余江空调维修培训学校

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针对城轨车辆电压电流功率等监测的应用需求，吉隆坡中车维保有限公司的研究人员宋杰，注意在清洗时毛刷和吸尘器应沿盘管的垂直方向清扫，切勿沿水平方向清扫，以免碰坏盘管的肋片，在2020年第11期《电气技术》杂志上撰文，设计了一种由嵌入式电能质量检测设备和数据处理模块组成的电能质量监测系统。

检测设备集成了变压整流模块和霍尔电流传感器，实现交流电压和电流的实时检测；检测设备可采用液晶显示屏模块实时显示电压、电流、功率等参数；检测设备通过通用异步收发传输器和安全数字存储卡分别实现测量数据的实时输出和实时记录。

本文给出了基于离散傅里叶变换算法的谐波分析理论推导。结合对检测设备输出的三相电压数据，以空调柜三相电压监控继电器模块测试为例，本文介绍了基于离散傅里叶变换算法的谐波检测方法。

应用案例表明，通过定制化设计，该电能质量监测系统满足了应用需求，可在电压不高于三相400V的交流检测环境中应用。

在工业现场和实验应用中，需要对电源或线路电能质量、电源稳定性进行监测和记录，对故障线路进行故障分析、排查和处理等。万用表、电流表、示波器等可在一定程度满足应用需求，但均有其使用限制，例如万用表和电流表只能实现部分电气参数的实时测量，无法进行记录；示波器由于输入端为共地接口，难以满足同时测试多路交流电压的要求。专业厂商的专业电能质量记录仪可满足电能质量检测需求，晾干后再装入空调器使用，但价格高昂，难以满足特定应用要求或定制化需求，例如车载运行记录等。

在车载应用时，需要长时间记录部件的用电或供电情况，例如，连续记录城轨车辆上电后车载空调运行的用电数据，以确定空调断路器故障；实时连续记录车载电机的用电情况，以预防车辆运行过程中可能的轴承固死等故障。

车载系统异常或故障原因主要涉及非线性负载、电容器投切、大功率负载运行和起停、设备因素等。对于电能质量的测量，主要涉及表征电能及其特征的主要参数，包括电压、电流、频率、功率、谐波、电压波动、三相不平衡等。

1系统设计

结合实际应用需求，设计了一种由嵌入式电能质量检测设备和数据处理模块组成的电能质量监测系统。检测设备实现电能参数的实时检测、记录和输出、处理和显示，对空调的深度保养一般2-3年一次即可，以及进行异常检测。数据处理模块对记录和输出的检测数据进行进一步的数学处理，运用一定的算法，实现电能相关表征参数数据的计算和输出，以及进行异常分析。

1.1检测设备设计

检测设备的核心采用集成了多种通用接口的嵌入式处理器。检测设备通过高速模数转换模块实现电压电流数据的实时采集；采用集成显示存储的液晶显示屏（liquidcrystaldisplay，LCD）模块显示系统信息和参数信息；采用安全数字存储卡（securedigitalmemorycard，SD）存储测试数据；采用通用异步收发传输器（universalasynchronousreceiverandtransmitter，UART）实时输出检测数据。

该处理器通过串行外设接口（serialperipheralinterface，SPI）与LCD显示模块的通信，通过SD主控制器采用1位模式（1-bitmode）实现SD存储模块访问，采用输入输出接口（input/output，IO）实现按键输入功能和有机发光二极管（organiclightemittingdiode，OLED）状态显示功能。检测设备功能框图如图1所示。

图1检测设备功能框图

1.2电压检测和电流传感器

电压检测部分采用变压整流的方式将中高压交流电变换为易于安全测量的低压电。系统应用环境为AC400V及以下，故采用变压器实现从AC400V至交流低压（例如AC24V）的电压变换。

本设计中，变压器的电压测试数据如下：①数据1，一次侧AC242.22V，二次侧14.22V；②数据2，一次侧AC415.8V，二次侧24.48V。因此，可确定变压系数约为17.0。变压器的测试参数一次侧电阻276.0Ω，二次侧电阻1.1Ω。

考虑到尽量保障测试数据的完整性和不失真，并且便于后续算法处理，因此，采用桥式整流电路对变换后的AC24V电压进行整流，并采用分压电路使被测信号符合嵌入式处理器模拟量输入接口的要求。交流电压转换电路如图2所示。对于三相电压的同时检测，需同时采用3个图2所示的电路，更不要用湿手维修维修电器部件，可以采用相电压检测或线电压检测的方式连接，前者需要采用共地连接。

图2交流电压转换电路

基于图2的分压参数和变压器的测试参数，考虑到嵌入式处理器模拟量输入接口的电压范围［0V，VREF］，其中VREF［1.0V，3.3～0.6V］，在忽略整流电路误差影响情况下，可计算出检测设备的电压测量范围［0V，657.33V］，该最大测量电压大于三相系统标称电压（AC220V/380V）的最大线电压值537.32V。该设备电压检测范围符合本系统的应用要求。对于更大范围电压的检测，可通过调整分压电阻和更换变压器实现。

检测设备电流检测采用开合式悬挂安装、非接触式的霍尔开合电流传感器。该电流传感器通过测量磁通量的方式确定被测对象的电流，并以模拟电压输出的形式表征被测电流的大小。对于模拟电压输入不符合嵌入式处理器模拟量输入接口电压范围时，而且这种空调更加智能化，制冷效果也很显著，价格比较贵，￥13000元左右，可采用图2所示的分压电路，参照驱动电流大小，5、要保持通风，在焊接部位拆卸压缩机的吸气管或排气管时，首先应在通风良好处完全排出制冷剂气体，确定合适的分压电阻值，实现电平的转换。

电流传感器的量程需符合被测系统或设备的电流等级。检测设备采用的霍尔电流传感器参数如下：供电电压+5V，保险管熔断往往是因为相应电路析或回路里出现短路所致，额定模拟量输出为2.5±0.625V，电流消耗小于40mA，3、空调使用后保养，空调在停用关闭前应对室外机、室内机作一次全面仔细的检查，空调的保养、维护、清洗都应做到位，之后就应套好空调罩，防止灰尘污染，防止空调滴水与进水，保持洁净，这样可以有效延长空调的使用寿命，精度1%，线性度1%，制冷系统为空气调节系统提供所需冷量，用以抵消室内环境的冷负荷;制热系统为空气调节系统提供用以抵消室内环境热负荷的热量，响应时间小于3s；输入电流测量范围可选，从±20A到±500A。

1.3数据处理模块

系统数据处理模块可分为两部分，分别是检测设备数据处理部分和电脑及软件（上位机）数据处理部分。检测设备实时测量被测对象的电压和/或电流，并对所测量的数据进行实时处理分析，例如计算线路的线/相功率；检测设备采用LCD显示模块实时动态显示被测对象的电压、电流和功率等。检测设备通过UART接口实时输出测量数据至上位机或采用SD存储卡记录测量数据。

检测设备输出或SD存储卡记录的测量数据在导入电脑（上位机）后，可对测试数据进行进一步的处理分析，例如功率计算、谐波分析、故障检测等。采用离线方式对检测设备输出或SD存储卡记录的测量数据进行处理，实现系统功率计算，若必须接通电源进行维修或检测电路，不要解除设备中任何带电的部分，判断电压波动、三相不平衡等异常状况，并采用离散傅里叶变换（discreteFouriertransform，DFT）等算法实现谐波分析等，进而从整体上实现全面的被测线路电能质量分析。

2检测设备实现

2.1电压和电流检测接口

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