CN205608152U - 三相异步电动机用的参数采集电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相异步电动机用的参数采集电路，包括：C8051F020单片机；为C8051F020单片机提供电能的电源模块，该电源模块包括将交流电转换为直流电的AC‑DC芯片；该AC‑DC芯片包括5V直流输出端子、‑15V直流输出端子、15V直流输出端子、第一接地端子和第二接地端子；用于采集三相异步电动机输入端电流信号的第一电流互感器、第二电流互感器、以及第三电流互感器；三个电流互感器的信号输出端子分别通过放大电路与C8051F020单片机的I/O端子电连接；所述C8051F020单片机通过RS‑232电平转换芯片与TFT真彩显示终端连接。

Description

三相异步电动机用的参数采集电路

技术领域

本实用新型涉及电动机参数检测技术领域，特别是涉及一种三相异步电动机用的参数采集电路。

背景技术

众所周知，近年来，随着社会的快速发展，人类对电力的需求量急剧增加，电能紧缺问题日趋严重，电力紧张问题已经极大地制约着社会经济的发展，为了节约电能并合理高效地利用电能，这就需要对电量参数进行准确实时地检测；通过统计发现：由三相异步电动机所消耗的电能占工业企业用电总耗能的60％以上，电动机系统效率的提高对节约电能意义也十分重大，如何提高电动机系统的效率，则需要对电动机的各种参数进行实时、准确地检测和分析，目前，人们针对电动机参数的分析已经有很多模型理论，但是在电动机参数的检测方面，则一般采取的技术方案是：通过各种高精度电流互感器或者是电压互感器将现场采集到的数据进行储存，随后定期将储存数据导出，最后在实验室进行显示和处理；显而易见，上述数据的采集到显示终端存在一定的滞后性，因此，设计开发一种能够实时、准确地检测电动机参数的设备，对电力系统将有极其重要的意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种三相异步电动机用的参数采集电路；该三相异步电动机用的参数采集电路能够实时、准确地检测电动机输入端的电压参数。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种三相异步电动机用的参数采集电路，至少包括：

C8051F020单片机；该C8051F020单片机设置有JTAG接口和UART0增强型串行口；

为所述C8051F020单片机提供电能的电源模块，该电源模块包括将交流电转换为直流电的AC-DC芯片；该AC-DC芯片包括5V直流输出端子、-15V直流输出端子、15V直流输出端子、第一接地端子和第二接地端子；其中：5V直流输出端子和第一接地端子之间分别电连接有第一极性电容、第一陶瓷电容、以及第一电阻；-15V直流输出端子和第二接地端子之间分别电连接有第二极性电容、第二陶瓷电容、以及第二电阻；15V直流输出端子和第二接地端子之间分别电连接有第三极性电容、第三陶瓷电容、以及第三电阻；

用于采集三相异步电动机输入端电流信号的第一电流互感器、第二电流互感器、以及第三电流互感器；三个电流互感器的信号输出端子分别通过一个外围电路与放大电路的输入端电连接，该放大电路的输出端与C8051F020单片机的I/O端子电连接；所述外围电路包括第二运算放大器，三个电流互感器的输出侧与第二运算放大器的正电压引脚和负电压引脚连接，第二运算放大器的正电压引脚接地，第二运算放大器的负电压引脚通过第八电阻与第二运算放大器的输出引脚电连接；第二运算放大器的负电压引脚依次通过第三陶瓷电容、可变电阻与第二运算放大器的输出引脚电连接；

所述C8051F020单片机通过RS-232电平转换芯片与TFT真彩显示终端连接。

进一步：所述放大电路包括第一运算放大器；该第一运算放大器的正电压引脚通过第四电阻接直流2.5V的电源端子；该第一运算放大器的正电压引脚通过第五电阻接地；该第一运算放大器的负电压引脚通过第六电阻与第二运算放大器的输出引脚连接；该第一运算放大器的负电压引脚通过第七电阻与该第一运算放大器的输出引脚电连接。

更进一步：所述第一电流互感器、第二电流互感器、以及第三电流互感器为钳位互感器。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，本实用新型利用C8051F020单片机的高速信号处理性能和稳定性，同时结合上述电源模块、三个电流互感器、进而实现对电动机三相输入电流信号的实时检测，保证信号的实时采集与显示；由于采用了钳位互感器和放大电路，因此保证信号的稳定性和准确性；上述获取到的电压信息最终通过TFT真彩显示终端进行显示；由于本实用新型中的电源模块和放大电路均是根据C8051F020单片机的接口需要而设计开发的，因此能够很好地保证信号传输过程中的稳定性和传输效率。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例的电路框图；

图2是本实用新型优选实施例中电源模块的电路图；

图3是本实用新型优选实施例中放大电路的电路图；

图4是本实用新型优选实施例中电流互感器的外围连接电路图；

图5是本实用新型优选实施例中RS-232电平转换芯片的外围连接电路图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的实用新型内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图5，一种三相异步电动机用的参数采集电路，包括：

C8051F020单片机；该C8051F020单片机设置有JTAG接口和UART0增强型串行口；C8051F020单片机是完全集成的混合信号系统级芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令完全兼容。C8051F020单片机具有以下特性：A、高速流水线结构的8051兼容的CPI-51内核可达25MPIS；B、全速非侵入式的在系统调试接口片内；C、真正12位100ksps的8通道ADC带PGA和模拟多路开关；D、两个12位DAC可编程更新时序；E、64K字节可在系统编程的FLASH存储器；F、4352(4096+256)字节的片内RAM；G、可寻址64K字节地址空间的外部数据存储器接口；H、硬件实现的SPISMBu/sZIC和两个UART串行接口；I、5个通用的16位定时器；J、具有5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列；K、片内看门狗定时器VDD监视器和温度传感器；L、单片机内部自带ADCO，转换数据为12位。在单片机内部进行相应的设置，编写简单的程序即可进行方便模数转换。采用定时器3溢出跟踪转换的方式，以一定的频率进行信号采集和模数转换。具有片内VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F020是真正能独立工作的片上系统；所有模拟和数字外设均可由用户固件使能/禁止和配置；FLASH存储器还具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式(不占用片内资源)、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。在使用JTAG调试时，所有的模拟和数字外设都可全功能运行。扩展的中断系统向CIP-51提供22个中断源(标准8051只有7个中断源)，允许大量的模拟和数字外设中断微控制器。一个中断驱动的系统需要较少的MCU干预，因而有更高的执行效率。在设计一个多任务实时系统时，这些增加的中断源是非常有用的。MCU可有多达7个复位源：一个片内VDD监视器、一个看门狗定时器、一个时钟丢失检测器、一个由比较器0提供的电压检测器、一个软件强制复位、CNVSTR引脚及/RST引脚。/RST引脚是双向的，可接受外部复位或将内部产生的上电复位信号输出到/RST引脚。除了VDD监视器和复位输入引脚以外，每个复位源都可以由用户用软件禁止；使用MONEN引脚使能/禁止VDD监视器。在一次上电复位之后的MCU初始化期间，WDT可以被永久性使能

为所述C8051F020单片机提供电能的电源模块，如图2所示：该电源模块包括将交流电转换为直流电的AC-DC芯片；该AC-DC芯片包括5V直流输出端子、-15V直流输出端子、15V直流输出端子、第一接地端子和第二接地端子；其中：5V直流输出端子和第一接地端子之间分别电连接有第一极性电容C13、第一陶瓷电容C12、以及第一电阻R5；-15V直流输出端子和第二接地端子之间分别电连接有第二极性电容C15、第二陶瓷电容C14、以及第二电阻R7；15V直流输出端子和第二接地端子之间分别电连接有第三极性电容C18、第三陶瓷电容C17、以及第三电阻R8；

用于采集三相异步电动机输入端电流信号的第一电流互感器、第二电流互感器、以及第三电流互感器；三个电流互感器的信号输出端子依次通过外围电路、放大电路与C8051F020单片机的I/O端子电连接；本优选实施例中的第一电流互感器、第二电流互感器、以及第三电流互感器为钳位互感器；

所述C8051F020单片机通过RS-232电平转换芯片与TFT真彩显示终端连接。

如图3所示：所述放大电路包括第一运算放大器；该第一运算放大器的正电压引脚通过第四电阻R21接直流2.5V的电源端子；该第一运算放大器的正电压引脚通过第五电阻R22接地；该第一运算放大器的负电压引脚通过第六电阻R16与第二运算放大器的输出引脚连接；该第一运算放大器的负电压引脚通过第七电阻R17与该第一运算放大器的输出引脚电连接。该放大电路的设计思路为：首先在原来电信号的基础上，通过电路将电信号垫高；其次，当电信号被垫高时，若放大倍数不进行修订，则在测量高电压或高电流时其峰值可能会超出量程范围，因此还需进行信号的缩小处理。

如图4所示：三个电流互感器的输入侧通过保护电阻R15连接于三相异步电动机的输入端；此处以a相为例，其中Ua代表的是a相导线上的电信号；三个电流互感器的输出侧与第二运算放大器的正电压引脚和负电压引脚连接，第二运算放大器的正电压引脚接地，第二运算放大器的负电压引脚通过第八电阻R13与第二运算放大器的输出引脚电连接；第二运算放大器的负电压引脚依次通过第三陶瓷电容C30、可变电阻R14与第二运算放大器的输出引脚电连接。

本实用新型的工作原理为：第一电流互感器、第二电流互感器、以及第三电流互感器分别用于检测电动机输入端的三相电流，同时将采集到的信号发送给放大电路进行信号预处理，最后将预处理结束后的信号发送给C8051F020单片机，最后C8051F020单片机将接收到的电流信号转给TFT真彩显示终端进行实时显示，由于C8051F020单片机具有高频数据处理的功能，因此工作人员也可以根据需要在其内部加载各种信号处理软件，比如最常用的傅里叶变换等。

如图5所示：本优选实施例中：RS-232电平转换芯片采用的是sp3223eey芯片。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种三相异步电动机用的参数采集电路，其特征在于：至少包括：

C8051F020单片机；该C8051F020单片机设置有JTAG接口和UART0增强型串行口；

为所述C8051F020单片机提供电能的电源模块，该电源模块包括将交流电转换为直流电的AC-DC芯片；该AC-DC芯片包括5V直流输出端子、-15V直流输出端子、15V直流输出端子、第一接地端子和第二接地端子；其中：5V直流输出端子和第一接地端子之间分别电连接有第一极性电容、第一陶瓷电容、以及第一电阻；-15V直流输出端子和第二接地端子之间分别电连接有第二极性电容、第二陶瓷电容、以及第二电阻；15V直流输出端子和第二接地端子之间分别电连接有第三极性电容、第三陶瓷电容、以及第三电阻；

用于采集三相异步电动机输入端电流信号的第一电流互感器、第二电流互感器、以及第三电流互感器；三个电流互感器的信号输出端子分别通过一个外围电路与放大电路的输入端电连接，该放大电路的输出端与C8051F020单片机的I/O端子电连接；所述外围电路包括第二运算放大器，三个电流互感器的输出侧与第二运算放大器的正电压引脚和负电压引脚连接，第二运算放大器的正电压引脚接地，第二运算放大器的负电压引脚通过第八电阻与第二运算放大器的输出引脚电连接；第二运算放大器的负电压引脚依次通过第三陶瓷电容、可变电阻与第二运算放大器的输出引脚电连接；

所述C8051F020单片机通过RS-232电平转换芯片与TFT真彩显示终端连接。

2.根据权利要求1所述的三相异步电动机用的参数采集电路，其特征在于：所述放大电路包括第一运算放大器；该第一运算放大器的正电压引脚通过第四电阻接直流2.5V的电源端子；该第一运算放大器的正电压引脚通过第五电阻接地；该第一运算放大器的负电压引脚通过第六电阻与第二运算放大器的输出引脚连接；该第一运算放大器的负电压引脚通过第七电阻与该第一运算放大器的输出引脚电连接。

3.根据权利要求2所述的三相异步电动机用的参数采集电路，其特征在于：所述第一电流互感器、第二电流互感器、以及第三电流互感器为钳位互感器。