本實用新型屬于電機的啟動或者電機控制領(lǐng)域，具體涉及一種實時三相電流平均值的檢測電路。

背景技術(shù)：

在電機軟啟動器或者變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電機的三相電流為重要的監(jiān)測信號量必須實時反饋給控制軟件，控制軟件依據(jù)反饋的電流信號進行電機狀態(tài)實時的調(diào)整與控制。所以電機的三相電流作為反饋信號，其檢測精度及實時性直接決定了電機軟啟動器或者變頻控制系統(tǒng)的整體性能。

現(xiàn)有主流技術(shù)先將三相電流分別采樣，然后三相信號分別送給芯片的三個不同AD口，由芯片內(nèi)部軟件經(jīng)過各種不同的計算方法來得到三相電流的平均值或者有效值。由于AD口的采樣都是按一定的時序進行檢測，且軟件的計算也需要耗費一定的時間，所以會導(dǎo)致實際計算出來的平均值或有效值存在一定的誤差。也有采用電路進行直接實時處理的方法，如申請?zhí)枮?013106280764的專利采用信號處理電路將一相的電流信號進行處理，此方法存在的主要問題是存在較大的相移，即只有經(jīng)過半個周波之后才能將平均值給出來，實時性太差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種實時三相電流平均值的檢測電路，在三相電流的任意時刻都可以通過電路轉(zhuǎn)化為三相電流的平均值送到控制芯片直接檢測。

本實用新型提供了一種實時三相電流平均值的檢測電路，其特征在于：它包括三相電流采樣信號電路、三相電流正半波精密整流電路、三相電流負半波精密整流電路、反向電路和加法電路；三相電流采樣信號電路的輸出端分別與三相電流正半波精密整流電路和三相電流負半波精密整流電路的輸入端連接；三相電流正半波精密整流電路的輸出端經(jīng)反向電路與加法電路的輸入端連接；三相電流負半波精密整流電路的輸出端加法電路的輸入端連接。

所述三相電流正半波精密整流電路包括三個運算放大器U1B、U1C、U1D；運算放大器U1B的正極輸入端經(jīng)電阻R2連接至三相電流采樣信號電路的V相電流輸出端；運算放大器U1C的正極輸入端經(jīng)電阻R3連接至三相電流采樣信號電路的W相電流輸出端；運算放大器U1D的正極輸入端經(jīng)電阻R1連接至三相電流采樣信號電路的U相電流輸出端；三個運算放大器U1B、U1C、U1D的負極輸入端均經(jīng)電阻R4、R6接地；運算放大器U1B的輸出端與二極管D2的陽極連接，二極管D2的陰極經(jīng)電阻R5、R6接地；運算放大器U1C的輸出端與二極管D3的陽極連接，二極管D3的陰極經(jīng)電阻R5、R6接地；運算放大器U1D的輸出端與二極管D1的陽極連接，二極管D1的陰極經(jīng)電阻R5、R6接地；反向電路的輸入端連接于電阻R5、R6之間。

所述反向電路包括運算放大器U1A，運算放大器U1A的正極輸入端經(jīng)電阻R9接地；運算放大器U1A的負極輸入端經(jīng)電阻R7連接三相電流正半波精密整流電路的輸出端；運算放大器U1A的負極輸入端經(jīng)電阻R8連接其輸出端。

所述三相電流負半波精密整流電路包括三個運算放大器U2B、U2C、U2D；運算放大器U2B的正極輸入端經(jīng)電阻R12連接至三相電流采樣信號電路的W相電流輸出端；運算放大器U2C的正極輸入端經(jīng)電阻R11連接至三相電流采樣信號電路的V相電流輸出端；運算放大器U2D的正極輸入端經(jīng)電阻R10連接至三相電流采樣信號電路的U相電流輸出端；三個運算放大器U2B、U2C、U2D的負極輸入端均經(jīng)電阻R13、R15接地；運算放大器U2B的輸出端與二極管D6的陰極連接，二極管D6的陽極經(jīng)電阻R14、R15接地；運算放大器U2C的輸出端與二極管D5的陰極連接，二極管D5的陽極經(jīng)電阻R14、R15接地；運算放大器U2D的輸出端與二極管D4的陰極連接，二極管D4的陽極經(jīng)電阻R14、R15接地；加法電路的輸入端連接于電阻R14、R15之間。

所述加法電路包括運算放大器U2A，運算放大器U2A的正極輸入端經(jīng)電阻R19接地；運算放大器U2A的負極輸入端經(jīng)電阻R16與反向電路輸出端連接；運算放大器U2A的負極輸入端經(jīng)電阻R17與三相電流負半波精密整流電路輸出端連接；運算放大器U2A的負極輸入端經(jīng)電阻R18與其輸出端連接，運算放大器U2A的輸出端經(jīng)電阻R20接地；電阻R18兩端并聯(lián)有電容C3，電阻R20兩端并聯(lián)有電容C6。

本實用新型每一個時刻同時利用了三相電流來參與計算，而不需要等待某一相達到平均值之后才能計算出來，有效實現(xiàn)三相電流平均值的實時檢測。本實用新型同時利用三相的檢測信息則可以用更少的時間來得到平均值。本實用新型的電路更復(fù)雜，但實時性更好，軟件采樣只需一路AD采樣，相對于傳統(tǒng)的需要3路，本實用新型中軟件計算只需要簡單對有效值的換算，相較于傳統(tǒng)的計算需要積分操作、求平均、低通濾波等，軟件計算量大大簡化。

附圖說明

圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是三相電流正半波的精密整流及反向電路示意圖；

圖3是三相電流負半波的精密整流電路示意圖；

圖4是加法電路示意圖；

圖5是具體實施的效果示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，便于清楚地了解本實用新型，但它們不對本實用新型構(gòu)成限定。

如圖1所示，本實用新型提供了一種實時三相電流平均值的檢測電路，其特征在于：它包括三相電流采樣信號電路、三相電流正半波精密整流電路、三相電流負半波精密整流電路、反向電路和加法電路；三相電流采樣信號電路的輸出端分別與三相電流正半波精密整流電路和三相電流負半波精密整流電路的輸入端連接；三相電流正半波精密整流電路的輸出端經(jīng)反向電路與加法電路的輸入端連接；三相電流負半波精密整流電路的輸出端加法電路的輸入端連接。通過電流互感器獲得電機的三相電流信號之后，三相電流正半波精密整流電路對三相電流信號進行正半波的精密整流，正半波精密整流后不能直接與負半波進行加法運算，所以反向電路主要對正半波整流波形進行反向；三相電流負半波精密整流電路則主要對三相電流信號進行負半波的精密整流；正負半波分別進行精密整流之后的紋波較大，如果此時使用正負半波整流的值來估算平均值，需要對正負半波整流的值進行一個較大的濾波，這個較大的濾波會產(chǎn)生很大的延遲，嚴重影電流平均值采樣的實時性，本實用新型采用加法電路將正半波反向之后與負半波相加，利用正半波與負半波在相位上的相差在相加之后來減小紋波，這樣的方法能大大減小紋波，所以不用需進行較大的濾波即可得到真實的平均值，能大大提高電流平均值計算的實時性。

如圖2所示，所述三相電流正半波精密整流電路包括三個運算放大器U1B、U1C、U1D；運算放大器U1B的正極輸入端經(jīng)電阻R2連接至三相電流采樣信號電路的V相電流輸出端；運算放大器U1C的正極輸入端經(jīng)電阻R3連接至三相電流采樣信號電路的W相電流輸出端；運算放大器U1D的正極輸入端經(jīng)電阻R1連接至三相電流采樣信號電路的U相電流輸出端；三個運算放大器U1B、U1C、U1D的負極輸入端均經(jīng)電阻R4、R6接地；運算放大器U1B的輸出端與二極管D2的陽極連接，二極管D2的陰極經(jīng)電阻R5、R6接地；運算放大器U1C的輸出端與二極管D3的陽極連接，二極管D3的陰極經(jīng)電阻R5、R6接地；運算放大器U1D的輸出端與二極管D1的陽極連接，二極管D1的陰極經(jīng)電阻R5、R6接地；反向電路的輸入端連接于電阻R5、R6之間。

所述反向電路包括運算放大器U1A，運算放大器U1A的正極輸入端經(jīng)電阻R9接地；運算放大器U1A的負極輸入端經(jīng)電阻R7連接三相電流正半波精密整流電路的輸出端；運算放大器U1A的負極輸入端經(jīng)電阻R8連接其輸出端。

其中R1＝R2＝R3＝R4；二極管D1、D2、D3的陽極分別連到三個跟隨運算放大器的輸出端，保證限流電阻R5的最終輸出為三相電流的正半波的最大值，即二極管D1、D2、D3與運算放大器U1B、U1C、U1D構(gòu)成了正半波精密整流電路，同時由于運算放大器的特點，限流電阻R5的輸出端不會存在二極管的壓降問題。電阻R7、R8、R9與運放U1A構(gòu)成的反向電路，其中R7＝R8。電容C1、C2構(gòu)成上述所有運放的旁路去耦電容。電阻R6為運放的下拉電阻，保證在互感器未接時輸出為0。

如圖3所示，所述三相電流負半波精密整流電路包括三個運算放大器U2B、U2C、U2D；運算放大器U2B的正極輸入端經(jīng)電阻R12連接至三相電流采樣信號電路的W相電流輸出端；運算放大器U2C的正極輸入端經(jīng)電阻R11連接至三相電流采樣信號電路的V相電流輸出端；運算放大器U2D的正極輸入端經(jīng)電阻R10連接至三相電流采樣信號電路的U相電流輸出端；三個運算放大器U2B、U2C、U2D的負極輸入端均經(jīng)電阻R13、R15接地；運算放大器U2B的輸出端與二極管D6的陰極連接，二極管D6的陽極經(jīng)電阻R14、R15接地；運算放大器U2C的輸出端與二極管D5的陰極連接，二極管D5的陽極經(jīng)電阻R14、R15接地；運算放大器U2D的輸出端與二極管D4的陰極連接，二極管D4的陽極經(jīng)電阻R14、R15接地；加法電路的輸入端連接于電阻R14、R15之間。

其中R10＝R11＝R12＝R13；二極管D4、D5、D6的陰極分別連到三個跟隨運算放大器的輸出端。負半波整流的原理與正半波整流的原理相似，只是二極管的方向進行反向。電阻R14起限流作用，保證運放的輸出電流不會很大。電阻R15為運放的下拉電阻，保證在互感器未接時輸出為0。

如圖4所示，所述加法電路包括運算放大器U2A，運算放大器U2A的正極輸入端經(jīng)電阻R19接地；運算放大器U2A的負極輸入端經(jīng)電阻R16與反向電路輸出端連接；運算放大器U2A的負極輸入端經(jīng)電阻R17與三相電流負半波精密整流電路輸出端連接；運算放大器U2A的負極輸入端經(jīng)電阻R18與其輸出端連接，運算放大器U2A的輸出端經(jīng)電阻R20接地；電阻R18兩端并聯(lián)有電容C3，電阻R20兩端并聯(lián)有電容C6。

電路主要功能由比例電阻R16、R17、R18和運算放大器U2A實現(xiàn)，其中R16＝R17，保證加法的一致性；而R18＝2.622*R16，此比例關(guān)系由仿真及實際測試所得；電阻R19為運放正端的下拉電阻，保證運放實短虛斷的原則；下拉電阻R20保證在互感器未接時輸出為0；而電容C4、C5則為運算放大器U2A、U2B、U2C、U2D所共有的旁路電容；電容C3選擇為高頻的濾波電容，而電容C6則選擇為低頻的濾波電容。加法電路實現(xiàn)了正半波與負半波在紋波上的互補，同時加法電路具有反向的功能，對正半波整流并反向與負半波整流相加之后再反向，則輸出依然得到一個正的波形信號，可以直接送給單片機或者DSP。同時加法電路還附加了兩個電容進行C3、C6進行濾波，由于加法電路得到的信號紋波已經(jīng)非常小，則濾波可以采用帶寬較高的濾波而不會產(chǎn)生較大的延遲。

如圖5所示為本實用新型的效果示意圖。這里以50Hz的三相電流信號為例進行說明。圖中U、V、W三相電流之間相位互差120度。電機三相電流信號經(jīng)過三相電流正半波精密整流電路的正半波精密整流之后得到波形曲線21，波形曲線21經(jīng)過單元12反向電路之后得到波形曲線22，電機三相電流經(jīng)過三相電流負半波精密整流電路的負半波的精密整流之后得到波形曲線23，此三條波形曲線的特征為紋波較大，但中心處的平均值一致，且波形曲線22與波形曲線23的紋波的相位互補，即曲線22的最低點剛好對應(yīng)曲線23的最高點，而曲線22的最高點剛好對應(yīng)曲線23的最低點；波形曲線22與波形曲線23相加之后得到波形曲線24，由于波形曲線22與波形曲線23之間的相位的互補性，相加之后的波形曲線具有更小的紋波，圖中所示的波形曲線24明顯具有非常小的紋波。由于加法電路同時具有反向的功能，所以盡快波形曲線22和波形曲線23都為負，但波形曲線24依然為正。

本說明書未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。