电动机节能器电参数测量系统研究

论文摘要

目前,我国电机系统耗电巨大且运行效率并不高,故而存在巨大的节能空间。在此情况下,出现了各种以提高运行效率和降低损耗为目的的电机节能器。作为调节电机的依据,就必须有效实时监控电机的运行状态。故此,本文提出的对电机节能器进行功率等参数的测量具有现实意义。本文介绍了电参数测量的发展状况并详细分析了三相系统下的功率测量方法:两表法和三表法。考虑到测量系统力求体积小、成本低、实时性强、精度高、便于通信以及测量参数多样等特性,本文采取了专用电能计量芯片ADE7758加MCU的设计结构。ADE7758内置六路二阶△-ΣA/D转换器、电压基准电路、数字积分器、温度传感器以及所有进行有效值和电能计量所需的数字信号处理单元。而MCU选用功能强大的AVR单片机。本系统软件模块分为:SPI通信单元、电量计算单元、LCD显示单元、32位CRC（循环冗余校验）串口通信单元和故障检测单元。系统可有效测量电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数以及频率等电力参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.3 主要工作安排
• 第二章 系统电参数计量原理
• 2.1 三相交流源简介
• 2.1.1 三相交流源信号表示
• 2.1.2 星形电源和角形电源
• 2.1.3 星形负载和角形负载
• 2.2 电压、电流有效值的计量
• 2.3 功率、功率因数的计量
• 2.3.1 瞬时功率的计量
• 2.3.2 有功功率的计量
• 2.3.3 视在功率的计量
• 2.3.4 无功功率和功率因数的计量
• 2.4 能量的计量
• 2.5 三相电机系统的功率测量
• 2.5.1 三相四线制
• 2.5.2 三相三线制Y 型电源
• 2.5.3 三相三线制△型电源
• 第三章 系统硬件结构设计
• 3.1 系统硬件整体结构
• 3.2 电信号变换单元
• 3.2.1 电流互感器原理
• 3.2.2 互感器参数
• 3.2.3 典型连接
• 3.3 计量单元ADE7758
• 3.3.1 ADE7758 简介
• 3.3.2 ADE7758 结构和管脚
• 3.3.3 电压、电流输入
• 3.3.4 ADE7758 周边电路
• 3.4 控制单元ATmega16L
• 3.4.1 ATmega16L 引脚
• 3.4.2 ATmega16L 内部结构
• 3.4.3 ATmega16L 周边电路
• 3.5 显示单元LCM1602
• 3.6 存储单元AT24C02
• 3.7 串口通信单元
• 第四章 系统软件结构设计
• 4.1 系统软件总图
• 4.2 ADE7758 的SPI 时序解读
• 4.2.1 ADE7758 的SPI 写时序
• 4.2.2 ADE7758 的SPI 读时序
• 4.3 电参数计算模块
• 4.3.1 有功功率测量
• 4.3.2 无功功率测量
• 4.3.3 正负功率判定
• 4.3.4 电流有效值测量
• 4.3.5 电压有效值测量
• 4.3.6 周期、频率和功率因数测量
• 4.4 显示模块
• 4.5 串口通信模块
• 4.5.1 USART 特性
• 4.5.2 CRC 校验
• 4.5.3 通信模式
• 4.5.4 发送流程
• 4.6 故障检测模块
• 4.6.1 过压（OV）
• 4.6.2 过流（OC）
• 4.6.3 跌压（DV）
• 4.6.4 缺相（LP）
• 第五章 系统调试及总结
• 5.1 系统调试
• 5.2 系统校准
• 5.3 测试数据
• 5.4 总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢