(一)技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種非正弦供電條件下電機(jī)功率因數(shù)檢測系統(tǒng)，能夠?qū)Ψ钦夜╇姉l件下電機(jī)的功率因數(shù)進(jìn)行實時精確的測量。其通過電機(jī)前端的電力電子器件實時檢測電機(jī)的負(fù)載率和功率因數(shù)，進(jìn)而調(diào)節(jié)三相可控硅的觸發(fā)角，從而降低輸入電機(jī)的電壓和電流，進(jìn)而達(dá)到電機(jī)的節(jié)能運(yùn)行。屬于電力電子技術(shù)和電機(jī)節(jié)能領(lǐng)域。

(二)

背景技術(shù)：
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三相異步電動機(jī)消耗的電能占全世界總耗電量的40％以上，其中有60％的電動機(jī)運(yùn)行效率低下，從而造成大量的電能浪費(fèi)。在能源日益緊張的背景下，如果能對三相異步電動機(jī)進(jìn)行節(jié)能，那么節(jié)電量是非?？捎^的。所以國內(nèi)外專家和學(xué)者分分投入到電機(jī)節(jié)能領(lǐng)域，開始了對電機(jī)節(jié)電器的研制。20世紀(jì)以來，隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電力半導(dǎo)體變流裝置被廣泛用于電機(jī)節(jié)能裝置中。目前市場上應(yīng)用最廣泛的電機(jī)節(jié)電器都是基于美國宇航局諾拉研制的功率因數(shù)電機(jī)節(jié)電器。它根據(jù)負(fù)載和功率因數(shù)間對應(yīng)的關(guān)系，調(diào)節(jié)定子端電壓的大小，以實現(xiàn)電機(jī)節(jié)能。它是通過電力電子器件實時的檢測單相電壓和電流的相位差再進(jìn)行余弦運(yùn)算的方法計算功率因數(shù)，然后與設(shè)定好的功率因數(shù)作比較，進(jìn)而調(diào)節(jié)三相可控硅的觸發(fā)角。但是這種功率因數(shù)的檢測方法精度是不高的。一方面是因為由于電力電子器件的存在，使得輸入電機(jī)的電壓和電流發(fā)生畸變，嚴(yán)格的說電壓、電流都是非正弦的周期信號。利用傳統(tǒng)正弦供電條件下的測試方法對功率和功率因數(shù)測試,會產(chǎn)生較大誤差。另一方面，通過測量單相的電壓、電流檢測功率因數(shù)，對功率因數(shù)的測量誤差較大。因此，有必要改進(jìn)傳統(tǒng)的測試方法，以獲得非正弦供電條件下電機(jī)參數(shù)的可靠數(shù)據(jù)。因此，研究一種非正弦供電條件下電機(jī)功率因數(shù)檢測的新方法，將是對現(xiàn)代電機(jī)節(jié)能技術(shù)的一個重要研究內(nèi)容。

(三)

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有功率因數(shù)的檢測系統(tǒng)檢測精度不高、測量誤差較大的問題，設(shè)計一種新穎的非正弦供電條件下電機(jī)功率因數(shù)檢測系統(tǒng)，它采用高性能的電壓和電流的同步采樣電路，在一個周期為t的交流電壓u(t)和交流電流i(t),以△t時間間隙分別對電機(jī)的三相電壓和電流進(jìn)行同步采樣，分別測得三相電路的電壓、電流的相位差然后對測得的三相電路的相位差取平均值，進(jìn)而求得三相平均功率因數(shù)。這樣大大提高了非正弦供電條件下電機(jī)功率因數(shù)檢測的靈敏度和精度。功率因數(shù)檢測精度的提高，使電機(jī)節(jié)電器的節(jié)電效果更加顯著，這促使了現(xiàn)代電機(jī)節(jié)電技術(shù)向更高層次發(fā)展。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種非正弦供電條件下電機(jī)功率因數(shù)檢測系統(tǒng)，它包括電壓采集模塊、電流采集模塊、斜坡發(fā)生器模塊、邏輯網(wǎng)絡(luò)模塊、功率因數(shù)指令模塊、加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊、斜坡和誤差電壓比較模塊、晶閘管觸發(fā)模塊，各模塊的連接關(guān)系如圖2所示，其中電壓采集模塊和電流采集模塊的輸出端同時連接邏輯網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端，電壓采集模塊的輸出端同時連接斜坡發(fā)生器模塊的輸入端，功率因數(shù)指令模塊和邏輯網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端同時連接加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊的輸入端，加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊以及斜坡發(fā)生器模塊的輸出端同時連接斜坡和誤差電壓比較模塊，斜坡和誤差電壓比較模塊的輸出端連接晶閘管觸發(fā)模塊，晶閘管觸發(fā)模塊用于對電機(jī)進(jìn)行控制。

上述所說的電壓采集模塊包括電壓傳感器組和電壓計算放大器；電流采集模塊包括電流傳感器組和電流計算放大器。

所述的電壓傳感器組包括用于對電機(jī)的a相輸入電壓進(jìn)行檢測的第一相電壓傳感器、用于對電機(jī)的b相輸入電壓進(jìn)行檢測的第二相電壓傳感器和用于對電機(jī)的c相輸入電壓進(jìn)行檢測的第三相電壓傳感器,所述第一相電壓傳感器與電機(jī)的a相繞組并聯(lián),所述第二相電壓傳感器與電機(jī)的b相繞組并聯(lián),所述第三相電壓傳感器與電機(jī)的c相繞組并聯(lián)；

所述電流傳感器組包括用于對電機(jī)的a相輸入電流進(jìn)行檢測的第一相電流傳感器、用于對電機(jī)的b相輸入電流進(jìn)行檢測的第二相電流傳感器和用于對電機(jī)的c相輸入電流進(jìn)行檢測的第三相電流傳感器,所述第一相電流傳感器接在三相異步電機(jī)的a相繞組與電源的a相線之間,所述第二相電流傳感器接在電機(jī)的b相繞組與電源的b相線之間,所述第三相電流傳感器接在電機(jī)的c相繞組與電源的c相線之間。

所述的電壓計算放大器包括a相電壓計算放大器，b相電壓計算放大器和c相電壓計算放大器。a相電壓計算放大器采集a相晶閘管前端的電壓與接地電壓作比較，輸出a相電壓方波信號；b相電壓計算放大器，采集b相晶閘管前端的電壓與接低電壓作比較，輸出b相電壓方波信號；c相電壓計算放大器，采集c相晶閘管前端的電壓與接低電壓作比較，輸出c相電壓方波信號。所述的電流計算放大器，包括a相電流計算放大器，b相電流計算放大器和c相電流計算放大器。a相電流計算放大器分別采集a相晶閘管前端和后端的電流作比較，輸出a相電流方波信號；b相電流計算放大器，分別采集b相晶閘管前端和后端的電流作比較，輸出b相電流方波信號；c相電流計算放大器，分別采集c相晶閘管前端和后端的電流作比較，輸出c相電流方波信號。

上述所說的邏輯網(wǎng)絡(luò)模塊包括a相邏輯網(wǎng)絡(luò)、b相邏輯網(wǎng)絡(luò)和c相邏輯網(wǎng)絡(luò)，a相邏輯網(wǎng)絡(luò)將a相電壓計算放大器輸出的電壓方波信號和a相電流計算放大器輸出的電流方波信號進(jìn)行比較，輸出a相電壓電流相位差信號；b相邏輯網(wǎng)絡(luò)將b相電壓計算放大器輸出的電壓方波信號和b相電流計算放大器輸出的電流方波信號進(jìn)行比較，輸出b相電壓電流相位差信號；c相邏輯網(wǎng)絡(luò)將c相電壓計算放大器輸出的電壓方波信號和c相電流計算放大器輸出的電流方波信號進(jìn)行比較，輸出c相電壓電流相位差信號。

上述所說的斜坡發(fā)生器模塊包括a相斜坡發(fā)生器、b相斜坡發(fā)生器、c相斜坡發(fā)生器；a相斜坡發(fā)生器發(fā)出a相斜坡信號，b相斜坡發(fā)生器發(fā)出b相斜坡信號，c相斜坡發(fā)生器發(fā)出c相斜坡信號。

上述所說的加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊包括加法運(yùn)算放大器和低通濾波器兩部分；所述的加法運(yùn)算放大器將a相邏輯網(wǎng)絡(luò)，b相邏輯網(wǎng)絡(luò)和c相邏輯網(wǎng)絡(luò)輸出的三個電壓電流相位差信號進(jìn)行求和運(yùn)算，并與功率因數(shù)指令模塊發(fā)出的功率因數(shù)指令信號作比較，輸出一個誤差信號；所述的低通濾波器，將加法運(yùn)算放大器輸出的誤差信號進(jìn)行濾波處理。

上述所說的的斜坡和誤差電壓比較器模塊包括a相斜坡和誤差電壓比較器、b相斜坡和誤差電壓比較器、c相斜坡和誤差電壓比較器。

所述的a相斜坡和誤差電壓比較器將a相斜坡發(fā)生器發(fā)出的斜坡電壓信號與加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊輸出的誤差信號進(jìn)行比較，輸出a相觸發(fā)信號，觸發(fā)a相晶閘管的導(dǎo)通；b相斜坡和誤差電壓比較器將b相斜坡發(fā)生器發(fā)出的斜坡電壓信號與加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊輸出的誤差信號進(jìn)行比較，輸出b相觸發(fā)信號，觸發(fā)b相晶閘管的導(dǎo)通；c相斜坡和誤差電壓比較器將c相斜坡發(fā)生器發(fā)出的斜坡電壓信號與加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊輸出的誤差信號進(jìn)行比較，輸出c相觸發(fā)信號，觸發(fā)c相晶閘管的導(dǎo)通。

本發(fā)明的工作原理：

本案所涉及的一種非正弦供電條件下電機(jī)功率因數(shù)檢測的新方法的工作原理為：它采用高性能的電壓和電流的同步采樣電路，在一個周期為t的交流電壓u(t)和交流電流i(t),以△t時間間隙分別對電機(jī)的三相電壓和電流進(jìn)行同步采樣，分別測得三相電路的電壓、電流的相位差然后對測得的三相電路的相位差取平均值，進(jìn)而求得三相平均功率因數(shù)。通過兩組獨(dú)立可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)分別采集電壓、電流，這個電阻網(wǎng)絡(luò)允許在每個相位線終端和電機(jī)端之間有電壓差別，這樣可以在一個適合的電壓觸發(fā)各自的晶閘管。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果在于：三相采樣技術(shù)通過對三相電源的每一相都進(jìn)行采樣，并進(jìn)行求和運(yùn)算，能夠更真實的反映出三相電機(jī)整體的負(fù)載狀況。三相采樣的采樣頻率是單相采樣的三倍。單相采樣半個周期只能檢測一次，而三相采樣半個周期能檢測三次。因而采用三相采樣的技術(shù)能夠更加快速的檢測出負(fù)載的變化，并對控制器的輸出進(jìn)行調(diào)整，所以對負(fù)載的變化更加敏感，響應(yīng)更加快速，使控制器性能更穩(wěn)定，節(jié)電效果更好。

(四)附圖說明：

附圖1為本發(fā)明所涉“一種非正弦供電條件下電機(jī)功率因數(shù)檢測系統(tǒng)”中的異步電動機(jī)三相平均功率因數(shù)測量計算原理框圖。

附圖2為本發(fā)明所涉“一種非正弦供電條件下電機(jī)功率因數(shù)檢測系統(tǒng)”中的異步電動機(jī)三相功率因數(shù)檢測原理框圖。

(五)具體實施方式：

實施例：一種非正弦供電條件下電機(jī)功率因數(shù)檢測系統(tǒng)(見圖1,2)，該檢測系統(tǒng)包括電壓采集模塊、電流采集模塊、斜坡發(fā)生器模塊、邏輯網(wǎng)絡(luò)模塊、功率因數(shù)指令模塊、加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊、斜坡和誤差電壓比較模塊、晶閘管觸發(fā)模塊，電壓采集模塊和電流采集模塊的輸出端同時連接邏輯網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入端，電壓采集模塊的輸出端同時連接斜坡發(fā)生器模塊的輸入端，功率因數(shù)指令模塊和邏輯網(wǎng)絡(luò)模塊的輸出端同時連接加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊的輸入端，加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊以及斜坡發(fā)生器模塊的輸出端同時連接斜坡和誤差電壓比較模塊，斜坡和誤差電壓比較模塊的輸出端連接晶閘管觸發(fā)模塊，晶閘管觸發(fā)模塊用于對電機(jī)進(jìn)行控制。上述所說的電壓采集模塊包括電壓傳感器組和電壓計算放大器；電流采集模塊包括電流傳感器組和電流計算放大器。

所說的斜坡發(fā)生器模塊包括a相斜坡發(fā)生器，b相斜坡發(fā)生器，c相斜坡發(fā)生器。所說的邏輯網(wǎng)絡(luò)模塊包括a相邏輯網(wǎng)絡(luò)，b相邏輯網(wǎng)絡(luò)，c相邏輯網(wǎng)絡(luò)。所說的斜坡和誤差電壓比較模塊包括a相斜坡和誤差電壓比較器，b相斜坡和電壓比較器，c相斜坡和電壓比較器。晶閘管出發(fā)模塊包括a相晶閘管觸發(fā)，b相晶閘管觸發(fā)，c相晶閘管觸發(fā)。

一種非正弦供電條件下電機(jī)功率因數(shù)檢測系統(tǒng)的檢測過程，至少包括以下步驟：

步驟a：電壓電流采集電路分別實時采集電機(jī)定子側(cè)的a相電壓、電流，b相電壓、電流，c相電壓、電流，分別輸入到a相的電壓計算放大器、電流計算放大器，b相的電壓計算放大器、電流計算放大器，c相的電壓計算放大器、電流計算放大器。

步驟b：各相的電壓計算放大器將采集的電壓信號與接地電壓比較，輸出各相的電壓方波信號。各相的電流計算放大器將采集的電流信號作比較，輸出各相的電流方波信號。

步驟c：各相的斜坡發(fā)生器接收來自電壓計算放大器的兩路電壓方波信號，產(chǎn)生各相的斜坡信號。

步驟d：邏輯網(wǎng)絡(luò)模塊，將a相電壓計算放大器輸出的電壓方波信號和a相電流計算放大器輸出的電流方波信號進(jìn)行比較，輸出a相電壓電流相位差信號。將b相電壓計算放大器輸出的電壓方波信號和b相電流計算放大器輸出的電流方波信號進(jìn)行比較，輸出b相電壓電流相位差信號。將c相電壓計算放大器輸出的電壓方波信號和c電流計算放大器輸出的電流方波信號進(jìn)行比較，輸出c相電壓電流相位差信號。

步驟e：加法運(yùn)算放大器將a相邏輯網(wǎng)絡(luò)，b相邏輯網(wǎng)絡(luò)和c相邏輯網(wǎng)絡(luò)輸出的三個電壓電流相位差信號進(jìn)行求和運(yùn)算，并與功率因數(shù)指令模塊發(fā)出的功率因數(shù)指令信號作比較，輸出一個誤差信號。

步驟f:通過低通濾波器，將加法運(yùn)算放大器輸出的誤差信號進(jìn)行濾波處理。

步驟g:a相斜坡和誤差電壓比較器將a相斜坡發(fā)生器發(fā)出的斜坡電壓信號與加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊輸出的誤差信號進(jìn)行比較，輸出a相觸發(fā)信號，觸發(fā)a相晶閘管的導(dǎo)通；b相斜坡和誤差電壓比較器將b相斜坡發(fā)生器發(fā)出的斜坡電壓信號與加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊輸出的誤差信號進(jìn)行比較，輸出b相觸發(fā)信號，觸發(fā)b相晶閘管的導(dǎo)通；c相斜坡和誤差電壓比較器將c相斜坡發(fā)生器發(fā)出的斜坡電壓信號與加法運(yùn)算放大器和低通濾波器模塊輸出的誤差信號進(jìn)行比較，輸出c相觸發(fā)信號，觸發(fā)c相晶閘管的導(dǎo)通。