专利名称：一种交流电动机负载阻抗角的检测方法
技术领域：
本发明涉及一种交流电动机负载阻抗角的检测方法，具体说是涉及一种在交流电动机软启动器、交流电动机节能控制器等交流电动机控制装置中对电动机负载阻抗角的检测方法。
为了调压型交流电动机控制装置能够可靠、有效地运行，必须使控制装置中的晶闸管的控制角大于控制对象交流电动机的负载阻抗角。但交流电动机的负载阻抗角既与交流电动机的定、转子电抗有关，也与负载有关，在恒定负载的情况下(额定转速下)与选择电动机时所取的负荷系数有关，在运行过程中还与运行时的负载变化、电网电压等诸多随机因数有关，负载的工况不同，交流电动机的负载阻抗角就不同。因此需要对交流电动机负载阻抗角进行检测。
负载阻抗角是交流电动机的电压和电流间的相位差角，现有技术中对负载阻抗角的检测方法是按照上述定义来对交流电动机的电压和电流的相位进行检测，如中国实用新型专利ZL95227706.9“电机运行软控制节能器”公开的技术中，采用电流检测电路和电压检测电路分别对电压和电流的相位进行检测，再将测得的电压和电流信号同时送到相位判断电路进行运算。因此利用这种方法的检测电路复杂，所用元、器件多，运算也比较复杂，尤其是电流检测电路中通常采用电流互感器来进行检测，增加了设备的重量、功耗和复杂性。
本发明的目的在于提供一种能省去复杂的检测电路的交流电动机负载阻抗角的检测方法。
为实现上述目的，本发明利用交流电动机控制装置中使用的电源电压同步信号，采用计时器先对该电源电压同步信号一个周期内上升沿或下降沿跳变时刻进行记录，并在同一周期内，再对晶闸管的管压降上升沿或下降沿跳变时刻进行记录，以晶闸管的管压降变化来反映通过该晶闸管的电流过零上述两上升沿跳变时刻的间隔时间或上述两下降沿跳变时刻的间隔时间对应于电流滞后电压的时间，即对应于电流和电压的相位差角。
本发明所述的计时器为一单片机，所述的电源电压同步信号跳变时刻作为单片机的中断信号，启动单片机中断服务程序开始计时；所述晶闸管的管压降跳变时刻作为单片机计时终止信号。
由于在所有以相控为控制策略的晶闸管设备中，都需要对电源电压同步电压进行检测，也就是说在交流电动机控制装置中已经有电源同步信号存在，电源电压同步信号跳变时刻能准确反映电压过零的时刻；又由于晶闸管不是自关断器件，晶闸管是在电压过零以后再过一段时间才关断的，只有当其流过的电流为零时才能自行关断，这样晶闸管的管压降反映了电流过零状态，也就是说晶闸管的管压降的跳变时刻对应于电流过零的时刻；电压和电流是同频率电量，电压和电流间的相位差角即为交流电动机负载阻抗角，因此从上述电压过零时刻到电流过零时刻的间隔时间对应于电压和电流间的相位差角，只要测得电源电压同步信号跳变时刻和晶闸管的管压降的跳变时刻，就可换算成交流电动机负载阻抗角。
本发明不用直接对电压和电流的相位进行检测，省去了电流互感器和其它复杂的检测电路，减少了整个设备的重量、功耗和复杂性；检测时主要利用电源电压同步信号，这样可实现适时精密的检测而且检测起来简便实用。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
图1为交流电动机负载阻抗角、电源电压同步信号与晶闸管的管压降的波形对照图；图2为本发明具体一实施例的原理方框图；图3为图2所示实施例中单片机的中断服务程序流程图。
如图1所示，电流i和电压u是同频率电量，在交流电动机运行时，由于电动机负载是电感性负载，电压和电流间就存在一个相位差，电压和电流间的这一相位差角即为负载阻抗角φ；在交流电动机控制装置中的电源电压同步信号Ut跳变时刻和电源电压过零的时刻一致；由于晶闸管不是自关断器件，仅当其流过的电流为零时才能自行关断而恢复阻断状态，换句话说，可以用晶闸管的管压降Uc来反映电流过零状态，对于单向导通的晶闸管在晶闸管电流过零时刻前，晶闸管已经处于反压下，当晶闸管电流过零并恢复阻断时，晶闸管的管压变成负的电源电压，晶闸管的管压降由正向导通压降变成反压即晶闸管的管压降的下降沿跳变时刻对应于电流过零的时刻。从上述电压过零时刻到电流过零时刻的间隔时间对应于电压和电流间的相位差角，只要测得同一周期内电源电压同步信号下降沿跳变时刻t0和晶闸管的管压降下降沿跳变时刻t1，两时刻的间隔时间为电流滞后电压的时间，通过已知交流电的频率50Hz，就可把该间隔时间换算成交流电动机负载阻抗角。
对于双向导通的晶闸管，同样原理只要测得电源电压同步信号的上升沿跳变时刻和晶闸管的管压降上升沿跳变时刻或电源电压同步信号的下降沿跳变时刻和晶闸管的管压降下降沿跳变时刻，即可换算成对应交流电动机负载阻抗角。
图2为本发明具体一实施例的原理方框图，主控制电路通过双向晶闸管将交流电动机接到三相电源a、b、c上，通过对双向晶闸管的控制极的控制实现对电动机的电压调节或功率调节。双向晶闸管的管压降取出经交流光电耦合器接到单片计算机的输入端，图中只画出了c相的电路，a、b相晶闸管管压降检测电路与C相相同。本实施例中所用双向晶闸管的型号为BTA41-400B，单片机的型号为MC68HC908JL3AP，交流光电耦合器的型号为H11AA1，交流光电耦合器输出端为隔离后的晶闸管工作状态信号，每相上的晶闸管工作状态信号经光电耦合器隔离后分别接到单片机的输入口P了B5、PTB6、及PTB7，电源电压同步信号也接到计算机的输入端，一般为了响应快接到单片计算机的中断输入端，同步信号取三相或单相可由具体的设计确定。
实际的负载阻抗角的测定可由单片计算机软件来实现，如图3所示为单片机的中断服务程序流程图，中断的入口条件是同步信号表明电源电压过零，这时启动单片机开始计时，在计时过程中不断对晶闸管的管压降进行查询直到查询到晶闸管由导通正向压降变为反向电压为止，计时结果即为对应的负载阻抗角，将计时结果储存待用，然后清零，为下一次测量作好准备后关中断返回。
本发明可以广泛应用于交流电动机软启动器、交流电动机节能控制器等各类交流电机控制装置中。
权利要求
1.一种交流电动机负载阻抗角的检测方法，其特征在于利用交流电动机控制装置中使用的电源电压同步信号，采用计时器先对该电源电压同步信号一个周期内上升沿或下降沿跳变时刻进行记录，并在同一周期内，再对晶闸管的管压降上升沿或下降沿跳变时刻进行记录，以晶闸管的管压降变化来反映通过该晶闸管的电流过零；上述两上升沿跳变时刻的间隔时间或上述两下降沿跳变时刻的间隔时间对应于电流滞后电压的时间，即对应于电流和电压的相位差角。
2.根据权利要求1所述的交流电动机负载阻抗角的检测方法，其特征在于所述的计时器为一单片机，所述的电源电压同步信号跳变时刻作为单片机的中断信号，启动单片机中断服务程序开始计时；所述晶闸管的管压降跳变时刻作为单片机计时终止信号。
全文摘要
本发明公开了一种交流电动机负载阻抗角的检测方法,利用交流电动机控制装置中使用的电源电压同步信号,采用计时器先对该电源电压同步信号一个周期内跳变时刻进行记录,并在同一周期内,再对晶闸管的管压降跳变时刻进行记录,上述电源电压同步信号的跳变时刻和晶闸管的管压降的跳变时刻的间隔时间对应于电流和电压的相位差角。本发明不用直接对电压和电流的相位进行检测,省去了复杂的检测电路,可以广泛应用于交流电动机软启动器、交流电动机节能控制器等各类交流电机控制装置中。
文档编号G01R31/34GK1336556SQ0111479
公开日2002年2月20日 申请日期2001年6月12日 优先权日2001年6月12日
发明者皮佑国 申请人:皮佑国