CN114705913B - 一种旋转变压器的谐波分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种旋转变压器的谐波分析方法，在过零指示信号的连续偶数个上升沿或连续偶数个下降沿之间进行采样，通过曲线拟合得到采样信号，并减去基波信号分量，获得新的总谐波信号，最后进行傅里叶FFT变换，得到频域中各个谐波信号分量。本发明能够避免谐波分析过程中的频谱混叠、泄漏等问题，使得高次谐波信号分量分解的更彻底和精确，提高了谐波分析的准确度。
Description
技术领域
本发明涉及旋转变压器领域，具体涉及旋转变压器的谐波分析方法。
背景技术
正余弦旋转变压器作为一种高精度角度传感器，其输出为与转子转角成正余弦关系的电压信号，常作为电机角度解算元件或位置传感器。由于电机工作转速高，相应的电枢绕组电感较低、电频率偏高。为了实现对低电感、高电频率电机的控制，电机控制器中功率管需要工作于较高开关频率。功率管开关频率增高和开关速度加快均会造成电机电枢绕组向外辐射的电磁干扰增加，在旋转变压器的输出信号中产生大量高次谐波，导致输出信号产生一定程度的波形畸变。
现有的谐波分析手段主要由傅里叶FFT变换法、小波分析法以及经验模态分解法等。首先，由奈奎斯特定理可知，在进行谐波分量的提取时往往采用理想整数周期频率采样。但是，在实际的信号采集过程中很难实现信号的整数周期采样。非整数周期的采样可能会导致谐波分析过程中的频谱混叠、泄漏等问题，导致后续谐波分析的不准确。其次，由于高次谐波分量远小于旋转变压器的基波分量，高次谐波分量也就会淹没在基波分量中，造成高次谐波分量分解不彻底、不精确，也会导致后续谐波分析的不准确。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明，以便提供一种旋转变压器的谐波分析方法，对旋转变压器进行整数周期采样，得到旋转变压器的采样信号，并减去基波分量后进行高次谐波分量分解，提高了谐波分析的准确度。
本发明提供了一种旋转变压器的谐波分析方法，包括：
步骤S1，构建过零比较模块，将旋转变压器的输出信号与参考零值比较，产生过零指示信号；
步骤S2，在过零指示信号的连续偶数个上升沿或连续偶数个下降沿之间，触发ADC转换模块对旋转变压器的输出信号进行采样，并通过曲线拟合得到采样信号X(t)；
步骤S3，对采样信号X(t)进行傅里叶FFT变换，得到频域中N个频率对应的N项信号分量，其中N≥2；
步骤S4，获取N项信号分量中振幅最大的信号分量，作为旋转变压器的输出信号的基波信号分量Xfun(t)；
步骤S5，从采样信号X(t)减去基波信号分量，获得新的总谐波信号Xhar(t)；
步骤S6，对新的总谐波信号Xhar(t)重新进行傅里叶FFT变换，得到频域中各个谐波信号分量。
进一步的，所述谐波分析方法还包括：
步骤S7，根据基波信号分量Xfun(t)和各个谐波信号分量获取谐波总失真率THD。
进一步的，所述谐波总失真率THD为：
其中，k为谐波次数，Xeff1为基波信号分量有效值，Xeffk为k次谐波信号分量有效值。
进一步的，所述旋转变压器的输出信号为正弦信号或余弦信号。
进一步的，所述步骤S2进一步包括：
在过零指示信号的连续两个上升沿或连续两个下降沿之间，触发ADC转换模块对旋转变压器的输出信号进行采样。
进一步的，所述曲线拟合采用最小二乘法或三次样条插值法。
进一步的，Xhar(t)＝X(t)-Xfun(t)。
进一步的，所述旋转变压器为正余弦旋转变压器。
本发明的有益技术效果是：
(1)本发明提供的旋转变压器的谐波分析方法，利用过零指示信号的连续偶数个上升沿或连续偶数个下降沿，对旋转变压器进行整数周期采样，得到旋转变压器的采样信号，能够避免谐波分析过程中的频谱混叠、泄漏等问题，提高后续谐波分析的准确度。
(2)本发明提供的旋转变压器的谐波分析方法，利用采样信号减去基波分量后进行高次谐波分量分解，避免基波信号分量的影响，使得后续高次谐波信号分量分解的更彻底和精确，提高了谐波分析的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种旋转变压器的谐波分析方法的流程图；
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本发明提供了一种旋转变压器的谐波分析方法，对旋转变压器进行整数周期采样，得到旋转变压器的采样信号，并减去基波分量后进行高次谐波分量分解，提高了谐波分析的准确度。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明提供的一种旋转变压器的谐波分析方法的流程图。本发明可适用于任何类型旋转变压器，特别是正余弦旋转变压器。该方法可以由旋转变压器的谐波分析装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该谐波分析方法具体包括如下步骤：
步骤S1，构建过零比较模块，将旋转变压器的输出信号与参考零值比较，产生过零指示信号。
在本申请该实施例中，旋转变压器的输出信号为正弦信号或余弦信号，利用过零比较模块，将正弦信号或余弦信号与参考零值比较，产生高低电平变化的过零指示信号。
步骤S2，在过零指示信号的连续偶数个上升沿或连续偶数个下降沿之间，触发ADC转换模块对旋转变压器的输出信号进行采样，并通过曲线拟合得到采样信号X(t)。
具体的，在本申请该实施例中，可以在过零指示信号的连续两个上升沿或连续两个下降沿之间，触发ADC转换模块对旋转变压器的输出信号进行采样。
由于过零指示信号为高低电平变化的矩形波，过零指示信号的连续两个上升沿或连续两个下降沿之间的时间即为旋转变压器的输出信号的周期。因此本申请采样信号的周期严格对应旋转变压器输出信号的整数倍周期，也能够避免谐波分析过程中的频谱混叠、泄漏等问题，提高后续谐波分析的准确度。
进一步的，为了提高谐波分析的正确度，本申请还可以在过零指示信号的连续偶数个上升沿或连续偶数个下降沿之间，触发ADC转换模块对旋转变压器的输出信号进行采样，此处的偶数个上升沿或偶数个下降沿是指大于两个的上升沿或下降沿。
在本申请该实施例中，曲线拟合可以采用最小二乘法或三次样条插值法。
步骤S3，对采样信号X(t)进行傅里叶FFT变换，得到频域中N个频率对应的N项信号分量，其中N≥2。
步骤S4，获取N项信号分量中振幅最大的信号分量，作为旋转变压器的输出信号的基波信号分量Xfun(t)。
步骤S5，从采样信号X(t)减去基波信号分量，获得新的总谐波信号Xhar(t)。
其中，Xhar(t)＝X(t)-Xfun(t)。
在本申请中，由于高次谐波分量远小于旋转变压器的基波分量，高次谐波分量分解不彻底、不精确，因此本申请利用采样信号X(t)减去基波信号分量，避免基波信号分量的影响，使得后续高次谐波信号分量分解的更彻底和精确。
步骤S6，对新的总谐波信号Xhar(t)重新进行傅里叶FFT变换，得到频域中各个谐波信号分量。
步骤S7，根据基波信号分量Xfun(t)和各个谐波信号分量获取谐波总失真率THD。
在本申请中，谐波总失真率THD的定义为用基波信号百分比表示的信号总谐波含量。信号总谐波含量反映了波形的畸变特性，公式定义如下：
其中，k为谐波次数，Xeff1为基波信号分量有效值，Xeffk为k次谐波信号分量有效值。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (1)
1.一种旋转变压器的谐波分析方法，其特征在于，包括：
步骤S1，构建过零比较模块，将旋转变压器的输出信号与参考零值比较，产生过零指示信号；
步骤S2，在过零指示信号的连续偶数个上升沿或连续偶数个下降沿之间，触发ADC转换模块对旋转变压器的输出信号进行采样，避免谐波分析过程中的频谱混叠、泄漏，并通过曲线拟合得到采样信号X(t)；所述曲线拟合采用最小二乘法或三次样条插值法；
步骤S3，对采样信号X(t)进行傅里叶FFT变换，得到频域中N个频率对应的N项信号分量，其中N≥2；
步骤S4，获取N项信号分量中振幅最大的信号分量，作为旋转变压器的输出信号的基波信号分量Xfun(t)；
步骤S5，从采样信号X(t)中减去所述基波信号分量，获得新的总谐波信号Xhar(t)，即Xhar(t)＝X(t)-Xfun(t)；
步骤S6，对新的总谐波信号Xhar(t)重新进行傅里叶FFT变换，得到频域中各个谐波信号分量；
步骤S7，根据基波信号分量Xfun(t)和各个谐波信号分量获取谐波总失真率THD；
所述谐波总失真率THD为：
其中，k为谐波次数，Xeff1为基波信号分量有效值，Xeffk为k次谐波信号分量有效值；
所述谐波分析方法利用采样信号减去基波信号分量后进行高次谐波信号分量分解，避免高次谐波信号分量淹没在基波信号分量中，使得高次谐波信号分量分解的更彻底和精确，提高了谐波分析的准确度；
所述步骤S2进一步包括：在过零指示信号的连续两个上升沿或连续两个下降沿之间，触发ADC转换模块对旋转变压器的输出信号进行采样；
其中所述旋转变压器的输出信号为正弦信号或余弦信号，所述旋转变压器为正余弦旋转变压器。
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