专利名称：一种多档速电机档位识别装置及其识别方法
技术领域：
本发明涉及一种多档速电机档位识别装置及其识别方法，应用于共零多档速多绕
组电机的检测，例如中央空调多档速风机盘管的运行状态检测。
背景技术：
在过去的五十年里，国家颁布实施了数十项节能政策、设计规范、节能标准，对于推动建筑节能起到了很大的积极作用，但由于诸如数据采集等相关硬件配套设施的不完善，无法对政策实施的实际情况和执行效果进行十分有效的测算、评估和监管，在建筑用能的状态难以获取的情况下，开展建筑节能改造困难重重，不但制约了国家对建筑节能的控制力和执行力，也对我国建筑节能整体水平的提高造成了不利的影响。为此，对工业用多档速电机档位和中央空调风机盘管的状态识别是必不可少的前提，在能耗测量或计量计费依据的状态检测以及实施监管方面起到至关重要的作用。 目前，电流检测型多档位电机状态识别技术可以实现多档速电机或中央空调风机盘管运行状态的状态检测、集中监控及信息化处理，但该技术不足的地方在于需要对电机各档位线进行检测，以三档速电机为例，需要采集高、中、低档的电流信号，电路相对复杂，成本较高；由于需要对各档电流进行采集，一个三档速电机就需要多达11根线(包括七根采集线、两根通信线、两根电源线)，施工成本较高；采集端口较多，使得装置需要的接口较多，降低了装置的集成度。 电压检测型的多档位电机状态识别技术是利用电机电压互感技术，通过低档电压与现场交流电压进行比较，获取电机运行的状态，解决了工程布线的困难，降低施工难度，但该技术同样存在着如下不足该方法和装置仅通过使光电隔离器工作在线性区域来获取电机不同工作状态的输出电流，从而判断电机运行状态，可靠性不足，过于依赖光电隔离器件，使得检测精度较低；某档位电压与火线直接接入线路板，威胁到施工人员的施工安全，同时也减低装置的安全性与可靠性；电压取样于电机档位，有可能影响到电机的正常工作；对于装置的人为破坏或自然损坏缺乏一定检测手段和管理手段。 因此，设计出一种更先进、使用方便、结构简单、可靠性与安全性强的多档速电机档位识别装置及其识别方法显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于，本发明针对现有技术不足，提供一种多档
速电机档位识别装置，达到使用安全、安装方便的效果。 本发明要解决的首要技术问题是通过如下的技术方案实现的 —种多档速电机档位识别装置，电流采集模块108实时采集多档速电机的零线电
流101，采集到的电流信号经过信号调理，接入MCU核心模块107中单片机的AD转换模块
105， MCU核心模块107内置识别程序106，判断并识别多档速电机的运行状态及档位；多档
速电机档位识别装置114与多档速电机115的零线119串接。
电流采集模块108与信号调理电路109组成检测电路，信号调理电路109包括整
流电路103和I/V(电流/电压)变换电路104，通过电流采集模块108中电流传感器102
采集多档速电机的零线电流IOI，采集到的电流信号接入信号调理电路109。 MCU核心模块107连接通信模块111和存储模块112，通信模块111接口连接MCU
核心模块107中单片机的串行通信接口 ，存储模块112的写保护接口 、串行数据/地址接口
及读写同步时钟接口分别连接MCU核心模块107中单片机的相应I/O接口 。 阀门控制/检测模块110通过继电器实现强弱电隔离，该继电器输入端连接MCU
核心模块107中单片机的1/0输出接口。 所述的电流采集模块108至少是一个，每个由电流采集模块108输出的信号经过信号调理电路109实现电流/电压转换后，分别连接MCU核心模块107中单片机的AD转换模块105，为识别程序106提供实时数据，实现多个多档速电机档位状态的识别和控制。
所述的电流传感器102采用非接触式电流传感器时，多档速电机115的零线119穿入电流传感器102的空心圆圈；或者，电流传感器102采用接触式电流传感器时，电流传感器102的一端接口接入多档速电机115的零线119，另一端接口接入现场交流零线。
本发明所要解决的第二个技术问题在于，针对现有技术存在的不足，提供一种采用上述多档速电机档位识别装置的识别方法，能够可靠、准确的实现多档速电机的档位状态识别。 本发明所要解决的第二个技术问题是通过如下技术方案实现的
—种采用上述多档速电机档位识别装置的识别方法，通过采集多档速电机的零线电流IOI，将实时采集数值I与已知固定档位的电流等效阈值进行比较，识别多档速电机115的运行状态及档位。 通过电流采集模块108采集多档速电机的零线电流101，获得的交流电流信号116通过整流电路103整流为直流电流信号117，直流电流信号117接入I/V变换电路104变换为电压信号118，电压信号118接入MCU核心模块107，通过内置在MCU核心模块107的识别程序106对实时采集数值I的判断，识别多档速电机的运行状态及档位。
多档速电机的零线电流101是一个模拟量信号，直流电流信号117和电压信号118与多档速电机的零线电流101成一定比例关系。 识别程序106预先按多档速电机的档位驱动线圈的特性设置电流等效阈值L、
I2.....Iw、 Ij(其中Ij > Ij-》，若多档速电机档速级数为n，则j最大值为n，其中j、 n为
自然数；多档速电机档位识别装置114启动后，所述的电机档位识别程序106初始化MCU核心模块107以及存储器数据后，实时采集到的信号经过MCU核心模块107进行AD转换处理，然后将转换后的数值与电流等效阈值进行比较，当实时采集数值I > Ij时，则可判定多档速电机以最高档j档位运行；当实时采集数值I符合I" < I < Ij时，判定电机以j-l档速运行；当实时采集数值I < L时，则判定电机处于停止运行状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于 1.本发明提出一种迅速、可靠的多档速电机档位运行状态的识别装置，仅需要连接电机零线，结构简单，成本低廉；识别精度高；维护、维修、调试方便，降低工程施工难度，提高产品竞争力，节约社会资源，有利于装置的推广。采用本装置的识别方法，利用电机档位不同而驱动电流不同，通过采集电机零线电流与预置的电流等效阈值比较，得到当前多档速电机的运行档位。 2.本发明中的电流采集电路与一般的采集电路相比，具有结构简单、实用性强、性 能稳定等特点，电流传感器可以采用非接触式电流互感器，使识别装置对电机工作的影响 为零，进一步提高装置的安全性与可靠性。 3.电流检测电路简单可靠，可实现多路电机状态采集，有利于装置的集成，可实现 更多数量的多档速电机的运行状态检测和相关设备控制，降低应用成本。
图1为本发明多档位电机档位识别装置模块示意图； 图2为本发明多档位电机档位识别装置程序原理框图； 图3为本发明多档速电机档位识别装置安装示意图； 图4为本发明多档速电机档位识别方法原理框图。 附图标记 101.多档速电机的零线电流，102.电流传感器，103.整流电路， 104. 1/V变换电路，105.AD转换模块，106.识别程序， 107. MCU核心模块，108.电流采集模块，109.信号调理电路， 110.阀门控制/检测模块，111.通信模块，112.存储模块， 113.电源模块，114.多档速电机档位识别装置，115.多档速电机， 116.交流电流信号，117.直流电流信号，118.电压信号，119.零线 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
具体实施例方式
参见图1， 一种多档速电机档位识别装置，含有电源模块113和MCU核心模块107， 所述MCU核心模块107含有单片机系统电路；电流采集模块108实时采集多档速电机的零 线电流IOI，采集到的电流信号经调理接入MCU核心模块107中单片机的AD转换模块105， 所述MCU核心模块107内置多档速电机档位的识别程序106，判断并识别多档速电机的运行 状态及档位。 多档速电机档位识别装置中的电流采集模块108与信号调理电路109组成识别装 置的检测电路，所述的电流采集模块108含有电流传感器102，电流采集模块108通过电流 传感器102采集多档速电机的零线电流IOI，采集到的信号直接接入信号调理电路109，所 述的信号调理电路109包括整流电路103以及1/V变换电路104。 通信模块111和存储模块112分别与MCU核心模块107连接，存储模块112的写保 护接口、串行数据/地址接口及读写同步时钟接口分别连接MCU核心模块107中单片机的 相应1/0接口，所述的存储模块112实现装置的状态保存以及工作参数与配置的保存。通 信模块111接口连接MCU核心模块107中单片机的串行通信接口，所述的通信模块111实 现装置的联网、上行数据信息的传输以及用于人机交互的下行数据传递。
多档速电机档位识别装置包含阀门控制/检测模块110，阀门控制/检测模块110 通过继电器实现强弱电隔离，实现阀门的控制功能，该继电器输入端连接MCU核心模块107 中单片机的I/0输出接口。
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多档速电机档位识别装置通过多路的电流采集模块108可以实现多电机的状态 采集，每一个电流采集模块108采集的信号经过信号调理电路109后分别连接MCU核心模 块107中单片机的AD转换模块，为多档速电机档位的识别程序106提供实时数据，以实现 多个多档速电机的档位状态的识别和控制。 参见图2，所述的多档速电机档位的识别程序106预先按多档速电机的档位驱动
线圈的特性设置电流等效阈值I" I2.....Iw、 Ij(其中Ij > Ij-》，若多档速电机档速级数
为n，则j最大值为n，其中j、 n为自然数。装置启动后，所述的电机档位识别程序初始化 所有MCU核心模块以及存储器数据后，实时采集到的信号经过MCU核心模块进行AD转换处 理，然后将转换后的数值与电流等效阈值进行比较，当实时采集数值I > Ij时，则可判定多 档速电机以最高档j档位运行；当实时采集数值I符合I" < I < Ij时，判定电机以j-l档 速运行；当实时采集数值I < L时，则判定电机处于停止运行状态。例如，一个三档速电机， 当分别以低档、中档或高档运行时，按设计要求调整装置的阈值参数，则会得到三个不同的 电流等效阈值L、l2、l3，分别与电机高中低档位对应。当采集数值是I > I3时，电机为高档 运行状态，当采集数值是I2 < I < I3时，电机为中档运行状态，当采集数值是L < I < I2 时，电机为低档运行状态，当采集数值是I < L时，可确定电机为停止状态。
参见图3，所述的多档速电机档位识别装置114仅需要串接在多档速电机115的零 线119中，根据电流传感器102的不同检测方式也可分为接触式安装和非接触式安装。非 接触式电流传感器分别有交流互感器、霍尔电流传感器以及罗氏线圈传感器，只需要将多 档速电机的零线119穿入非接触式电流传感器的空心圆圈；接触式电流传感器分别有变压 器分压和电阻分压，需要将多档速电机的零线119接入电流传感器102的一端接口，然后将 另 一端接口接入现场交流零线。 —种采用多档速电机档位识别装置的识别方法，对于采用共零绕组多抽头的多档
速电机，此电机以绕组线圈匝数的不同，实现不同档位的转速调节，档位不同时，驱动线圈
匝数不同，档位的驱动电流值也不同。采用多档速电机档位识别装置的识别方法，仅通过采
集多档速电机零线的电流值，然后将已知固定档位的电流等效阈值与采集到的数值I进行
比较，识别并确定该多档速电机的运行状态，包括停止状态和正在运行的档位。 参见图4，所述的多档速电机档位识别装置的识别方法，对于一个多档速电机
115，仅需要通过电流检测电路测量多档速电机的零线电流IOI，该检测电路的识别状态是
一个模拟量信号，具体的工作原理为首先通过电流传感器102采集多档速电机的零线电
流IOI，将获得与多档速电机的零线电流成比例的交流电流信号116 ;然后将上述交流电流
信号116通过整流电路103整流为直流电流信号117 ;再将上述直流电流信号117接入1/
V变换电路104，由该变换电路将直流电流信号117变换为电压信号118 ;最后得到的电压
信号118接入给MCU核心模块107，供内置在MCU核心模块107的识别程序106进行状态判
断，所述的电压信号118与多档速电机的零线电流101成一定比例关系。 本发明的多档速电机档位识别装置，可以应用在中央空调计费领域，通过准确可
靠的档位识别，得到用户准确的使用时间，结合风机盘管的热交换功率，采用合适的计算机
管理软件，可以实现中央空调的能量计量。依靠装置的阀门控制/检测模块的功能，可以实
现用户中央空调的远程控制，通过通信模块，可以实现装置的远程集中控制和管理，提高中
央空调使用管理水平与信息化程度。
权利要求
一种多档速电机档位识别装置，其特征在于电流采集模块(108)实时采集多档速电机的零线电流(101)，采集到的电流信号经过信号调理，接入MCU核心模块(107)中单片机的AD转换模块(105)，MCU核心模块(107)内置识别程序(106)，判断并识别多档速电机的运行状态及档位；多档速电机档位识别装置(114)与多档速电机(115)的零线(119)串接。
2. 根据权利要求l所述的多档速电机档位识别装置，其特征在于电流采集模块(108)与信号调理电路(109)组成检测电路，信号调理电路(109)包括整流电路(103)和1/V变换电路(104)，通过电流采集模块(108)中电流传感器(102)采集多档速电机的零线电流(IOI)，采集到的电流信号接入信号调理电路(109)。
3. 根据权利要求l所述的多档速电机档位识别装置，其特征在于MCU核心模块(107)连接通信模块(111)和存储模块(112)，通信模块(111)接口连接MCU核心模块(107)中单片机的串行通信接口，存储模块(112)的写保护接口、串行数据/地址接口及读写同步时钟接口分别连接MCU核心模块(107)中单片机的相应I/O接口 。
4. 根据权利要求l所述的多档速电机档位识别装置，其特征在于阀门控制/检测模块(110)通过继电器实现强弱电隔离，该继电器输入端连接MCU核心模块(107)中单片机的1/0输出接口。
5. 根据权利要求1或2任一项所述的多档速电机档位识别装置，其特征在于电流采集模块(108)至少是一个，每个由电流采集模块(108)输出的信号经过信号调理电路(109)实现电流/电压转换后，分别连接MCU核心模块(107)中单片机的AD转换模块(105)，为识别程序(106)提供实时数据，实现多个多档速电机档位状态的识别和控制。
6. 根据权利要求2所述的多档速电机档位识别装置，其特征在于电流传感器(102)采用非接触式电流传感器时，多档速电机(115)的零线(119)穿入电流传感器(102)的空心圆圈；或者，电流传感器(102)采用接触式电流传感器时，电流传感器(102)的一端接口接入多档速电机(115)的零线(119)，另一端接口接入现场交流零线。
7. —种采用权利要求1所述的多档速电机档位识别装置的识别方法，其特征在于通过采集多档速电机的零线电流(IOI)，将实时采集数值I与已知固定档位的电流等效阈值进行比较，识别多档速电机(115)的运行状态及档位。
8. 根据权利要求7所述的多档速电机档位识别装置的识别方法，其特征在于通过电流采集模块(108)采集多档速电机的零线电流(101)，获得的交流电流信号(116)通过整流电路(103)整流为直流电流信号(117)，直流电流信号(117)接入1/V变换电路(104)变换为电压信号(118)，电压信号(118)接入MCU核心模块(107)，通过内置在MCU核心模块(107)的识别程序(106)对实时采集数值I的判断，识别多档速电机的运行状态及档位。
9. 根据权利要求8所述的多档速电机档位识别装置的识别方法，其特征在于多档速电机的零线电流(101)是一个模拟量信号，直流电流信号(117)和电压信号(118)与多档速电机的零线电流(101)成一定比例关系。
10. 根据权利要求7至9任一项所述的多档速电机档位识别装置的识别方法，其特征在于识别程序(106)预先按多档速电机的档位驱动线圈的特性设置电流等效阈值Ip12.....Iw、Ij(其中Ij > Ij-》，若多档速电机档速级数为n，则j最大值为n，其中j、n为自然数；多档速电机档位识别装置(114)启动后，所述的电机档位识别程序(106)初始化MCU核心模块(107)以及存储器数据后，实时采集到的信号经过MCU核心模块(107)进行AD转换处理，然后将转换后的数值与电流等效阈值进行比较，当实时采集数值I > Ij时，则可判定多档速电机以最高档j档位运行；当实时采集数值I符合Ij—工< I < Ij时，判定电机以j-1档速运行；当实时采集数值I < L时，则判定电机处于停止运行状态。
全文摘要
本发明涉及一种多档速电机档位识别装置及其识别方法，通过电流传感器采集多档速电机的零线电流，获得与多档速电机的零线电流成比例的交流电流信号；然后将上述交流电流信号通过整流电路整流为直流信号；再将上述直流信号接入I/V变换电路，由该变换电路将直流信号变换为电压信号；最后得到的电压信号接入MCU核心模块，供内置识别程序进行状态判断。本发明仅通过采集多档速电机的零线电流，然后将已知固定档位的电流等效阈值与实时采集数值I进行比较，识别并确定该多档速电机的运行状态。本发明仅需要连接多档速电机的零线，安全性高，结构简单，成本低廉，识别精度高，维护、维修、调试方便，降低工程施工难度，有利于装置的推广。
文档编号H02P29/00GK101783648SQ20091021691
公开日2010年7月21日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者常文飞, 杨景原 申请人:佛山市艾科电子工程有限公司