一种全封闭制冷压缩机的转速测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电流测量、电机测量、制冷系统、数据采集以及数字信号处理领域，涉及一种全封闭式制冷压缩机转速的测量方法。
【背景技术】
[0002]在制冷系统中，压缩机作为系统核心部件，其转速的测量对整个系统具有十分重要的意义，它对系统的制冷量、效能比、温度控制等重要指标有着十分明显的影响。而对于绝大多数的制冷压缩机，其结构都是全封闭式的，故传统的直接测量法(如编码器)对压缩机本身都具有破坏性，已不再适用。现阶段常用的间接测量方法主要是基于压缩机外壳震动，经实验验证，基于振动的测量方法对安装底座的材料和测试环境要求较高，当安装底座的刚度较小时，外壳的大量振动能量会被底座吸收，致使传感器无法精确捕捉测量信号，且如果测试环境中有其他产生振动的设备，亦会对振动测量产生影响，以上原因导致该方法的测量精度不足。
【发明内容】
[0003]为了克服已有全封闭制冷压缩机的转速测量方法的精度较差的不足，本发明提供了一种有效提升测量精度的全封闭制冷压缩机的转速测量方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]一种全封闭制冷压缩机的转速测量方法，所述测量方法包括如下步骤:
[0006](1)电流信号的采集:利用电流跟随型传感器以及高速数据采集卡，对全封闭制冷压缩机的电机供电电流进行采集；
[0007](2)数据存储:利用LabView对经过Α/D转换的数字信号进行采集、存储；
[0008](3)数字信号处理:利用Matlab插件对LabView存储的数据进行有效频率提取，提取方法采用希尔伯特变换；
[0009](4)频率换算:提取出的有效频率，该频率与转差率S的频率相等，有效频率与转速之间的换算关系为同步转速减去频率值f与60的乘积，利用Matlab对该频率进行换算得到转速。
[0010]进一步，所述步骤(4)，在LabView的界面上显示出测量转速。
[0011]再进一步，所述步骤(3)，在进行有效频率提取之前，先进行低通滤波。
[0012]更进一步，所述步骤(3)，使用希尔伯特变换将信号映射到虚数域，并进行包络提取。
[0013]本发明提出一种基于电流波动的测量方法，此方法测量结构简单，对制冷系统影响小，且仅需使用价格十分便宜的电流跟随型传感器。对采集信号进行简单的数字处理即可得到压缩机转速。经与编码器精确测量对比，其转速误差在±2转/分钟。
[0014]异步转动产生的感生电动势的波动会作用到供电电流，此电流时域信号的波动频率等于转差率，关于包络即为转差率的说明如下:电动机的转子由于切割磁感线，会产生感生电动势，此电动势会反作用到电动机的定子，以抵消部分定子电压。由于异步转差的存在，我们可以将电机运转模型简化为转子不动，磁场以转差率的频率绕转子转动。由于磁场和转子角度问题，实际有效切割磁场的大小是呈正弦变化的。当磁场强度达到峰值时，转子感生电动势达到最大，当磁场强度为零时，转子感生电动势消失。因此，转子感生电动势反作用到定子的供电电压，转子的抵消程度也呈周期性，会在时域波普上产生包络波动，故此包络频率为转差率。
[0015]本发明的有益效果主要表现在:(1)对比直接测量的破坏性，该方法对系统影响小。(2)相比于基于振动等现行常用方法，对环境的抗扰性强，稳定性高。(3)相比于FFT、CZT等频率提取方法，利用希尔伯特变换进行包络的提取，效率更高，精确度更高。(4)该方法安装简便，成本较低，测量速度快。
【附图说明】
[0016]图1是制冷系统的示意图。
[0017]图2是滤波后实测供电电流时域波形图。
[0018]图3是对低频信号进行频率提取后的频谱图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0020]参照图1?图3，一种全封闭制冷压缩机的转速测量方法，所述测量方法包括如下步骤:
[0021](1)电流信号的采集:利用电流跟随型传感器以及高速数据采集卡，对全封闭制冷压缩机的电机供电电流进行采集；
[0022](2)数据存储:利用LabView对经过Α/D转换的数字信号进行采集、存储；
[0023](3)数字信号处理:利用Matlab插件对LabView存储的数据进行有效频率提取，提取方法采用希尔伯特变换；
[0024](4)频率换算:提取出的有效频率，该频率与转差率S的频率相等，有效频率与转速之间的换算关系为同步转速减去频率值f与60的乘积，利用Matlab对该频率进行换算得到转速。
[0025]进一步，所述步骤(4)，在LabView的界面上显示出测量转速。
[0026]再进一步，所述步骤(3)，在进行有效频率提取之前，先进行低通滤波。
[0027]更进一步，所述步骤(3)，使用希尔伯特变换将信号映射到虚数域，并进行包络提取。
[0028]本实施例的制冷系统，参照图1，1为制冷压缩机；2为排气压力表；3为冷凝器；4为蒸发器；5为吸气压力表；6为供电火线；7为电流传感器；8为供电零线。
[0029]本实施例的全封闭制冷压缩机的转速测量方法，过程如下:
[0030](1)电流信号的采集:采集数据采用的是研华的PCI板卡，型号为PC1-1715U，板卡为高速采集卡，12位，500KS/s速度，远超采集需求。跟随型电流传感器为维博公司生产的WBI411S07，该传感器响应时间为15us，本实验系统的供电电流频率为50Hz，即周期为0.02s。整套系统的采集响应速度完全足够。
[0031](2)数据存储:上位机通过PCI板卡和LabView软件对采样的模拟信号进行A/D转换，转换后的数据分两种数据存储方案:第一种，将数据以EXCEL的形式保存起来；第二种，将数据暂存在内存。
[0032](3)数字信号处理:根据步骤二数据存储方式的不同，分两种途径读取数据:1、针对步骤(2)所述的第一种存储方式，利用软件Matlab读取EXCEL数据，并进行数据处理；2、针对步骤(2)所述的第二种存储方式，直接把Matlab插件内嵌在LabView里面，对暂存在内存中的数据进行实时处理，以达到实时测量转速的效果。上述两种方式的数据处理方法相同，首先采用最平的巴特沃斯滤波器进行低通滤波，之后利用信号处理中常用的希尔伯特变换取包络，提取的包络频率经过转换即可得到压缩机转速。
[0033](4)频率换算:按照电机相关知识，以同步转速为3000rpm的电机为例，实际转速为3000减去取出的频率信号乘以60即为转速。
【主权项】
1.一种全封闭制冷压缩机的转速测量方法，其特征在于:所述测量方法包括如下步骤: (1)电流信号的采集:利用电流跟随型传感器以及高速数据采集卡，对全封闭制冷压缩机的电机供电电流进行采集； (2)数据存储:利用LabView对经过A/D转换的数字信号进行采集、存储； (3)数字信号处理:利用Matlab插件对LabView存储的数据进行有效频率提取，提取方法采用希尔伯特变换； (4)频率换算:提取出的有效频率，该频率与转差率S的频率相等，有效频率与转速之间的换算关系为同步转速减去频率值f与60的乘积，利用Matlab对该频率进行换算得到转速。2.如权利要求1所述的全封闭制冷压缩机的转速测量方法，其特征在于:所述步骤(4)，在LabView的界面上显示出测量转速。3.如权利要求1或2所述的全封闭制冷压缩机的转速测量方法，其特征在于:所述步骤(3)，在进行有效频率提取之前，先进行低通滤波。4.如权利要求1或2所述的全封闭制冷压缩机的转速测量方法，其特征在于:所述步骤(3)，使用希尔伯特变换将信号映射到虚数域，并进行包络提取。
【专利摘要】一种全封闭制冷压缩机的转速测量方法，包括如下步骤：(1)对全封闭制冷压缩机的电机供电电流进行采集；(2)数据存储：利用LabView对经过A/D转换的数字信号进行采集、存储；(3)数字信号处理：利用Matlab插件对LabView存储的数据进行有效频率提取，提取方法采用希尔伯特变换；(4)频率换算：提取出的有效频率，该频率与转差率S的频率相等，有效频率与转速之间的换算关系为同步转速减去频率值f与60的乘积，利用Matlab对该频率进行换算得到转速。本发明提供了一种有效提升测量精度的全封闭制冷压缩机的转速测量方法。
【IPC分类】G01P3/48
【公开号】CN105372443
【申请号】CN201510843192
【发明人】沈希, 黄跃进, 金华强, 徐鸣, 顾江萍, 孙哲
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月27日