三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型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 率因数测量用数据采集电路。
【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MG100-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 lOkN.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。
[0005] 为了解决以上问题，有人提出了通过检测三相异步电机的输入相电流和相电压， 来通过计算机计算测量三相异步电机负载转矩及功率因数的方法，具体地，负载转矩的计 算方法为：首先，根据公￥
)计算得 到两相静止坐标系下的电压分量Ucc和电压分量Ι?β，并根据公式
：和公式
十算得到两相静止坐标系下的电流分量ia和电流分量ie，其中，UA为 三相异步电机的A相输入电压，uB为三相异步电机的B相输入电压，uc为三相异步电机的C相 输入电压，iA为三相异步电机的A相输入电流，iB为三相异步电机的B相输入电流，ic为三相 异步电机的C相输入电流，然后，根据公式M em=np[ifiJ(ua-Rsia)dt-i aJ(Uf!-Rsif!)dt]计算得到 电磁转矩Mem，其中，R s为三相异步电机定子的电阻，nP为三相异步电机的极对数，t为时间， 最后，根据公式MziU-Mo计算得到三相异步电机负载转矩M，其中，M〇为空载转矩;功率因数 O-JT 的计算方法为:根据公式沟二计算得到角度Φα，再根据公式cosQa=cos(90°-(1>aH+ T 算得到三相异步电机的A相功率因数cos9A;根据公式4 = f ·τΒ计算得到角度φ b，再根据 公式〇〇8 08 = 〇〇8(9〇°-<^)计算得到三相异步电机的13相功率因数〇〇808;根据公式 先=jr· 计算得到角度Φ C，再根据公式C〇S0C = C〇S(9O° - Φ C)计算得到三相异步电机的C 相功率因数COS0C，其中，T为对1^、1^、11。^上和4进行周期性检测的检测周期，^为厶相输入 电压UA与A相输入电流iA过零点的时间差，τΒ为B相输入电压UB与B相输入电流iB过零点的时 间差，W为C相输入电压1^与(：相输入电流i c过零点的时间差。但是，现有技术中还缺乏结构 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 的三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型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用数据采集电路，其电路结构简单，设计合理，实现方便 且成本低，使用操作方便，工作可靠性高，功能完备，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0007] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种三相异步电机负载转 矩与功率因数测量用数据采集电路，其特征在于:包括电压传感器组和电流传感器组，以及 微处理器模块和与微处理器模块相接且用于与计算机连接并通信的USB通信模块;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。
[0008] 上述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路，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SN74F08D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 TIMA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用数据采集电路，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SN74F08D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。
[0010] 上述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路，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SN74F08D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。
[0011] 上述的三相异步电机负载转矩与功率因数测量用数据采集电路，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U1，所述运算放大器芯片U1的第4 弓丨脚与+12V电源的输出端连接，所述运算放大器芯片U1的第11引脚与-12V电源的输出端连 接，所述运算放大器芯片U1的第2引脚通过电阻R1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U1的第8引脚相接，所述运算放大器芯片U1的第3引脚通过电阻R4接 地，所述运算放大器芯片U1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U1 的第1引脚为A相信号调理电路的电压信号输出端AD1且与微处理