CN113193812B - 一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统 - Google Patents

一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统，包括：输入模块、组合滤波器模块、电子开关模块、CPU微处理器控制模块、频率显示模块和多功能表头；输入模块将输入其内的待检信号分为两路，一路作为采样信号送入到CPU微处理器控制模块，另一路送入到组合滤波器模块；送入到CPU微处理器控制模块的采样信号经分析、计算、判断，并确认其频率成分后，控制电子开关模块中的相应电子开关接通组合滤波器模块中与之相匹配的滤波器；到达组合滤波器模块的信号进入到接通的滤波器将其中的电磁干扰滤除掉；滤除掉电磁干扰的信号，一路进入后续电路或变频器电路或电机驱动功率开关接口电路或电机，另一路进入频率显示模块，形成频率信号送入多功能表头以显示。

Description

一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统
技术领域
本发明涉及变频驱动电机抗电磁干扰技术领域，具体涉及一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统。
背景技术
目前，电机驱动有直接驱动和变频驱动两种方式。由于直接驱动功耗大，不便于控制，特别在精细行业使用的电机更是无法实现其对电机运转的要求，所以，目前绝大部分电机都采用变频驱动方式工作。采用变频驱动方式工作的电机实际工作中会经常出现以下故障现象：(1)突然频繁报告接地故障，而且每次启动都会造成照明灯跳闸；(2)设备仪表指示数字有时正常有时不正常；(3)传感器受到干扰；(4)电机出现不规则振动；(5)电机驱动电路模块经常损坏等。工作中排除这些故障费时费力，特别是对于缺乏理论基础的技术人员来说更是困难。实际上，此类故障都是由于系统的抗电磁干扰电路异常引起，或者是系统本身的抗电磁干扰电路设计不合理引起。变频驱动电机系统主要由变频器、功率驱动电路、电磁兼容电路及电机组成，电磁干扰主要存在三个方面，其一是变频器电路，此电路工作时包含大量的谐波，最易引起电磁干扰；其二是驱动电路的功率开关接口电路，最易产生电磁干扰和射频干扰，其三是变频驱动电机系统自身工作频率低、范围宽、功率大，自身具备杂散电感和杂散电容；这些条件组合在一起，更助长了干扰信号的形成和传播。
综合以上情况，变频驱动电机对电磁兼容的要求较为严格，实际工作中各类变频驱动电机种类繁多，受电磁干扰的现象也多种多样，轻则时好时坏，重则烧坏模块、电路、电机，而此类故障在工作现场又特别难以排除。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统，针对变频驱动电机变频器电路产生大量谐波及驱动电路的功率开关接口电路产生电磁干扰和射频干扰，能够有效解决现有滤波器组件损坏后判断难、更换慢、匹配设计组合难、无变频频率显示的难题；同时，该系统体积小、功能全、操作方便，极大的提高了在终端设备现场工作的变频驱动电机因电磁兼容系统滤波器电路损坏而得到快速排除的能力。
本发明的技术方案为：一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统，包括：输入模块、组合滤波器模块、电子开关模块、CPU微处理器控制模块、频率显示模块和多功能表头；所述输入模块将输入其内的待检信号分为两路，一路作为采样信号送入到CPU微处理器控制模块，另一路送入到组合滤波器模块；送入到CPU微处理器控制模块的采样信号经分析、计算、判断，并确认其频率成分后，控制电子开关模块中的相应电子开关接通组合滤波器模块中与之相匹配的滤波器；而到达组合滤波器模块的信号进入到接通的滤波器将其中的电磁干扰滤除掉；滤除掉电磁干扰的信号，一路进入后续电路或变频器电路或电机驱动功率开关接口电路或电机本身，另一路进入频率显示模块，形成频率信号送入多功能表头进行显示。
优选地，所述输入模块包括：端口输入电路Ⅰ、限幅限频电路、端口输出电路Ⅰ和采样电路；所述待检信号从端口输入电路Ⅰ输入限幅限频电路，限幅限频电路一则对待检信号进行幅度衰减，二则通过其带通滤波器电路将设定频带外的频率信号滤除掉，保留下来的设定频带内的信号一路输出到端口输出电路Ⅰ，另一路输出到采样电路；端口输出电路Ⅰ对相应频带的信号进行缓冲分配处理，然后供后续电路使用；采样电路则将经限幅限频后的信号，进行整形变换成相应信号送入到CPU微处理器控制模块，作为其取样信号。
优选地，所述组合滤波器模块包括：开关接口电路和两个以上并联的低通滤波器；所述信号首先进入开关接口电路，CPU微处理器控制模块根据采样到的电磁干扰频率成分，通过所述电子开关模块打开开关接口电路中相应的微型继电器，接通相应的低通滤波器，滤除掉相应频率的电磁干扰信号，从而将无干扰的变频驱动信号提供给后续电路或变频器电路或电机驱动功率开关接口电路或电机本身；其中，所述开关接口电路中包括两个以上与低通滤波器一一对应的微型继电器。
优选地，所述CPU微处理器控制模块能够控制两个以上微型继电器同时工作，从而同时接通两个以上低通滤波器。
优选地，所述电子开关模块包括：端口输入电路Ⅱ、两路以上电子开关集成电路和端口输出电路Ⅱ；来自所述组合滤波器模块的信号首先进入电子开关模块的端口输入电路Ⅱ，经内部处理后进入两路以上电子开关集成电路，在CPU微处理器控制模块的控制下，设定的一路电子开关集成电路接通，输出信号控制组合滤波器模块内与该路电子开关集成电路相应的一个微型继电器工作，接通相应滤波器。
优选地，所述CPU微处理器控制模块可控制两个以上微型继电器同时工作，从而同时接通两个以上滤波器。
优选地，所述CPU微处理器控制模块包括：复位电路、振荡电路、电源电路和CPU控制芯片；其中，复位电路与CPU控制芯片的复位引脚连接，用于将CPU控制芯片的所有错乱数据复位，振荡电路与CPU控制芯片的振荡引脚连接，用于保证CPU控制芯片的工作频率在设定范围内，电源电路与CPU控制芯片的电源引脚连接，用于为CPU控制芯片供电；工作时，输入模块中的采样信号首先进入外围芯片内的接口电路，通过处理后进入到CPU控制芯片中，CPU控制芯片对采样信号进行计算处理，其结果再通过外围芯片输出相应控制信号以控制电子开关模块、频率显示模块和多功能表头工作。
优选地，所述频率显示模块包括：信号整形电路、分频电路、脉冲整形电路和脉冲计数电路；工作时，来自组合滤波器模块的信号进入到信号整形电路经整形后送入到分频电路，在CPU微处理器控制模块控制下，此信号在分频电路内部形成谐波，然后送入脉冲整形电路处理成能计数的脉冲，再送入到脉冲计数电路，计数后的脉冲信号最后提供给后续电路。
优选地，所述多功能表头包括：脉冲放大电路、频率数值显示电路和频率显示表头；工作时，来自频率显示模块的计数脉冲信号，首先进入脉冲放大电路进行脉冲放大，然后在CPU微处理器控制模块控制下，在频率数值显示电路内形成频率信号，最后此信号进入到频率显示表头进行显示。
有益效果：
与现有类似设备相比较，本发明立足终端设备现场工作条件，针对现行滤波器组件损坏后判断难、更换慢、匹配设计组合难、无变频频率显示的情况，从操作简单、替换不同组合滤波器的电路、便携入手，用模块化电路作为设计单元，用CPU微处理器作为指挥处理中心，用多功能表头做结果数据指示，用极少量的功能按键做键盘，使整个系统看起来体积小，操作简易、显示直观牢固，针对性强；极大的提高了在终端设备现场工作的变频驱动电机因电磁兼容系统滤波器电路损坏而得到快速排除的能力，使原来此类现象在工作现场得以解决的不可能成为可能，同时也适用于其它环境下的故障排除。
附图说明
图1为本发明的变频驱动电机电磁兼容滤波系统的组成示意图。
图2为本发明滤波系统中的输入模块的组成示意图。
图3为本发明滤波系统中的组合滤波器模块的组成示意图。
图4为本发明滤波系统中的电子开关模块的组成示意图。
图5为本发明滤波系统中的CPU微处理器控制模块的组成示意图。
图6为本发明滤波系统中的频率显示模块的组成示意图。
图7为本发明滤波系统中的多功能表头的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例提供了一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统，针对变频驱动电机变频器电路产生大量谐波及驱动电路的功率开关接口电路产生电磁干扰和射频干扰，能够有效解决现有滤波器组件损坏后判断难、更换慢、匹配设计组合难、无变频频率显示的难题；同时，该系统体积小、功能全、操作方便，极大的提高了在终端设备现场工作的变频驱动电机因电磁兼容系统滤波器电路损坏而得到快速排除的能力。
如图1所示，该系统包括：通过印刷电路连接并安装在同一块电路板上的输入模块、组合滤波器模块、电子开关模块、CPU微处理器控制模块、频率显示模块和多功能表头，模块化的设计能够有效保证该系统结构简单、可更换性强以及便于升级换代；其中，来自变频驱动电机且包含有多种电磁干扰的信号(待检信号)，进入输入模块，输入模块处理后把包含有电池干扰的信号一路作为采样信号送入到CPU微处理器控制模块，另一路送入到组合滤波器模块；送入到CPU微处理器控制模块的采样信号经分析、计算、判断，并确认其频率成分后，控制电子开关模块中的相应电子开关接通组合滤波器模块中与之相匹配的滤波器；而另一路到达组合滤波器模块的信号进入到接通的滤波器将其中的电磁干扰滤除掉；滤除掉电磁干扰的信号，一路进入后续电路(或变频器电路或电机驱动功率开关接口电路或电机本身)，另一路进入频率显示模块，最后形成的频率信号送入多功能表头进行显示；需要说明的是，CPU微处理器控制模块与电子开关模块、频率显示模块和多功能表头以及电子开关模块与组合滤波器模块之间均通过数据线进行交互。
本实施例中，如图2所示，输入模块包括：端口输入电路Ⅰ、限幅限频电路、端口输出电路Ⅰ和采样电路；其中，包含有多种电磁干扰的待检信号首先进入端口输入电路Ⅰ进行处理，然后输出到限幅限频电路，限幅限频电路一则对高幅度的待检信号进行幅度衰减，二则通过其带通滤波器电路将设定频带外的频率信号滤除掉，保留下来的设定频带内的信号一路输出到端口输出电路Ⅰ，另一路输出到采样电路；端口输出电路Ⅰ主要完成对相应频带的信号进行缓冲分配处理，然后供后续电路使用；采样电路则将经限幅限频后的信号，进行整形变换成相应信号送入到CPU微处理器控制模块，作为其取样信号实施对整个系统的控制。
本实施例中，如图3所示，组合滤波器模块包括：开关接口电路、滤波器组件(两个以上并联的低通滤波器，优选四个低通滤波器并联)；其中，信号首先进入开关接口电路，开关接口电路由两个以上与低通滤波器一一对应的微型继电器(优选四个固态的机械微型继电器)及相关电路组成，CPU微处理器控制模块根据采样到的电磁干扰频率成分，通过电子开关模块打开开关接口电路中相应的微型继电器，接通相应的低通滤波器，滤除掉相应频率的电磁干扰信号，最后将无干扰的变频驱动信号提供给后续电路(或变频器电路或电机驱动功率开关接口电路或电机本身)。
本实施例中，在CPU微处理器控制模块的控制下让多个微型继电器同时工作，从而同时接通多个低通滤波器，实现其对复杂电磁干扰信号的滤波。
本实施例中，如图4所示，电子开关模块包括：端口输入电路Ⅱ、两路以上电子开关集成电路(CC4066)和端口输出电路Ⅱ；其中，来自组合滤波器模块的信号首先进入电子开关模块的端口输入电路Ⅱ，经内部处理后进入两路以上电子开关集成电路(优选四路电子开关集成电路)，在CPU微处理器控制模块的控制下，设定的一路电子开关集成电路接通，输出信号控制组合滤波器模块内部与该路电子开关集成电路相应的一个微型继电器工作，接通相应滤波器。
本实施例中，CPU微处理器控制模块可控制两个以上微型继电器同时工作，从而同时接通两个以上滤波器，实现其对复杂电磁干扰信号的滤波。
本实施例中，如图5所示，CPU微处理器控制模块包括：复位电路、振荡电路、电源电路、CPU控制芯片(STC89C52RC)和外围芯片(X68C64)；其中，复位电路与CPU控制芯片的复位引脚连接，用于将CPU控制芯片的所有错乱数据复位(置零)，振荡电路与CPU控制芯片的振荡引脚连接，用于保证CPU控制芯片的工作频率在设定范围内，电源电路与CPU控制芯片的电源引脚连接，用于为CPU控制芯片供电；外围芯片包含了外围电路的存贮器、接口、A\D转换等电路，这是一个完整的、最小系统与外围电路组成的单片机控制系统；工作时，通过编程，输入模块中的采样信号首先进入外围芯片内的接口电路，通过处理后进入到CPU控制芯片中，CPU控制芯片通过已编辑好的程序，对采样信号进行计算处理，其结果再通过外围芯片输出相应控制信号去指挥电子开关模块、频率显示模块和多功能表头工作，完成对组合滤波器模块的选择，从而实现对各种电磁干扰的滤除及变频频率的显示。
本实施例中，如图6所示，频率显示模块包括：信号整形电路、分频电路、脉冲整形电路和脉冲计数电路等；工作时，来自组合滤波器模块的信号进入到信号整形电路经内部电路整形后送入到分频电路，在CPU微处理器控制模块控制下，此信号在分频电路内部形成可用的谐波，然后送入脉冲整形电路处理成能计数的脉冲，再送入到脉冲计数电路，计数后的脉冲信号最后提供给后续电路。
本实施例中，如图7所示，多功能表头包括：脉冲放大电路、频率数值显示电路和频率显示表头等；工作时，来自频率显示模块的计数脉冲信号，首先进入脉冲放大电路进行脉冲放大，然后在CPU微处理器控制模块控制下，在频率数值显示电路内形成频率信号，最后此信号进入到频率显示表头进行显示。
实施例2：
在实施例1的基础上，变频驱动电机电磁兼容滤波器系统正常工作时，将该系统的两根输入线接入到变频驱动电机内变频器电路的滤波器输入端，系统的两根输出线接到变频器电路滤波器电路输出端，包含有电磁干扰信号的变频信号被送入到系统内进入系统的输入模块，输入模块通过内部处理后把包含有干扰成分的信号一路作为采样信号送入到CPU微处理器控制模块，另一路送入到组合滤波器模块；送入到CPU微处理器控制模块的采样信号经分析、计算、判断，并确认其频率成分后，控制电子开关模块，接通相匹配的滤波器；而另一路到达组合滤波器模块的信号进入到接通的滤波器将其干扰信号通过其电路滤除掉；滤除掉干扰信号的变频信号，一路进入电机驱动功率开关接口电路，另一路进入到频率显示模块，最后形成的频率信号送入多功能表头进行显示；其中，故障现象消失说明该滤波器故障可以替换，否则转入到下一级电路，实现了最终对故障滤波器的替换和工作频率的显示。
实施例3：
在实施例1的基础上，变频驱动电机电磁兼容滤波器系统正常工作时，将系统的两根输入线接入到变频驱动电机内电机驱动功率开关接口电路的滤波器输入端，系统的两根输出线接到电机驱动功率开关接口电路的滤波器输出端，包含有电磁干扰、射频干扰信号的变频信号被送入到系统内进入到系统的输入模块，输入模块通过内部处理后把包含有干扰成分的信号一路作为采样信号送入到CPU微处理器控制模块，另一路送入到组合滤波器模块；送入到CPU微处理器控制模块的采样信号经分析、计算、判断，并确认其频率成分后，控制电子开关模块，接通相匹配的滤波器，而另一路到达组合滤波器模块的信号进入到接通的滤波器将其干扰信号通过其电路滤除掉，滤除掉干扰的信号，一路进入到电机本身，另一路进入到频率显示模块，最后形成的频率信号送入多功能表头进行显示；其中，故障现象消失说明该滤波器故障可以替换，否则转入到下一级电路，实现了最终对故障滤波器的替换和工作频率的显示。
实施例4：
在实施例1的基础上，变频驱动电机电磁兼容滤波器系统正常工作时，将系统的两根输入线接入到电机电路的输入端，系统的两根输出线接到电机电路输出端，包含有电磁干扰、射频干扰信号和其它复杂干扰信号的变频信号被送入到系统内进入到系统的输入模块，输入模块通过内部处理后把包含有干扰成分的信号一路作为采样信号送入到CPU微处理器控制模块，另一路送入到组合滤波器模块，送入到CPU微处理器控制模块的采样信号经分析、计算、判断，并确认其频率成分后，控制电子开关模块，接通相匹配的滤波器，而另一路到达组合滤波器模块的信号进入到接通的滤波器，将其复杂的干扰信号通过其电路滤除掉；滤除掉干扰的信号，一路进入到电机，另一路进入到频率显示模块，最后形成的频率信号送入多功能表头进行显示；其中，故障现象消失说明该系统的滤波器组合匹配成功，否则再次启动系统电源，寻找匹配的滤波器组合，重复此动作至到故障现象消失或得到明显改善。
总体而言，本发明针对终端设备现场工作条件、现行滤波器组件损坏后判断难、更换慢、匹配设计组合难、无变频频率显示的情况，解决了CPU微处理器控制电路对多种滤波器故障控制的情况下，多个滤波器的自动组合、替换、增设等进行了全新的设计，实现了该系统的全模块化设计，达到了体积小、功能多、方便携带的目的；同时，适合在终端设备现场工作的变频驱动电机因电磁兼容系统异常进行查找、替换故障滤波器使用，该系统可以重复启动电源以寻找最佳匹配的滤波器组件以排除故障，该系统还可以在变频驱动电机带电工作中使用，也可运用于其它类似驱动电机电磁兼容类故障环境，在终端工作现场能最大程度发挥其系统的工作效率。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种变频驱动电机电磁兼容滤波系统，其特征在于，包括：输入模块、组合滤波器模块、电子开关模块、CPU微处理器控制模块、频率显示模块和多功能表头；所述输入模块将输入其内的待检信号分为两路，一路作为采样信号送入到CPU微处理器控制模块，另一路送入到组合滤波器模块；送入到CPU微处理器控制模块的采样信号经分析、计算、判断，并确认其频率成分后，控制电子开关模块中的相应电子开关接通组合滤波器模块中与之相匹配的滤波器；而到达组合滤波器模块的信号进入到接通的滤波器将其中的电磁干扰滤除掉；滤除掉电磁干扰的信号，一路进入后续电路或变频器电路或电机驱动功率开关接口电路或电机本身，另一路进入频率显示模块，形成频率信号送入多功能表头进行显示；
所述组合滤波器模块包括：开关接口电路和两个以上并联的低通滤波器；所述信号首先进入开关接口电路，CPU微处理器控制模块根据采样到的电磁干扰频率成分，通过所述电子开关模块打开开关接口电路中相应的微型继电器，接通相应的低通滤波器，滤除掉相应频率的电磁干扰信号，从而将无干扰的变频驱动信号提供给后续电路或变频器电路或电机驱动功率开关接口电路或电机本身；其中，所述开关接口电路中包括两个以上与低通滤波器一一对应的微型继电器；
所述CPU微处理器控制模块能够控制两个以上微型继电器同时工作，从而同时接通两个以上低通滤波器；
所述电子开关模块包括：端口输入电路Ⅱ、两路以上电子开关集成电路和端口输出电路Ⅱ；来自所述组合滤波器模块的信号首先进入电子开关模块的端口输入电路Ⅱ，经内部处理后进入两路以上电子开关集成电路，在CPU微处理器控制模块的控制下，设定的一路电子开关集成电路接通，输出信号控制组合滤波器模块内与该路电子开关集成电路相应的一个微型继电器工作 ，接通相应滤波器；
所述CPU微处理器控制模块可控制两个以上微型继电器同时工作，从而同时接通两个以上滤波器；
所述CPU微处理器控制模块包括：复位电路、振荡电路、电源电路和CPU控制芯片；其中，复位电路与CPU控制芯片的复位引脚连接，用于将CPU控制芯片的所有错乱数据复位，振荡电路与CPU控制芯片的振荡引脚连接，用于保证CPU控制芯片的工作频率在设定范围内，电源电路与CPU控制芯片的电源引脚连接，用于为CPU控制芯片供电；工作时，输入模块中的采样信号首先进入外围芯片内的接口电路，通过处理后进入到CPU控制芯片中，CPU控制芯片对采样信号进行计算处理，其结果再通过外围芯片输出相应控制信号以控制电子开关模块、频率显示模块和多功能表头工作。
2.如权利要求1所述的变频驱动电机电磁兼容滤波系统，其特征在于，所述输入模块包括：端口输入电路Ⅰ、限幅限频电路、端口输出电路Ⅰ和采样电路；所述待检信号从端口输入电路Ⅰ输入限幅限频电路，限幅限频电路一则对待检信号进行幅度衰减，二则通过其带通滤波器电路将设定频带外的频率信号滤除掉，保留下来的设定频带内的信号一路输出到端口输出电路Ⅰ，另一路输出到采样电路；端口输出电路Ⅰ对相应频带的信号进行缓冲分配处理，然后供后续电路使用；采样电路则将经限幅限频后的信号，进行整形变换成相应信号送入到CPU微处理器控制模块，作为其取样信号。
3.如权利要求1所述的变频驱动电机电磁兼容滤波系统，其特征在于，所述频率显示模块包括：信号整形电路、分频电路、脉冲整形电路和脉冲计数电路；工作时，来自组合滤波器模块的信号进入到信号整形电路经整形后送入到分频电路，在CPU微处理器控制模块控制下，此信号在分频电路内部形成谐波，然后送入脉冲整形电路处理成能计数的脉冲，再送入到脉冲计数电路，计数后的脉冲信号最后提供给后续电路。
4.如权利要求1所述的变频驱动电机电磁兼容滤波系统，其特征在于，所述多功能表头包括：脉冲放大电路、频率数值显示电路和频率显示表头；工作时，来自频率显示模块的计数脉冲信号，首先进入脉冲放大电路进行脉冲放大，然后在CPU微处理器控制模块控制下，在频率数值显示电路内形成频率信号，最后此信号进入到频率显示表头进行显示。
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