三相电动机相电压的检测电路的制作方法

本实用新型涉及电路检测技术，尤其涉及一种三相电动机相电压的检测电路。

背景技术：

三相电动机相电压(或者相电流)的监测在三相电动机控制系统中具有重要的作用，相电压(或者相电流)监测的准确性直接决定了对三相电动机的转速、转矩等控制的精确性。

目前，采用电压或者电流检测放大器、霍尔传感器等电压或者电流传感器对三相电动机的U、V和W分别进行电压或者电流检测，以实现对三相电动机相电压或者相电流的准确监测。

但是，采用三个电压或者电流传感器分别对三相电动机的U、V和W进行电压或者电流测量，其成本较高。因此，如何降低对三相电动机的相电压或者相电流的检测成本，成为技术人员的需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型提供一种三相电动机相电压的检测电路，以克服现有技术必须使用三个传感器分别采集三相电动机的三个相电压而造成的资源浪费问题。

本实用新型提供一种三相电动机相电压的检测电路，包括：运算电路、与所述运算电路的输出端连接的反相器；

所述运算电路，用于对所述三相电动机的第一相电压和所述三相电动机的第二相电压进行加法运算，获得所述三相电动机的第三相电压的反相电压；

所述反相器，用于对所述第三相电压的反相电压进行反相操作，获得所述第三相电压。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述运算电路包括：第一输入端、第二输入端、与所述第一输入端串联的第一电阻、和与所述第二输入端串联的第二电阻，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相等。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述运算电路的第一输入端与第一电压传感器的输出端连接，所述第一电压传感器用于检测所述三相电动机的第一相电压；

所述运算电路的第二输入端与第二电压传感器的输出端连接，所述第二电压传感器用于检测所述三相电动机的第二相电压。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述检测电路还包括：第一采样电路和第二采样电路；

所述运算电路的第一输入端通过所述第一采样电路与第一电流传感器的输出端连接，所述第一电流传感器用于检测所述三相电动机的第一相电流；

所述运算电路的第二输入端与第二电流传感器的输出端连接，所述第二电流传感器用于检测所述三相电动机的第二相电流。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述检测电路还包括：第一滤波电路和第二滤波电路；

所述第一滤波电路的输入端与所述第一采样电路的输出端连接，所述第一滤波电路的输出端与所述运算电路的第一输入端连接；

所述第二滤波电路的输入端与所述第二采样电路的输出端连接，所述第二滤波电路的输出端与所述运算电路的第二输入端连接。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述检测电路还包括电压跟随器，所述电压跟随器的输入端与所述运算电路的输出端连接，所述电压跟随器的输出端与所述反相器的输入端连接。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述电压跟随器包括第一放大器、第三电阻和第四电阻；

所述第一放大器的同相输入端与所述运算电路的输出端连接，所述第三电阻的第一端分别与所述第一放大器的反相输入端和第四电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地，所述第一放大器的输出端分别与所述第四电阻的第二端、和所述反相器的输入端连接。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述反相器包括第二放大器、第五电阻和第六电阻；

所述第二放大器的同相输入端与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端接地，所述第二放大器的反相输入端分别与所述电压跟随器的输出端和所述第六电阻的第一端连接，所述六电阻的第二端与所述第二放大器的输出端连接。

在本实用新型的另一种实现方式中，所述检测电路还包括第七电阻，所述第七电阻的第一端与所述电压跟随器的输出端连接，所述第七电阻的第二端与所述第二放大器的反相输入端连接。

本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路，通过设置运算电路和反相器，使得运算电路，用于对所述三相电动机的第一相电压和所述三相电动机的第二相电压进行加法运算，获得所述三相电动机的第三相电压的反相电压，使得反相器，用于对所述第三相电压的反相电压进行反相操作，获得所述第三相电压。本实施例的技术方案，只需要两个传感器即可获得三相电动机的三相电压，进而在保证工程精度的前提下，减少一传感器，从而降低了三相电压的采集成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例一的电路图；

图2为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例二的电路图；

图2a为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例二的另一电路图；

图3为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例三的电路图；

图4为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例四的电路图；

图5为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例五的电路图。

附图标记说明：

100：三相电动机相电压的检测电路；

10：运算电路；

20：反相器；

30：第一采样电路；

40：第二采样电路；

11：第一电压传感器；

12：第二电压传感器；

13：第一电流传感器；

14：第二电流传感器；

50：第一滤波电路；

60：第二滤波电路；

70：电压跟随器；

R001：第一电阻；

R002：第二电阻；

R003：第三电阻；

R004第四电阻；

R005第五电阻；

R006第六电阻；

R007第七电阻；

U01A第一放大器；

U01B第二放大器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，三相电动机的三相电压或者电流之间各相差120°，如图1所示，V1为U相电压，V2为V相电压，V3为W相电压，Vm为相电压的峰值，则V1＝Vm×sin(wt)，V2＝Vm×sin(wt-120°)，V3＝Vm×sin(wt+120°)，V1+V2+V3＝0。即可以根据三相电动机的任意两相电压获得第三相电压，例如已知U相电压V1和V相电压V2，则W相电压V3＝-(V1+V2)，本实用新型基于该技术理论，提出了三相电动机相电压的检测电路。

本实施例的测试电路，可以用于任意类型的三相电动机，用于根据三相电动机的任意两相电压获得三相电动机的第三相电压。

本实用新型的技术方案，通过向运算电路输入三相电动机的任意两相电压，运算电路对输入的两相电压进行加法运算，获得反相的第三相电压，并将该反相的第三相电压输出给反相器，反相器对该反相的第三相电压求反，获得三相电动机的第三相电压。本实用新型的检测电路，只需要两个传感器(例如两个电压传感器或两个电流传感器)即可完成对三相电动机的三相电压或者相电流的检测，进而解决了现有技术必须使用三个传感器分别采集三相电动机的三个相电压或者相电流而造成的资源浪费问题。

图1为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例一的电路图，如图1所示，本实施例的检测电路100可以包括运算电路10、与所述运算电路10的输出端连接的反相器20，所述运算电路10，用于对所述三相电动机的第一相电压V1和所述三相电动机的第二相电压V2进行加法运算，获得所述三相电动机的第三相电压V3的反相电压；所述反相器20，用于对所述第三相电压V3的反相电压进行反相操作，获得所述第三相电压V3。

具体的，如图1所示，箭头的方向表示电信号的流动方向，本实施例的检测电路100包括运算电路10和反相器20，实际使用时，向运算电路10中输入三相电动机的第一相电压V1和第二相电压V2，则运算电路10对输入的第一相电压V1和第二相电压V2进行加法运算，获得三相电动机的第三相电压V3的反相电压-V3。接着，运算电路10将该第三相电压V3的反相电压-V3输出给反相器20，反相器20对该第三相电压V3的反相电压-V3进行反相操作，进而获得三相电动机的第三相电压V3。

举例说明，已知三相电动机的U相电压V1和V相电压V2，将V1和V2输入到运算电路10中，运算电路10将V1和V1进行加法运算，输出W相电压的反相值-V3，即-V3＝(V1+V2)，将-V3输出给反相器20，反相器20对-V3进行反相操作，获得W相电压V3。

本实施例还可以通过相电压与相电流之间的关系，根据三相电动机的W相电压V3获得W相电流，即本实施例的技术方案，可以根据三相电动机的任意两相电压，获得三相电动机的第三相电压V3和第三相电流。

可选的，本实施例的运算电路10可以由两个并联电阻组成，例如运算电路10由电阻R1和电阻R2并联连接而成。可选的，本实施例的运算电路10还可以包括4个电阻，其中两个电阻串联，形成两个串路，接着将两个串路并联，例如运算电路10包括电阻R1、R2、R3和R4，其中R1和R2串联、R3和R4串联，再将串联后的R1和R2、以及R3和R4并联。可选的，本实施例的运算电路10还可以是其他形式的加法电路。本实施例对运算电路10的具体结构不做限制，只要保证可以将三相电动机的第一相电压V1和第二相电压V2进行加法运算，获得三相电动机的第三相电压V3的反相电压即可。

可选的，本实施例的反相器20可以为金属氧化物半导体MOS反相器20，还可以是运放反相器20，本实施例对反相器20的具体结构不做限制，只要可以将第三相电压V3的反相电压进行反相运算，获得三相电动机的第三相电压V3即可。

本实施例的检测电路，可以根据三相电动机的任意两相电压，获得三相电动机的第三相电动机，即可以根据三相电动机的U相和V相电压，获得W相电压，还可以根据U相和W相的电压，获得V相电压，也可以根据W相和V相电压，获得U相的电压。

在生产实际中，常规的三相电动机的控制方法(例如矢量控制法)通常使用三相电动机的U相和V相电压或者电流进行控制算法的设计，而较少应用到W相，因此考虑工程需要和成本要求，优选的，本实施例使用U相和V相电压，合成W相电压，进而在保证工程精度的前提下，减少一传感器，从而降低了三相电压的采集成本。

本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路，通过设置运算电路和反相器，使得运算电路，用于对所述三相电动机的第一相电压和所述三相电动机的第二相电压进行加法运算，获得所述三相电动机的第三相电压的反相电压，使得反相器，用于对所述第三相电压的反相电压进行反相操作，获得所述第三相电压。本实施例的技术方案，只需要两个传感器即可获得三相电动机的三相电压，进而在保证工程精度的前提下，减少一传感器，从而降低了三相电压的采集成本。

图2为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例二的电路图，图2a为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例二的另一电路图。在上述实施例的基础上，本实施例的运算电路10可以包括第一输入端、第二输入端、与所述第一输入端串联的第一电阻R001、和与所述第二输入端串联的第二电阻R002，所述第一电阻R001与所述第二电阻R002的阻值相等。

具体的，如图2所示，本实施例的运算电路10可以包括两个输入端和一个输出端，其中第一输入端串联一个第一电阻R001，第二输入端串联一个第二电阻R002，第一电阻R001和第二电阻R002具有限流作用，防止运算电路10的输出端的电流太大，损毁与运算电路10的输出端连接的反相器20。同时，本实施例的第一电阻R001和第二电阻R002还可以吸收电路中存在的部分干扰电流，进而提高运算电路10的计算准确性。

本实施例的运算电路10，向第一输入端输入第一相电压V1，向第二输入端输入第二相电压V2，经过第一电阻R001和第二电阻R002后，运算电路10的输出端输出的电压为第一相电压V1和第二相电压V2之和，即第三相电压V3的反相电压。接着，运算电路10的输出端将该第三相电压V3的反相电压输出给反相器20，反相器20进行反相运算，获得三相电动机的第三相电压V3。

需要说明的是，本实施例的第一电阻R001和第二电阻R002的阻值相等，例如均为10KΩ。

在本实施例的一种可行的实现方式中，本实施例的第一相电压V1和第二相电压V2均由电压传感器直接采集获得的，此时，本实施的运算电路10的第一输入端与第一电压传感器11的输出端连接，所述第一电压传感器11用于检测所述三相电动机的第一相电压V1；所述运算电路10的第二输入端与第二电压传感器12的输出端连接，所述第二电压传感器12用于检测所述三相电动机的第二相电压V2。

具体的，如图2a所示，假设第一电压传感器11用于采集三相电动机的第一相电压V1、第二电压传感器12用于采集三相电动机的第二相电压V2，则本实施例的运算电路10的第一输入端与第一电压传感器11的输出端连接，运算电路10的第二输入端与第二电压传感器12的输出端连接，即运算电路10直接从第一电压传感器11和第二电压传感器12中分别获得三相电动机的第一相电压V1和第二相电压V2。接着，运算电路10将该第一相电压V1和第二相电压V2进行加法运算，获得第三相电压V3的反相电压。

本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路，运算电路的第一输入端和第二输入端分别用于输入三相电动机的第一相电压和第二相电压，该第一相电压和第二相电压经过第一电阻和第二电阻后，输出三相电机的第三相电压的反相值，进而实现对三相电机的任意两相电压的相加。本实施例的运算电路，其结构简单，运算可靠，进而实现了检测电路的准确性。

图3为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例三的电路图。在上述实施例的基础上，本实施例的第一相电压V1和第二相电压V2可以是由电流传感器采集的相电流进行处理获得的。此时，如图3所示，本实施例的检测电路100还可以包括：第一采样电路30和第二采样电路40；所述运算电路10的第一输入端通过所述第一采样电路30与第一电流传感器13的输出端连接，所述第一电流传感器13用于检测所述三相电动机的第一相电流；所述运算电路10的第二输入端与第二电流传感器14的输出端连接，所述第二电流传感器14用于检测所述三相电动机的第二相电流。

进一步的，本实施例的检测电路100还可以包括：第一滤波电路50和第二滤波电路60；所述第一滤波电路50的输入端与所述第一采样电路30的输出端连接，所述第一滤波电路50的输出端与所述运算电路10的第一输入端连接；所述第二滤波电路60的输入端与所述第二采样电路40的输出端连接，所述第二滤波电路60的输出端与所述运算电路10的第二输入端连接。

具体的，如图3所示，当本实施例的第一电流传感器13用于采集三相电动机的第一相电流，第二电流传感器14用于采集三相电动机的第二相电流。第一电流传感器13的输出端与第一采样电路30的输入端连接，第一采样电路30的输出端与第一滤波电路50的输入端，第一滤波电路50的输出端与运算电路10的第一输入端连接。第二电流传感器14的输出端与第二采样电路40的输入端连接，第二采样电路40的输出端与第二滤波电路60的输入端连接，第二波电路的输出端与运算电路10的第二输入端连接。

在本实施例中，第一采样电路30用于将第一电流传感器13输出的第一相电流转换成第一相电压V1，第二采样电路40用于将第二电流传感器14输出的第二相电流转换成第二相电压V2。第一滤波电路50用于过滤掉第一采样电路30输出的第一相电压V1的噪声，得到稳定清晰的第一相电压V1，并将滤波后的第一相电压V1输出给运算电路10的第一输入端，第二滤波电路60用于过滤掉第二采样电路40输出的第二相电压V2的噪声，得到稳定清晰的第二相电压V2，并将滤波后的第二相电压V2输出给运算电路10的第二输入端。运算电路10将该第一相电压V1和第二相电压V2进行加法运算，获得三相电动机的第三相电压V3的反相电压。

可选的，本实施例的采样电路可以是由一系列精密的采样电阻以及放大电路构成，通过精密电阻将相电流转换成相电压，再经过放大器将该相电压整定到需要的电压范围内。可选的，本实施例的采样电路还可以是其他结构的采样电路，本实施例对采样电流的具体结构不做限制。

优选的，本实施例的滤波电路可以是二次标准电阻电容(Resistance Capacitance，简称RC)滤波电路，可选的，本实施例的滤波电路还可以是其他结构的滤波电路。

本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路，当使用第一电流传感器采集三相电动机的第一相电流，第二传感器采集三相电动机的第二相电流时，则本实施例的检测电路可以包括第一采样电路、第二采样电路、第一滤波电路和第二滤波电路，其中，采样电路将相电路转换成相应的相电压，滤波电路对相电压进行滤波处理，并将滤波后的相电压输出给运算电路，使得运算电路根据三相电动机的任意两相电压获得第三相电压的反相电压，反相器对第三相电压的反相电压进行反相处理，获得三相电动机的第三相电压。

图4为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例四的电路图。在上述实施例的基础上，为了进一步提高检测电路100的工作可靠性，本实施例的检测电路100还可以包括电压跟随器70，所述电压跟随器70的输入端与所述运算电路10的输出端连接，所述电压跟随器70的输出端与所述反相器20的输入端连接。

本实施例在运算电路10和反相器20之间设置一个电压跟随器70，该电压跟随器70作为中间级，以隔离运算电路10与反相器20之间的影响，该电压跟随器70的输入等于输出，进而保证了电压跟随器70输出的电压是稳定的，便于反相器20根据该稳定的相电压值对其进行反相计算。

继续参照图4，本实施例的电压跟随器70可以包括第一放大器U01A、第三电阻R003和第四电阻R004；所述第一放大器U01A的同相输入端与所述运算电路10的输出端连接，所述第三电阻R003的第一端分别与所述第一放大器U01A的反相输入端和第四电阻R004的第一端连接，所述第三电阻R003的第二端接地，所述第一放大器U01A的输出端分别与所述第四电阻R004的第二端、和所述反相器20的输入端连接。

可选的，本实施例的电压跟随器70还可以是其他结构，本实施例对电压跟随器70的具体结构不做限制。

本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路，通过设置电压跟随器，使得该电压跟随器的输入端与运算电路的输出端连接，电压跟随器的输出端与反相器的输入端连接，用于稳定运算电路输出的第三相电压的反相电压值，进而提高了检测电路的可靠性。

图5为本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路实施例五的电路图。在上述实施例的基础上，本实施例的反相器20可以包括第二放大器U01B、第五电阻R005和第六电阻R006；所述第二放大器U01B的同相输入端与所述第五电阻R005的第一端连接，所述第五电阻R005的第二端接地，所述第二放大器U01B的反相输入端分别与所述电压跟随器70的输出端和所述第六电阻R006的第一端连接，所述第六电阻R006的第二端与所述第二放大器U01B的输出端连接。

具体的，如图5所示，本实施例的反相器20可以包括第二放大器U01B、第五电阻R005和第六电阻R006。电压跟随器70的输出端与第二放大器U01B的反相输入端连接，第六电阻R006的第一端与第二放大器U01B的输入端连接，第六电阻R006的第二端与第二放大器U01B的输出端连接。第五电阻R005的第一端与第二放大器U01B的同相输入端连接，第五电阻R005的第二端接地。本实施例的反相器20对电压跟随器70的输出的第三相电压V3的反相电压进行反相运算，获得三相电动机的第三相电压V3。

进一步的，如图5所示，本实施例的检测电路100还可以包括第七电阻R007，第七电阻R007的第一端与电压跟随器70的输出端连接，第七电阻R007的第二端与第二放大器U01B的反相输入端连接。本实施例的第七电阻R007起到限流作用，防止输入第二放大器U01B的电流太大，造成第二放大器U01B的损毁。

可选的，本实施例的反相器20还可以是其他结构，本实施对反相器20的具体结构不做限制，只要保证可以对第三相电压V3的反相电压进行反相运算，获得第三相电压V3即可。

优选的，本实施例的第五电阻R005、第六电阻R006和第七电阻R007的电阻值相等，并且与第一电阻R001、第二电阻R002、第三电阻R003和第四电阻R004的电阻值相同，例如均为10kΩ。

本实施例的第一放大器U01A和第二放大器U01B均可以采用德州仪器生产的型号为LM2904AVQDR的放大器。

可选的，本实施例的检测电路100还可以包括整定电路(图中未示出)，该整定电路的输入端与反相器20的输出端连接，整定电路是将第三相电压V3(例如W相电压)经过整定处理后转换成单向电压值。例如，反相器20输出的第三相电压V3的取值范围是-3V～+3V，整定电路将V3的电压整定为0V～+3V范围内。然后，再通过同相比例放大电路，将上述整定电压整定到芯片可识别的电压范围(例如0V～+10V范围内)，为芯片提供工作或者控制电压。

可选的，本实施例的检测电路100还可以包括保护检测电路(图中未示出)，该保护检测电路与反相器20的输出端连接，用于当第三相电流或者第三相电压V3超过预设的电压或电流保护值时，为第三相电流或者第三相电压V3提供保护操作。

本实用新型提供的三相电动机相电压的检测电路，反相器包括第二放大器、第五电阻和第六电阻，其中第二放大器的同相输入端与所述第五电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端接地，所述第二放大器的反相输入端分别与所述电压跟随器的输出端和所述第六电阻的第一端连接，所述六电阻的第二端与所述第二放大器的输出端连接。该反相器结构简单、工作可靠，可以将电压跟随器输出的第三相电压的反相电压值进行反相处理，获得三相电动机的第三相电压。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。