CN208000364U - 电机档位识别装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机档位识别装置，该装置包括：信号采集模块、计算模块、以及MCU模块；所述信号采集模块，用于分别对所述电机输出的电流信号和电压信号进行采样，并将电压采样值通过电压信号输出端输入所述计算模块，将电流采样值通过差分电流输出端输入所述计算模块；所述计算模块，用于根据所述信号采集模块采集的电流信号和电压信号，计算得到有功功率，并将所述有功功率输出到所述MCU模块；所述MCU模块，用于根据输入的有功功率确定所述电机当前运行的档位。该装置可以简单、方便地实现对电机工作档位的检测，提高检测结果的准确性。

Description

电机档位识别装置

技术领域

本实用新型涉及多档位电机技术领域，具体涉及一种电机档位识别装置。

背景技术

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。电机在现代工业领域中应用极其广泛，可以说，有电能应用的场合都会有电机的身影。在实际应用中，为了满足不同环境下的应用需求，通常会设计有多个档位，而在不同档位下，用电器的能量消耗是不同的。因此，对诸如中央空调风机盘管和工业用多档速电机的状态识别，对于其能耗测量和作为计费依据的状态检测以及实施控制都是必不可少的，而如何进行电机档位的准确识别成为了业界研究的一个重要课题。

在现有技术中，对电机档位的检测主要有以下两种方式：

1.电流检测：通过电流传感器采集多档位电机的零线电流，获得与多档位电机的零线电流成比例的交流电流信号，然后将该交流电流信号通过整流电路整流为直流信号，再将该直流信号接入I/V变换电路，将电流信号转换为电压信号，根据该电压信号确定电机当前工作档位。

这种检测方式由于需要中间转换过程，因而测量误差大，检测精度低；而且由于需要分别采集各档位比如高、中、低档的电流信号，因此电路复杂且接线较多。

2.电压检测：通过测量其中一个已知固定档位驱动线圈两端的电压值，再根据电机绕组线圈间电压互感特性得到不同的电压值，通过将测量的已知固定档位的电压与输入的标准电压进行比较，从而判断电机当前工作档位。

这种检测方式中间转换环节较多，可靠性差，检测精度低；另外，由于这种检测方式中，需要将电压直接接入或串入线路板，对现场工作人员存在潜在风险。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种电机档位识别装置，以简单、方便地实现对电机工作档位的检测，提高检测结果的准确性。

为此，本实用新型提供如下技术方案：

一种电机档位识别装置，包括：信号采集模块、计算模块、以及MCU模块；

所述信号采集模块，用于分别对所述电机输出的电流信号和电压信号进行采样，并将电压采样值通过电压信号输出端输入所述计算模块，将电流采样值通过差分电流输出端输入所述计算模块；

所述计算模块，用于根据所述信号采集模块采集的电流信号和电压信号，计算得到有功功率，并将所述有功功率输出到所述MCU模块；

所述MCU模块，用于根据输入的有功功率确定所述电机当前运行的档位。

可选地，所述信号采集模块包括：电压互感器和电流互感器。

可选地，所述信号采集模块包括：

电压采样单元，用于采用电阻分压的方式采集所述电机零线电压；

电流采样单元，用于采集所述电机零线与火线间的电流差分信号。

可选地，所述电压采样单元包括串接于所述电机零线与地之间的多个分压电阻，所述电压信号输出端位于所述多个分压电阻之间。

可选地，所述电流采样单元包括：

连接在电机零线与火线间的锰铜电阻，以及分别与所述锰铜电阻一端及所述差分电流输出端一端相连的滤波单元。

可选地，所述计算模块将所述有功功率值转换为方波脉冲输出到所述MCU模块。

可选地，所述计算模块采用HLW8012芯片。

可选地，所述装置还包括：

档位检测控制模块，用于对电机进行自适应测试控制，使电机依次工作于各档位；

所述MCU模块包括：

存储单元，用于存储所述电机工作于各档位时的有功功率；

排序单元，用于对所述存储单元存储的各有功功率依照从小到大或从大到小的顺序进行排序，得到功率序列；

判断单元，用于根据当前输入的有功功率及所述排序单元得到的功率序列，确定所述电机当前运行的档位。

本实用新型提供的电机档位识别装置，分别采集多档位电机输出的电流信号和电压信号，根据采集的电压值和电流值计算得到有功功率，并将该有功功率输出到MCU模块，由MCU模块根据输入的有功功率确定所述电机当前运行的档位。本实用新型的电机档位识别装置结构简单，集成度高，直接以功率判定电机档位，减少了中间的转换过程，使得检测结果更精准。而且由于接线简单，对现场的施工调试人员要求相对不高，降低了施工及维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有多档位电机的档位与绕组工作关系示意图；

图2是本实用新型电机档位识别装置的一种结构示意图；

图3是本实用新型电机档位识别装置中信号采集模块与电机的接线示意图；

图4是本实用新型电机档位识别装置的另一种结构示意图；

图5是本实用新型中MCU模块对多档速电机档位进行判断的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本实用新型实施例作进一步的详细说明。

对于共零绕组多抽头的多档位电机，以绕组线圈匝数的不同实现不同档位的转速调节，不同档位间因为驱动线圈匝数不同，故电机输出的功率值也不同。以高、中、低三档位电机为例，现有多档位电机的档位与绕组工作关系示意图如图1所示。

基于上述多档位电机的结构特点，本实用新型提供的电机档位识别装置，分别采集多档位电机输出的电流信号和电压信号，根据采集的电压值和电流值计算得到有功功率，并将该有功功率输出到MCU模块，由MCU模块根据输入的有功功率确定所述电机当前运行的档位。

如图2所示，是本实用新型电机档位识别装置的一种结构示意图。

在该实施例中，所述装置包括：信号采集模块11、计算模块12、以及MCU模块13；其中：

所述信号采集模块11用于分别对所述电机输出的电流信号和电压信号进行采样，并将电压采样值通过电压信号输出端输入所述计算模块12，将电流采样值通过差分电流输出端输入所述计算模块12；

所述计算模块12用于根据所述信号采集模块11采集的电流信号和电压信号，计算得到有功功率，并将所述有功功率输出到所述MCU模块13；

所述MCU模块13用于根据输入的有功功率确定所述电机当前运行的档位。

所述信号采集模块11采集多档位电机工作的两个抽头之间的电流及电压。

在实际应用中，所述信号采集模块11具体可以采用隔离采样或者非隔离采样的方式采集上述电压及电流。

对应于隔离采样方式，所述信号采集模块可以包括：电压互感器和电流互感器。

考虑到空间受限、集成度不高的问题，可以优选非隔离采样的方式，相应地，所述信号采集模块11可以包括电压采样单元和电流采样单元，其中：

所述电压采样单元用于采用电阻分压的方式采集所述电机零线电压；

所述电流采样单元用于采集所述电机零线与火线间的电流差分信号。

所述信号采集模块11的一种具体结构如图3所示，其中，所述电压采样单元包括串接于所述电机零线与地之间的多个分压电阻，如图3中的分压电阻R4和R5，所述电压信号输出端V2P位于所述分压电阻R4和R5之间，电容C3用于滤除干扰信号。所述电流采样单元包括：连接在电机零线与火线间的锰铜电阻R1，以及分别与所述锰铜电阻R1一端及所述差分电流输出端一端相连的滤波单元，所述滤波单元采用RC滤波，如图3所示，与差分电流输出端V1P相连的滤波单元包括电阻R2和电容C1，与差分电流输出端V1N相连的滤波单元包括电阻R3和电容C2，各电阻和电容的取值可以采用常规取值，所述锰铜电阻R1的阻值可以为1mΩ。在锰铜电阻R1上产生压降，压降信号通过阻容器件，最终在输出端V1P、V1N处采样电流差分信号，即差分电流输出端为图中的V1P、V1N。

所述信号采集模块11将采集到的电流信号及电压信号输出给计算模块12；计算模块12计算电机的工作功率，即有功功率。不同的工作档位，工作功率不同。

计算模块12对电流采样信号V1P/V1N、电压采样信号V2P进行模数转换，得到数字信号，根据所述数字信号计算有功功率值，然后通过频率转换将有功功率值转换为方波脉冲，将所述方波脉冲输出到MCU模块13。

在实际应用中，所述计算模块12可以采用现有的一些功率计算芯片，比如，HLW8012芯片等。

MCU模块13根据计算模块12输入的方波信号确定电机当前运行的档位，比如，将MCU模块13的外部中断模式设置为下降沿触发中断，使用MCU模块13外部中断来确定2次中断间隔，使用MCU内部定时器来测量相邻2次外部中断的时间间隔，得到功率的脉冲周期，进而得到功率值，功率值的大小与频率的大小成正比，与周期的大小成反比。

对于一个多档速电机，电机运行于不同的档位，电机输出的功率值也不同，以常规三速风机为例：停止＜低速运行功率＜中速运行功率＜高速运行功率。因此，在实际应用中，针对不同的应用环境及检测对象，MCU模块13对电机工作档位的判断可以有不同的方式。

比如，在预先知道电机所具有的档位及各档位的功率范围的情况下，可以将不同档位的功率范围设置到MCU模块13中，MCU模块13根据这些设置信息即可判断电机当前运行的档位。

再比如，在预先不知道电机所具有的档位及各档位的功率范围的情况下，本实用新型提供的装置还可以对电机当前工作档位进行自适应的识别。

如图4所示，是本实用新型电机档位识别装置的另一种结构示意图。

与图2所示实施例不同的是，在该实施例中，所述装置还包括：档位检测控制模块14，用于对电机进行自适应测试控制，使电机依次工作于各档位。

相应地，在该实施例中，所述MCU模块13包括以下各单元：

存储单元，用于存储所述电机工作于各档位时的有功功率；

排序单元，用于对所述存储单元存储的各有功功率依照从小到大或从大到小的顺序进行排序，得到功率序列；

判断单元，用于根据当前输入的有功功率及所述排序单元得到的功率序列，确定所述电机当前运行的档位。

例如，若多档速电机档速级数为N，即从1级到n级，对应的功率值分别为W1、W2、W3、……Wn。排序后，若定义为W1为低速档，Wn为N速档，则电机工作档位判断过程如图5所示。

由此可见，本实用新型实施例提供的电机档位识别装置，分别采集多档位电机输出的电流信号和电压信号，根据采集的电压值和电流值计算得到有功功率，并将该有功功率输出到MCU模块，由MCU根据输入的有功功率确定所述电机当前运行的档位。本实用新型的电机档位识别装置结构简单，集成度高，直接以功率判定电机档位，减少了中间的转换过程，使得检测结果更精准。而且由于接线简单，对现场的施工调试人员要求相对不高，降低了施工及维护成本。另外，本实用新型实施例提供的多档位电机档位识别装置，还可以对电机工作档位进行自适应识别。

本实用新型电机档位识别装置可以应用于多种设备及环境中，比如：

例1：应用在中央空调风机盘管的档位识别上，在不具备通信及数据反馈或具备通信及数据反馈但运行不稳定的环境中，可以对风机盘管档位状态进行准确识别。

例2：应用在对电机各档位运行时间进行管理的领域，通过准确可靠的档位识别，得到电机准确使用时间及使用时长，对各个档位的运行时间进行管理与统计，以识别用户对档位的使用习惯与偏好，为智能化控制提供依据。

例3：应用在中央空调计费领域，通过识别中央空调风机盘管档位得到档位使用时间，结合风机盘管的热交换功率，采取合适的计算软件与管理算法，可以实现中央空调的费用计量。

例4：应用在对电机进行能耗计量的领域，通过识别档位得到档位使用时间，结合MCU模块中得出的电机功率值，对电机的能耗进行计量与管理。

以上对本实用新型实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本实用新型进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及装置；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种电机档位识别装置，其特征在于，包括：信号采集模块、计算模块、以及MCU模块；

所述信号采集模块，用于分别对所述电机输出的电流信号和电压信号进行采样，并将电压采样值通过电压信号输出端输入所述计算模块，将电流采样值通过差分电流输出端输入所述计算模块；

所述计算模块，用于根据所述信号采集模块采集的电流信号和电压信号，计算得到有功功率，并将所述有功功率输出到所述MCU模块；

所述MCU模块，用于根据输入的有功功率确定所述电机当前运行的档位。

2.根据权利要求1所述的电机档位识别装置，其特征在于，所述信号采集模块包括：电压互感器和电流互感器。

3.根据权利要求1所述的电机档位识别装置，其特征在于，所述信号采集模块包括：

电压采样单元，用于采用电阻分压的方式采集所述电机零线电压；

电流采样单元，用于采集所述电机零线与火线间的电流差分信号。

4.根据权利要求3所述的电机档位识别装置，其特征在于，所述电压采样单元包括串接于所述电机零线与地之间的多个分压电阻，所述电压信号输出端位于所述多个分压电阻之间。

5.根据权利要求3所述的电机档位识别装置，其特征在于，所述电流采样单元包括：

连接在电机零线与火线间的锰铜电阻，以及分别与所述锰铜电阻一端及所述差分电流输出端一端相连的滤波单元。

6.根据权利要求1所述的电机档位识别装置，其特征在于，所述计算模块将所述有功功率值转换为方波脉冲输出到所述MCU模块。

7.根据权利要求6所述的电机档位识别装置，其特征在于，所述计算模块采用HLW8012芯片。

8.根据权利要求1至7任一项所述的电机档位识别装置，其特征在于，所述装置还包括：

档位检测控制模块，用于对电机进行自适应测试控制，使电机依次工作于各档位；

所述MCU模块包括：

存储单元，用于存储所述电机工作于各档位时的有功功率；

排序单元，用于对所述存储单元存储的各有功功率依照从小到大或从大到小的顺序进行排序，得到功率序列；

判断单元，用于根据当前输入的有功功率及所述排序单元得到的功率序列，确定所述电机当前运行的档位。