CN203012010U - 基于单片机的硅钢片铁损测量装置 - Google Patents

基于单片机的硅钢片铁损测量装置 Download PDF

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张士暖
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黄雅欢
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Abstract

本实用新型涉及一种基于单片机的硅钢片铁损测量装置，其主要技术特点是：由电压检测及调整模块、单片机控制模块连接构成，电压检测及调整模块包括取样电阻、一次侧整流桥、一次侧滤波电路、二次侧整流桥和二次侧滤波电路；取样电阻与220V交流电相连接，待测样件的一端与取样电阻及自耦调压器L1相连，待测样件的另一端与二次侧整流桥相连，取样电阻另一端通过一次侧整流桥与一次侧滤波电路相连接；单片机控制模块包括单片机及与其相连接的A/D转换器和显示模块。本实用新型直接从二次侧电路获取电压值，避免了电压表内阻产生的铜损，确保铁损测量更真实，同时实现电压、电流以及铁损的直接显示功能，具有性能稳定、准确、使用方便、操作简单等特点。

Description

基于单片机的硅钢片铁损测量装置
技术领域
本实用新型涉及一种交流损耗测量装置，尤其是一种基于单片机的硅钢片铁损测量装置。 
背景技术
硅钢片（又称电工钢片）属于一种硅铁合金，其采用硅钢轧制而成，是电工领域中应用最广的软磁材料，可广泛用于电动机、发电机、变压器、扼流圈、电磁机构、继电器及测量仪表中。为了进行产品设计、材料分类、交货试验以及为准确评定材料的磁性能，需要测量硅钢片的交流损耗参数。铁损是指电器装置中，由于铁芯中的涡流所损耗的能量，该损耗不仅影响设备的工作效率、功率因数，而且可能会因铁芯内部冲片短路，产生妨碍设备安全运转的局部过热点，加速铁芯绝缘和定子线圈绝缘的老化，严重时可能造成铁芯烧损及线圈击穿事故。 
一般在实验中测量铁损的方法是用爱波斯坦方圈和瓦特表检验硅钢片交流损耗，这种方法需要用到电压表、电流表和功率表，在测量过程中需要通过人工计算才能得到测量结果，同时测量结果包括了电压表内的铜损，因此测量结果存在不准确、不真实的问题。 
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作简便、准确度高且性能稳定的硅钢片铁损测量装置。 
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的： 
一种基于单片机的硅钢片铁损测量装置，由电压检测及调整模块、单片机控制模块连接构成，电压检测及调整模块包括取样电阻、一次侧整流桥、一次侧滤波电路、二次侧整流桥和二次侧滤波电路；取样电阻与220V交流电相连接，待测样件的一端与取样电阻及自耦调压器L1相连,待测样件的另一端与二次侧整流桥相连，取样电阻另一端通过一次侧整流桥与一次侧滤波电路相连接；二 次侧整流桥、二次侧滤波电路依次相连接；单片机控制模块包括单片机及与其相连接的A/D转换器和显示模块，A/D转换器输入端分别连接一次侧滤波电路和二次侧滤波电路的输出端，A/D转换器的输出端连接单片机，单片机计算处理后通过显示模块进行电压、电流以及铁损值的显示。 
而且，所述的电压检测及调整模块包括自耦调压器L1、爱波斯坦方圈L2、初级线圈W1、次级线圈W2、整流器D1、整流器D2、滤波电容C1、滤波电容C2、滤波电容C3，滤波电容C4，自耦调压器L1的输入端与220V交流电源相连接，初级线圈W1、次级线圈W2安装在爱波斯坦方圈L2的两侧，该初级线圈W1与滑线变阻器R1串联，该滑线变阻器R1上取出电压经整流器D1、滤波电容C2、滤波电容C4转换成直流的模拟信号1；次级线圈W2经整流器D2、滤波电容C1、滤波电容C3转换成直流的模拟信号2。 
而且，所述的单片机控制模块还包括电源稳压模块，该电源稳压模块由变压器T3、整流桥D4、电容C9、电容C10和稳压芯片U4构成，该变压器T3的一次侧接到220V交流电源，变压器T3的二次侧与整流桥D4的1、3两端相连，整流桥D4的2、4两端分别接到稳压芯片U4的输入端和地端，电容C10、电容C9均并联接入稳压芯片U4的输入端和地端，稳压芯片U4的输出端为+5V电压，为其他模块供电。 
而且，所述的单片机采用89C52芯片，所述的A/D转换器采用MAX197芯片，所述的显示模块采用1602液晶模块。 
本实用新型的优点和积极效果是： 
本实用新型直接从二次侧电路获取电压值，省去了电压表并用电阻取代电流表，通过从电阻上取电压值经过A/D转换后传入到单片机，实现电压、电流以及铁损的直接显示功能，在计算过程中就不会出现电压表的内阻值，避免了电压表内阻产生的铜损，确保铁损测量更真实。同时，测量结果直接通过显示模块进行显示，省去了人工计算过程，具有使用方便、操作简单等特点。 
附图说明
图1是本实用新型的电路方框图； 
图2是电压检测及调整模块电路图； 
图3是单片机控制模块电路图； 
图4是单片机主程序流程图。 
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详述。 
一种基于单片机的硅钢片铁损测量装置，如图1所示，电压检测及调整模块、单片机控制模块连接构成，电压检测及调整模块包括取样电阻、一次侧整流桥、一次侧滤波电路、二次侧整流桥和二次侧滤波电路；取样电阻与220V交流电相连接，待测样件的一端与取样电阻及自耦调压器L1相连,待测样件的另一端与二次侧整流桥相连，取样电阻另一端通过一次侧整流桥与一次侧滤波电路相连接；二次侧整流桥、二次侧滤波电路依次相连接；单片机控制模块包括单片机及与其相连接的A/D转换器和显示模块，A/D转换器输入端分别连接一次侧滤波电路和二次侧滤波电路的输出端，A/D转换器的输出端连接单片机，实现一次侧及二次侧的模拟量数据转换为数字量信号功能并送入单片机内，单片机计算处理后通过显示模块进行电压、电流以及铁损值的显示。 
如图2所示，电压检测及调整模块包括自耦调压器L1、爱波斯坦方圈L2、初级线圈W1、次级线圈W2、整流器D1、整流器D2、滤波电容C1、滤波电容C2、滤波电容C3、滤波电容C4。220V交流电源通过自耦调压器L1输入，初级线圈W1、次级线圈W2安装在爱波斯坦方圈L2的两侧，初级线圈W1与滑线变阻器R1串联，R1上取出电压经整流器D1、滤波电容C2、滤波电容C4转换成直流的模拟信号1。次级线圈W2经整流器D2、滤波电容C1、滤波电容C3转换成直流的模拟信号2。电阻R2、R3与R4、R5分别用于将输出的电压信号分压成适合输入到A/D转换器的电压信号。 
如图3所示，单片机控制模块以89C52单片机为核心，该单片机89C52的X1、X2外接晶振C7，复位信号REST通过上拉电阻R6接到+5V电压，通过电容C8接地。A/D转换器以高速转换的A/D芯片MAX197为核心，将输入的模拟电压信号转换成数字信号，其模拟量输入口中的CH5和CH7接到上述图1的电压信号输出端，用于接收待转换的模拟电压信号，其数字量输出口D0～D7通过数据总线与89C52的P2口相连，其触发信号CLK，片选信号CS，读写信号WR，RD 分别接到89C52的P03，P04，WR和RD口，其REF，REFAD分别通过电容C6，C5接地，VDD接+5V电压，模拟地AGND和数字地DGND分别接地。液晶显示模块，采用1602液晶模块，可以同时显示电压，电流以及铁损值，其数据口D0～D7通过数据总线接到单片机的P1口，VSS，VDD相连接到+5V电压，控制端VL，读写控制口RS，WD分别接到89C52的P02，P01和P00口，使能端E接到单片机的P06口，BLA和BLK相连接地。单片机控制模块还包括电源稳压模块，该电源稳压模块由变压器T3、整流桥D4、电容C8、电容C9和稳压芯片U4构成，具体连接方式为：变压器T3一次侧接到220V交流市电，二次侧与整流桥D4的1，3两端相连，整流桥D4的2，4两端分别接到稳压芯片U4的输入端和地端，电容C10，C9均并联接入稳压芯片U4的输入端和地端，稳压芯片U4的输出端为+5V电压，为其他模块供电。 
如图4所示，单片机内置有测量控制程序，该控制程序的处理过程为：首先进行初始化，然后检测信号，如果无信号输入继续检测信号，接收到信号输入，则采集电压信号，将采集到的电压信号进行A/D转换，然后调用单片机内置的算法子程序进行计算，最后通过显示模块显示电压、电流、铁损值。 
本实用新型的工作原理为：通过电压检测及调整模块取出原边的电压U1和副边的电压E2，略去W2的损耗，则次级绕组的感生电势E2=U2，又初级绕组W1的感应电势E1和E2与共同的铁芯磁通相交链，则E1=E2，原边的电流I1=U1R1，铁损计算公式为Pe=E1Icos(E1I)。将电压检测及调整模块输出的模拟信号通过A/D转换输入到单片机，调用显示子程序显示电压，电流以及铁损值。 
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。 

Claims (4)

1.一种基于单片机的硅钢片铁损测量装置，其特征在于：由电压检测及调整模块、单片机控制模块连接构成，电压检测及调整模块包括取样电阻、一次侧整流桥、一次侧滤波电路、二次侧整流桥和二次侧滤波电路；取样电阻与220V交流电相连接，待测样件的一端与取样电阻及自耦调压器L1相连,待测样件的另一端与二次侧整流桥相连，取样电阻另一端通过一次侧整流桥与一次侧滤波电路相连接；二次侧整流桥、二次侧滤波电路依次相连接；单片机控制模块包括单片机及与其相连接的A/D转换器和显示模块，A/D转换器输入端分别连接一次侧滤波电路和二次侧滤波电路的输出端，A/D转换器的输出端连接单片机，单片机计算处理后通过显示模块进行电压、电流以及铁损值的显示。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的硅钢片铁损测量装置，其特征在于：所述的电压检测及调整模块包括自耦调压器L1、爱波斯坦方圈L2、初级线圈W1、次级线圈W2、整流器D1、整流器D2、滤波电容C1、滤波电容C2、滤波电容C3，滤波电容C4，自耦调压器L1的输入端与220V交流电源相连接，初级线圈W1、次级线圈W2安装在爱波斯坦方圈L2的两侧，该初级线圈W1与滑线变阻器R1串联，该滑线变阻器R1上取出电压经整流器D1、滤波电容C2、滤波电容C4转换成直流的模拟信号1；次级线圈W2经整流器D2、滤波电容C1、滤波电容C3转换成直流的模拟信号2。
3.根据权利要求1所述的基于单片机的硅钢片铁损测量装置，其特征在于：所述的单片机控制模块还包括电源稳压模块，该电源稳压模块由变压器T3、整流桥D4、电容C9、电容C10和稳压芯片U4构成，该变压器T3的一次侧接到220V交流电源，变压器T3的二次侧与整流桥D4的1、3两端相连，整流桥D4的2、4两端分别接到稳压芯片U4的输入端和地端，电容C10、电容C9均并联接入稳压芯片U4的输入端和地端，稳压芯片U4的输出端为+5V电压，为其他模块供电。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于单片机的硅钢片铁损测量装置，其特征在于：所述的单片机采用89C52芯片，所述的A/D转换器采用MAX197芯片，所述的显示模块采用1602液晶模块。
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