CN117434357A - 一种角形负载平衡性检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空防除冰领域,具体涉及一种角形负载平衡性检测电路。电路包括:1)负载偏差采集电路:根据三相电压、电流有效值,通过加减运算电路得到负载阻值偏差;2)自检测电路:在输入电压均衡、加温负载均衡的理想条件下进行,用于评估控制器自身采集的精确度,将负载偏差采集电路得到的结果直接与设定门限值进行比较,如满足要求,则将此模式下的偏差值进行记录;3)***检测电路:在外场实际使用环境下进行,用于评估实际负载偏差,将负载偏差采集电路的结果与自检测模式下的偏差值记录综合运算后与设定门限值进行比较,并将此模式下的偏差值进行记录。
Description
技术领域
本发明涉及航空防除冰领域,具体涉及一种角形负载平衡性检测电路。
背景技术
角形负载因相电流相对较小特点,在电热防冰领域中大量使用。若负载不平衡,将对飞机电网造成不利影响,甚至可能导致各相防护部件除冰不平衡影响气动特性。另外,在长期使用过程中,负载因磨损、老化等因素其平衡性也有逐渐下降趋势,因此有必要对角形负载平衡性进行定期检测。
角形负载各相电流与各负载电阻的精确计算涉及相电压、相电流的幅值及相位采集,实现难度较大,可通过各相电压、电流有效值运算得到满足工程使用要求的近似结果。在上述运算过程中,涉及加减乘除等算数运算,为了提高结果的准确性,一些参数有必要保留小数部分,对于51系列单片机,使用软件完成这些运算的开销较大,且因计算舍入等会引进一定的误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种角形负载平衡性检测电路,可在原位状态下,通过相电压、相电流有效值,采用硬件电路完成主要的运算过程,可解决背景技术中提到的问题。
技术方案:
本发明提供一种角形负载平衡性检测电路,包括:
1)负载偏差采集电路:根据三相电压、电流有效值,通过加减运算电路得到负载阻值偏差;
2)自检测电路:在输入电压均衡、加温负载均衡的理想条件下进行,用于评估控制器自身采集的精确度,将负载偏差采集电路得到的结果直接与设定门限值进行比较,如满足要求,则将此模式下的偏差值进行记录;
3)***检测电路:在外场实际使用环境下进行,用于评估实际负载偏差,将负载偏差采集电路的结果与自检测模式下的偏差值记录综合运算后与设定门限值进行比较,并将此模式下的偏差值进行记录。
进一步的,B相电流有效值IB连接电阻R1的一端,电阻R1的另一端连接运算放大器U1B的反相输入端;A相电压有效值VA连接电阻R3的一端,电阻R3的另一端连接运算放大器U1B的反相输入端; A相电流有效值IA连接电阻R8的一端,电阻R8的另一端连接运算放大器U1B的同相输入端;B相电压有效值VB连接电阻R6的一端,电阻R6的另一端连接运算放大器U1B的同相输入端;运算放大器U1B的反相输入端到GND之间设有电阻R4;运算放大器U1B的同相输入端到参考电压Vref之间设有电阻R5,运算放大器U1B的同相输入端到GND之间设有电阻R7;运算放大器U1B的反相输入端到输出端设有电阻R2;运算放大器U1B的输出X1代表AC相负载与BC相负载的差值;
C相电流有效值IC连接电阻R9的一端,电阻R9的另一端连接运算放大器U2B的反相输入端;B相电压有效值VB连接电阻R11的一端,电阻R11的另一端连接运算放大器U2B的反相输入端; B相电流有效值IB连接电阻R16的一端,电阻R16的另一端连接运算放大器U2B的同相输入端;C相电压有效值VC连接电阻R14的一端,电阻R14的另一端连接运算放大器U2B的同相输入端;运算放大器U2B的反相输入端到GND之间设有电阻R12;运算放大器U2B的同相输入端到参考电压Vref之间设有电阻R13,运算放大器U1B的同相输入端到GND之间设有电阻R15;运算放大器U2B的反相输入端到输出端设有电阻R10;运算放大器U2B的输出Y1代表AB相负载与AC相负载的差值;
A相电流有效值IA连接电阻R17的一端,电阻R17的另一端连接运算放大器U3B的反相输入端;C相电压有效值VC连接电阻R19的一端,电阻R19的另一端连接运算放大器U3B的反相输入端; C相电流有效值IC连接电阻R24的一端,电阻R24的另一端连接运算放大器U3B的同相输入端;A相电压有效值VA连接电阻R22的一端,电阻R22的另一端连接运算放大器U3B的同相输入端;运算放大器U3B的反相输入端到GND之间设有电阻R20;运算放大器U3B的同相输入端到参考电压Vref之间设有电阻R21,运算放大器U3B的同相输入端到GND之间设有电阻R25;运算放大器U3B的反相输入端到输出端设有电阻R18;运算放大器U3B的输出Z1代表AB相负载与BC相负载的差值。
进一步的,负载偏差采集电路为基于运放构成的加减运算电路,其输入输出对应关系为:
;
其中,UA、UB、UC为三相输入电压经处理转换后的有效值,IA、IB、IC为三相输入电流处理转换后的有效值。
进一步的,当R3=R6=R11=R14=R19=R22,R1=R8=R9=R16=R17=R24、R5=R13=R21、R2=R10=R18时,输入输出对应关系等效为:
X1=α(UB-UA)+β(IA-IB)+K;
Y1=α(UC-UB)+β(IB-IC)+K;
Z1=α(UA-UC)+β(IC-IA)+K;
其中α=R2/R3,β=R2/R1,K=R2/R5;通过K对偏差运算结果设置偏移量,以便于单极性输入AD采集。
进一步的,负载偏差采集电路中参数β为输入相电压相同情况下由负载偏差引起的负载偏差与输入电流偏差与的比例;参数α为负载相同情况下由输入电压偏差引起的输入电流偏差、输入电压偏差比例同参数β的乘积。
进一步的,偏移量K设置为AD模拟输入范围的中心点,以提高采集精度。
进一步的,自检测模式下,设置三相输入电压有效值均一致,三相负载均一致;X1、Y1、Z1经AD转换后对其进行判断,若满足以下条件,则认为自检测通过:
|k-x1|≤γ;
|k-y1|≤γ;
|k-z1|≤γ;
其中x1,y1,z1,k分别为X1,Y1,Z1,K经AD转换后的数字值;γ为软件设定的产品自身采集精度造成的负载偏差门限;
对X1、Y1、Z1进行判断,若满足以下条件,则认为自检测通过,并将xx1=k-x1、yy1=k-y1、zz1=k-z1三个运算值进行存储。
进一步的,***检测模式下,将实时采集的X1、Y1、Z1值与自检测存储的xx1、yy1、zz1进行运算,若满足以下条件,则认为检测通过:
|x1-k+xx1|≤δ;
|y1-k+yy1|≤δ;
|z1-k+zz1|≤δ;
其中,δ为软件设定的***允许负载偏差。
本发明的有益效果:
本发明可通过相电压、相电流采集实现负载偏差的近似计算,工程实现难度相对较低。主要运算通过硬件电路完成,准确性更高、实时性更好,且节约处理器成本。本发明的电路及方法,采用硬件电路实时采集角形负载任两相之间的阻值偏差,然后与门限值进行比较已判断是否满足负载平衡性要求。为消除自身采集误差带来的干扰,设置自检测及***检测两种工作模式,自检测模式下使用标准供电电压、标准负载,将阻值差异进行记录;***检测模式下将计算消除自检测模式下的阻值差异,以得到准确结果。
附图说明
本发明的其它特征以及优点将通过以下结合附图详细描述的优选实施方式更好地理解,附图中,相同的附图标记标识相同或相似的部件,其中:
图1是角形负载偏差采集电路图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本发明的具体实施方式的实施和使用。然而,应当理解,所描述的具体实施例仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式,而非限制本发明的范围。
应当注意到,在本文中,用于解释所揭露实施方式的各个部分的结构和动作的方向表示,诸如上、下、左、右、内、外,等等,并不是绝对的,而是相对的。当所揭露实施方式的各个部分位于图中所示位置时,这些表示是合适的。如果所揭露实施方式的位置或参照系改变,这些表示也要根据所揭露实施方式的位置或参照系的改变而发生改变。
VA/VB/VC=实际电压有效值,IA/IB/IC=实际电流有效值,标准供电电压有效值=115V,标准相间负载阻值=10Ω。
AD采集输入电压范围0-10V,对应AD转换至0-1024,偏移量K=5。
α=0.15,β=0.58;
AD转换误差=+1%
参见附图1所示,一种角形负载平衡性检测电路及方法,所述电路及方法包括:
1)负载偏差采集电路:根据三相电压、电流有效值,通过加减运算电路得到负载阻值偏差;
2)自检测:在输入电压均衡、加温负载均衡的理想条件(厂内测试环境)下进行,主要用于评估控制器自身采集的精确度,将负载偏差采集电路得到的结果直接与设定门限值进行比较,如满足要求,则将此模式下的偏差值进行记录;
3)***检测:在外场实际使用环境下进行,用于评估实际负载偏差,将负载偏差采集电路的结果与自检测模式下的偏差值记录综合运算后与设定门限值进行比较,并将此模式下的偏差值进行记录。
三相电流偏差与负载偏差、输入电压偏差均相关,当负载偏差、输入电压偏差小范围变化时(偏差值/基本值≤10%),电流偏差与负载偏差、电流偏差与输入电压偏差可近似为比例关系;通过电流偏差计算负载偏差时,需要消除输入电压偏差引起的电流偏差量。
通过负载偏差采集电路得到的量即可反映消除输入电压偏差影响后的负载偏差量:
X1=α(UB-UA)+β(IA-IB)+K;
Y1=α(UC-UB)+β(IB-IC)+K;
Z1=α(UA-UC)+β(IC-IA)+K;
参数β为输入相电压相同情况下由负载偏差引起的负载偏差与电流偏差与的比例;参数α为负载相同情况下由输入电压偏差引起的输入电流偏差、输入电压偏差比例同参数β的乘积。
其中供电电压标准值为115V/400Hz,负载标准值为10Ω时,α取值0.15,β取值0.58;AD转换器输入电压范围0V~10V,对应转换AD值0~1023,K取值5。所得到的X1/Y1/Z1值分别代表AC相负载与BC相负载偏差、BC相负载与AB相负载偏差、AB相负载与AC相负载偏差。
为消除采集电路带来的误差,自检测模式下,设置三相输入电压有效值均一致,三相负载均一致;X1、Y1、Z1经AD转换后对其进行判断,若满足以下条件,则认为自检测通过:
|k-x1|≤γ;
|k-y1|≤γ;
|k-z1|≤γ;
其中x1,y1,z1,k分别为X1,Y1,Z1,K经AD转换后的数字值。γ为软件设定的产品自身采集精度造成的负载偏差门限,取值10,即自检测模式下允许的负载偏差为0.1Ω。
对X1、Y1、Z1进行判断,若满足以下条件,则认为自检测通过,并将xx1=k-x1、yy1=k-y1、zz1=k-z1三个运算值进行存储。
***检测模式下,将实时采集的X1、Y1、Z1值与自检测存储的xx1、yy1、zz1进行运算,若满足以下条件,则认为检测通过:
|x1-k+xx1|≤δ;
|y1-k+yy1|≤δ;
|z1-k+zz1|≤δ;
其中,δ为软件设定的***允许负载偏差,取值100,即***检测模式下允许的负载偏差为1Ω。
xxx1= x1-k+xx1代表AC相负载与BC相负载偏差,yyy1= y1-k+yy1代表BC相负载与AB相负载偏差,zzz1= z1-k+zz1代表AB相负载与AC相负载偏差。
Claims (8)
1.一种角形负载平衡性检测电路,其特征在于,包括:
1)负载偏差采集电路:根据三相电压、电流有效值,通过加减运算电路得到负载阻值偏差;
2)自检测电路:在输入电压均衡、加温负载均衡的理想条件下进行,用于评估控制器自身采集的精确度,将负载偏差采集电路得到的结果直接与设定门限值进行比较,如满足要求,则将此模式下的偏差值进行记录;
3)***检测电路:在外场实际使用环境下进行,用于评估实际负载偏差,将负载偏差采集电路的结果与自检测模式下的偏差值记录综合运算后与设定门限值进行比较,并将此模式下的偏差值进行记录。
2.根据权利要求1所述的电路,其特征在于,负载偏差采集电路包括以下三路子电路;
对于B相子电路,B相电流有效值IB连接电阻R1的一端,电阻R1的另一端连接运算放大器U1B的反相输入端;A相电压有效值VA连接电阻R3的一端,电阻R3的另一端连接运算放大器U1B的反相输入端; A相电流有效值IA连接电阻R8的一端,电阻R8的另一端连接运算放大器U1B的同相输入端;B相电压有效值VB连接电阻R6的一端,电阻R6的另一端连接运算放大器U1B的同相输入端;运算放大器U1B的反相输入端到GND之间设有电阻R4;运算放大器U1B的同相输入端到参考电压Vref之间设有电阻R5,运算放大器U1B的同相输入端到GND之间设有电阻R7;运算放大器U1B的反相输入端到输出端设有电阻R2;运算放大器U1B的输出X1代表AC相负载与BC相负载的差值;
对于C相子电路,C相电流有效值IC连接电阻R9的一端,电阻R9的另一端连接运算放大器U2B的反相输入端;B相电压有效值VB连接电阻R11的一端,电阻R11的另一端连接运算放大器U2B的反相输入端; B相电流有效值IB连接电阻R16的一端,电阻R16的另一端连接运算放大器U2B的同相输入端;C相电压有效值VC连接电阻R14的一端,电阻R14的另一端连接运算放大器U2B的同相输入端;运算放大器U2B的反相输入端到GND之间设有电阻R12;运算放大器U2B的同相输入端到参考电压Vref之间设有电阻R13,运算放大器U1B的同相输入端到GND之间设有电阻R15;运算放大器U2B的反相输入端到输出端设有电阻R10;运算放大器U2B的输出Y1代表AB相负载与AC相负载的差值;
对于A相子电路,A相电流有效值IA连接电阻R17的一端,电阻R17的另一端连接运算放大器U3B的反相输入端;C相电压有效值VC连接电阻R19的一端,电阻R19的另一端连接运算放大器U3B的反相输入端; C相电流有效值IC连接电阻R24的一端,电阻R24的另一端连接运算放大器U3B的同相输入端;A相电压有效值VA连接电阻R22的一端,电阻R22的另一端连接运算放大器U3B的同相输入端;运算放大器U3B的反相输入端到GND之间设有电阻R20;运算放大器U3B的同相输入端到参考电压Vref之间设有电阻R21,运算放大器U3B的同相输入端到GND之间设有电阻R25;运算放大器U3B的反相输入端到输出端设有电阻R18;运算放大器U3B的输出Z1代表AB相负载与BC相负载的差值。
3.根据权利要求2所述的电路,其特征在于,负载偏差采集电路为基于运放构成的加减运算电路,其输入输出对应关系为:
;
其中UA、UB、UC为三相输入电压经处理转换后的有效值,IA、IB、IC为三相输入电流处理转换后的有效值。
4.根据权利要求3所述的电路,其特征在于,当R3=R6=R11=R14=R19=R22,R1=R8=R9=R16=R17=R24、R5=R13=R21、R2=R10=R18时,输入输出对应关系等效为:
X1=α(UB-UA)+β(IA-IB)+K;
Y1=α(UC-UB)+β(IB-IC)+K;
Z1=α(UA-UC)+β(IC-IA)+K;
其中α=R2/R3,β=R2/R1,K=R2/R5;通过K对偏差运算结果设置偏移量,以便于单极性输入AD采集。
5.根据权利要求4所述的电路,其特征在于,负载偏差采集电路中参数β为输入相电压相同情况下由负载偏差引起的负载偏差与输入电流偏差与的比例;参数α为负载相同情况下由输入电压偏差引起的输入电流偏差、输入电压偏差比例同参数β的乘积。
6.根据权利要求5所述的电路,其特征在于,偏移量K设置为AD模拟输入范围的中心点,以提高采集精度。
7.根据权利要求6所述的电路,其特征在于,自检测模式下,设置三相输入电压有效值均一致,三相负载均一致;X1、Y1、Z1经AD转换后对其进行判断,若满足以下条件,则认为自检测通过:
|k-x1|≤γ;
|k-y1|≤γ;
|k-z1|≤γ;
其中x1,y1,z1,k分别为X1,Y1,Z1,K经AD转换后的数字值;γ为软件设定的产品自身采集精度造成的负载偏差门限;
对X1、Y1、Z1进行判断,若满足以下条件,则认为自检测通过,并将xx1=k-x1、yy1=k-y1、zz1=k-z1三个运算值进行存储。
8.根据权利要求7所述的电路,其特征在于,***检测模式下,将实时采集的X1、Y1、Z1值与自检测存储的xx1、yy1、zz1进行运算,若满足以下条件,则认为检测通过:
|x1-k+xx1|≤δ;
|y1-k+yy1|≤δ;
|z1-k+zz1|≤δ;
其中,δ为软件设定的***允许负载偏差。
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