三相异步电机负载转矩与功率因数测量系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机械量测量技术领域，具体涉及一种三相异步电机负载转矩与功率因 数测量系统及方法。
【背景技术】
[0002] 负载转矩是旋转动力机械的重要工作参数，并已经成为机械量测量中一个重要组 成部分。而且在机械系统中出现的振动，干扰等不正常行为都可以通过电机输出轴上的负 载转矩变化体现出来。比如齿轮啮合过程中产生的震动会以固定频率影响电机负载转矩的 变化。因此若能准确、可靠、方便地测出电机实时的负载转矩值，这将有利于对旋转动力机 械进行实时监控和故障分析。
[0003] 目前，测量负载转矩的方式是利用测量输出轴的机械变形来测量输出轴的负载转 矩，其所需要的设备传感器安装方式复杂，对安装空间和操作人员的要求较高。在煤矿综采 工作面对采煤机滚筒进行转矩监控时，没有足够的空间将采用机械方法的扭矩测量设备安 装上去。以MGlOO-TP型单滚筒采煤机为例，其滚筒直径540mm，切割速度2. 96m/min，需选 用IOkN. m的扭矩传感器，其安装长度大概为0. 7m，对滚筒轴设计影响较大。因此，只能在采 煤机设计时留有足够的空间，这样就加大了设计难度。
[0004] 另外，现有技术中，三相异步电机功率因数与负载转矩的测量也是各自由独立的 装置测量的，集成度低，且缺乏电路结构简单、工作可靠性高、测量精度高的功率因数测量 装置。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种三相异步 电机负载转矩与功率因数测量系统，其结构简单，设计合理，实现方便且成本低，使用操作 方便，工作可靠性高，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三相异步电机负载转矩与 功率因数测量系统，其特征在于：包括微处理器模块、电压传感器组和电流传感器组，所述 电压传感器组包括用于对三相异步电机的A相输入电压进行检测的A相电压传感器、用于 对三相异步电机的B相输入电压进行检测的B相电压传感器和用于对三相异步电机的C相 输入电压进行检测的C相电压传感器，所述A相电压传感器与三相异步电机的A相绕组并 联，所述B相电压传感器与三相异步电机的B相绕组并联，所述C相电压传感器与三相异步 电机的C相绕组并联，所述电流传感器组包括用于对三相异步电机的A相输入电流进行检 测的A相电流传感器、用于对三相异步电机的B相输入电流进行检测的B相电流传感器和 用于对三相异步电机的C相输入电流进行检测的C相电流传感器，所述A相电流传感器接 在三相异步电机的A相绕组与电源的A相线之间，所述B相电流传感器接在三相异步电机 的B相绕组与电源的B相线之间，所述C相电流传感器接在三相异步电机的C相绕组与电 源的C相线之间，所述微处理器模块的输入端接有A相功率因数检测电路、B相功率因数检 测电路、C相功率因数检测电路、用于对A相电压传感器输出的电压信号和A相电流传感器 输出的电流信号进行放大和滤波调理的A相信号调理电路，用于对B相电压传感器输出的 电压信号和B相电流传感器输出的电流信号进行放大和滤波调理的B相信号调理电路，以 及用于对C相电压传感器输出的电压信号和C相电流传感器输出的电流信号进行放大和滤 波调理的C相信号调理电路；所述A相电压传感器的输出端和A相电流传感器的输出端均 与A相功率因数检测电路的输入端和A相信号调理电路的输入端连接，所述B相电压传感 器的输出端和B相电流传感器的输出端均与B相功率因数检测电路的输入端和B相信号调 理电路的输入端连接，所述C相电压传感器的输出端和C相电流传感器的输出端均与C相 功率因数检测电路的输入端和C相信号调理电路的输入端连接，所述微处理器模块的输出 端接有液晶显不电路。
[0007] 上述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量系统，其特征在于：所述A相功率 因数检测电路包括型号为LM339N的比较器芯片U4和型号为SN74R)8D的加法器芯片U5,所 述比较器芯片U4的第3引脚与+5V电源的输出端连接，所述比较器芯片U4的第4引脚、第 6引脚和第12引脚均接地，所述比较器芯片U4的第7引脚通过电阻R41与A相电压传感器 的输出连接，所述比较器芯片U4的第5引脚通过电阻R43与A相电流传感器的输出连接； 所述加法器芯片U5的第1引脚与比较器芯片U4的第1引脚相接，且通过电阻R42与+5V 电源的输出端连接，所述加法器芯片U5的第2引脚与比较器芯片U4的第2引脚相接，且通 过电阻R44与+5V电源的输出端连接，所述加法器芯片U5的第3引脚为A相功率因数检测 电路的输出端TIM且与微处理器模块的输入端连接。
[0008] 上述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量系统，其特征在于：所述B相功率 因数检测电路包括型号为LM339N的比较器芯片U6和型号为SN74R)8D的加法器芯片U7,所 述比较器芯片U6的第3引脚与+5V电源的输出端连接，所述比较器芯片U6的第4引脚、第 6引脚和第12引脚均接地，所述比较器芯片U6的第7引脚通过电阻R51与B相电压传感器 的输出连接，所述比较器芯片U6的第5引脚通过电阻R53与B相电流传感器的输出连接； 所述加法器芯片U7的第1引脚与比较器芯片U6的第1引脚相接，且通过电阻R52与+5V 电源的输出端连接，所述加法器芯片U7的第2引脚与比较器芯片U6的第2引脚相接，且通 过电阻R54与+5V电源的输出端连接，所述加法器芯片U7的第3引脚为B相功率因数检测 电路的输出端??ΜΒ且与微处理器模块的输入端连接。
[0009] 上述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量系统，其特征在于：所述C相功率 因数检测电路包括型号为LM339N的比较器芯片U8和型号为SN74R)8D的加法器芯片U9,所 述比较器芯片U8的第3引脚与+5V电源的输出端连接，所述比较器芯片U8的第4引脚、第 6引脚和第12引脚均接地，所述比较器芯片U8的第7引脚通过电阻R61与C相电压传感器 的输出连接，所述比较器芯片U8的第5引脚通过电阻R63与C相电流传感器的输出连接； 所述加法器芯片U9的第1引脚与比较器芯片U8的第1引脚相接，且通过电阻R62与+5V 电源的输出端连接，所述加法器芯片U9的第2引脚与比较器芯片U8的第2引脚相接，且通 过电阻R64与+5V电源的输出端连接，所述加法器芯片U9的第3引脚为C相功率因数检测 电路的输出端HMC且与微处理器模块的输入端连接。
[0010] 上述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量系统，其特征在于：所述A相信号 调理电路包括型号为LM324N的运算放大器芯片Ul，所述运算放大器芯片Ul的第4引脚与 +12V电源的输出端连接，所述运算放大器芯片Ul的第11引脚与-12V电源的输出端连接， 所述运算放大器芯片Ul的第2引脚通过电阻Rl与A相电压传感器的输出连接，且通过电 阻R2与运算放大器芯片Ul的第8引脚相接，所述运算放大器芯片Ul的第3引脚通过电阻 R4接地，所述运算放大器芯片Ul的第1引脚与第2引脚之间接有电阻R3,所述运算放大器 芯片Ul的第1引脚为A相信号调理电路的电压信号输出端ADl且与微处理器模块的输入 端连接；所述运算放大器芯片Ul的第6引脚通过电阻R7与A相电流传感器的输出连接，且 通过电阻R5与运算放大器芯片Ul的第8引脚相接，所述运算放大器芯片Ul的第5引脚通 过电阻R8接地，所述运算放大器芯片Ul的第6引脚与第7引脚之间接有电阻R6,所述运 算放大器芯片Ul的第7引脚为A相信号调理电路的电流信号输出端AD2且与微处理器模 块的输入端连接；所述运算放大器芯片Ul的第9引脚通过电阻R9与+5V电源的输出端连 接，所述运算放大器芯片Ul的第10引脚通过电阻RlO接地，所述运算放大器芯片Ul的第 8引脚与第9引脚之间接有电阻R31。
[0011] 上述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量系统，其特征在于：所述B相信号 调理电路包括型号为LM324N的运算放大器芯片U2,所述运算放大器芯片U2的第4引脚与 +12V电源的输出端连接，所述运算放大器芯片U2的第11引脚与-12V电源的输出端连接， 所述运算放大器芯片U2的第2引脚通过电阻Rll与B相电压传感器的输出连接，且通过电 阻R12与运算放大器芯片U2的第8引脚相接，所述运算放大器芯片U2的第3引脚通过电 阻R14接地，所述运算放大器芯片U2的第1引脚与第2引脚之间接有电阻R13,所述运算放 大器芯片U2的第1引脚为B相信号调理电路的电压信号输出端AD3且与微处理器模块的 输入端连接；所述运算放大器芯片U2的第6引脚通过电阻R17与B相电流传感器的输出连 接，且通过电阻R15与运算放大器芯片U2的第8引脚相接，所述运算放大器芯片U2的第5 引脚通过电阻R18接地，所述运算放大器芯片U2的第6引脚与第7引脚之间接有电阻R16， 所述运算放大器芯片U2的第7引脚为B相信号调理电路的电流信号输出端AD4且与微处 理器模块的输入端连接；所述运算放大器芯片U2的第9引脚通过电阻R19与+5V电源的输 出端连接，所述运算放大器芯片U2的第10引脚通过电阻R20接地，所述运算放大器芯片U2 的第8引脚与第9引脚之间接有电阻R32。
[0012] 上述的三