据；

功率数据组PUI_ADD的计算表示为：

。

3.根据权利要求2所述的一种快速计算电机电参数的方法，其特征在于，所述步骤5中，由传统的电压有效值计算式结合式(5)改进得到：

其中UU_ADDj表示第j组电压数据组；N表示一个周期内的采样数，N为500k/f，U_RMS表示电压有效值。

4.根据权利要求3所述的一种快速计算电机电参数的方法，其特征在于，所述步骤5中，由传统的电流有效值计算式结合式(6)改进得到：

其中II_ADDj表示第j组电压数据组，I_RMS表示电流有效值。

5.根据权利要求4所述的一种快速计算电机电参数的方法，其特征在于，所述步骤5中，由传统的有功功率计算式结合式(7)改进得到：

其中PUI_ADDj表示第j组功率数据组，P表示有功功率。

6.根据权利要求5所述的一种快速计算电机电参数的方法，其特征在于，所述步骤5中，电机的功率因素PF表示为：

。

7.根据权利要求1所述的一种快速计算电机电参数的方法，其特征在于，所述y＝20，表示每个周期的采样数均分为20份，其中一份的数量为25k/f。

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