一種繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動中的測速方法及測速電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動中的測速方法及測速電路，首先將繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻，再從繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)處串聯(lián)的電阻兩端引出信號源，將引出的信號源經(jīng)過電阻分壓后由二極管取半波信號，將半波信號送入光耦的發(fā)光二極管陽極，半波信號經(jīng)光藕的輸出端輸出給微處理器，微處理器還通過電阻連接高電位，在微處理器中設(shè)定電機(jī)極對數(shù)，微處理器對輸入信號進(jìn)行處理，計算得出電機(jī)轉(zhuǎn)速。本發(fā)明的有益效果是測速方式簡單，成本低。
【專利說明】一種繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動中的測速方法及測速電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于繞線式異步電動機(jī)測速【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻、頻敏電阻等起動中的測速方法及測速電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在電機(jī)控制領(lǐng)域，尤其是繞線式異步電動機(jī)，由于其優(yōu)異的轉(zhuǎn)矩特性和轉(zhuǎn)子串電阻起動時會降低起動電流、帶來大的起動轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)高、對電網(wǎng)沒有諧波污染等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用也越來越廣泛，有的還用于調(diào)速；隨著人們對電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩等控制精度的要求越來越高，電機(jī)在起動或調(diào)速過程中的測速就成了控制電機(jī)的重要目標(biāo)控制值和重要反饋信號；因此，在這個過程中，如果沒有電機(jī)的準(zhǔn)確乃至精確地速度值信號，對這個階段的控制就會失去基礎(chǔ)，也會成為空中樓閣，使電機(jī)的控制精度無從談起；對電機(jī)在這個階段的測速傳統(tǒng)上常采用測速發(fā)電機(jī)、測速數(shù)碼盤，也有采取測繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓折算出電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式；采用測速發(fā)電機(jī)有著兩方面的問題:一是需要繞線電機(jī)本身雙出軸，與電機(jī)軸同軸聯(lián)接，用機(jī)械的方法把測速發(fā)電機(jī)和電機(jī)軸聯(lián)在一起，這種機(jī)械聯(lián)結(jié)方式相對復(fù)雜、成本高、對電機(jī)有雙出軸要求；二是由于發(fā)電機(jī)本身的發(fā)電電壓的發(fā)生和處理過程誤差較大，會使整個測速誤差加大，從而影響控制系統(tǒng)總體控制精度和控制效果；采用數(shù)字碼盤的方式同樣也存在電機(jī)雙出軸和機(jī)械聯(lián)結(jié)問題，也會因增加的是旋轉(zhuǎn)部分，因旋轉(zhuǎn)帶來的機(jī)械磨損，使整個機(jī)組安全運(yùn)行周期縮短，維護(hù)量增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動中的測速方法，解決了現(xiàn)有的電機(jī)測速采用機(jī)械聯(lián)結(jié)方式相對復(fù)雜、成本高的問題。
[0004]本發(fā)明的另一個目的是提供應(yīng)用于此種測速方法的測速電路。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是首先將繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻，再從繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)處串聯(lián)的電阻兩端引出信號源，將引出的信號源經(jīng)過電阻分壓后由二極管取半波信號，將半波信號送入光耦的發(fā)光二極管陽極，半波信號經(jīng)光藕的輸出端輸出給微處理器，微處理器還通過電阻連接高電位，在微處理器中設(shè)定電機(jī)極對數(shù)，微處理器對輸入信號進(jìn)行處理，計算得出電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0006]進(jìn)一步，所述光耦的發(fā)光二極管的陰極還接有限流電阻對經(jīng)過所述分壓電阻分壓后的引出信號源進(jìn)行限流。
[0007]進(jìn)一步，所述計算過程為微處理器通過測量轉(zhuǎn)子正弦波的過零點(diǎn)之間的時間，測出轉(zhuǎn)子正弦波的兩次半波的起始過零點(diǎn)間的時間，就得到一個正弦周期的時間，有了這個時間，時間的倒數(shù)就是頻率；我們知道轉(zhuǎn)子頻率和轉(zhuǎn)速是一一對應(yīng)關(guān)系，由公式:
[0008]η = 60 (fe一fz)/p,可以得出電機(jī)轉(zhuǎn)速，
[0009]式中:n—電機(jī)轉(zhuǎn)速，fe一電網(wǎng)額定頻率，fz一電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率，P一電機(jī)極對數(shù)。
[0010]應(yīng)用于上述測速方法的測速電路，測速電路的信號輸入兩端分別連接電阻rl和r2的一端，電阻rl的另一端分別連接二極管Dl的正極和電阻r3的一端，二極管Dl的負(fù)極連接光耦Ul的發(fā)光二極管陽極，電阻r3的另一端分別連接電阻r2的另一端和電阻r4的一端，電阻r4的另一端連接光耦Ul的發(fā)光二極管陰極，光耦Ul的集電極連接微處理器，微處理器通過電阻r5連接+5v電壓輸入，光耦Ul的發(fā)射極直接接地。
[0011]本發(fā)明的有益效果是測速方式簡單，成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動的主線路示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明測速電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0015]如圖1所示是繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動的主回路電路圖，圖中大圓代表電機(jī)定子，小圓代表電機(jī)轉(zhuǎn)子。電阻值的大小根據(jù)電機(jī)容量的大小按設(shè)計規(guī)范選取，包括接觸器、微機(jī)等，代表一種設(shè)備，不同生產(chǎn)廠家型號不同，電機(jī)容量大小不同，則規(guī)格不同，采用的微機(jī)芯片不同，則管角定義不同。本發(fā)明針對的是繞線式異步電動機(jī)系列，是一種測速方法。
[0016]其工作過程如下:
[0017]用于起動時，首先閉合定子回路接觸器CJ，再按實(shí)際控制要求依次閉合CJp CJ2,CJ3, CJ3閉合后，電機(jī)起動由人工機(jī)械特性曲線轉(zhuǎn)移到電機(jī)固有機(jī)械特性曲線，起動過程結(jié)束。
[0018]用于另一種工況調(diào)速時，圖1中Rl組、R2組、R3組對應(yīng)相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，如果只需電機(jī)運(yùn)行在一檔速度，則只需閉合CJ1即可，如果需要電機(jī)運(yùn)行在二檔速度，則只需CJ2閉合，同理，電阻組數(shù)還可以分級更多，比如:5級、7級等，以獲得更多電機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩要求，也可以從第二檔速度降低到第一檔速度。
[0019]在繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)處，任取其中兩相ab或ac或bc，一旦確定，以后不必更改，并一直和圖1電路相連，這樣連線簡單，工作量小，簡便易行，如圖1所示，電機(jī)起動瞬間，轉(zhuǎn)子滑環(huán)處會出現(xiàn)一個高電壓，我們連續(xù)測量任意兩相或一相轉(zhuǎn)子電壓波形。
[0020]我們以ab為例。把圖1中的a、b兩點(diǎn)用連線引出，作為圖2中的a、b信號源，圖2是測速電路原理圖，此時針對電機(jī)的轉(zhuǎn)子開口電壓不同，最大考慮為3500V，引線及信號處理電路應(yīng)作耐壓處理，在選擇元器件時，充分考慮其耐壓值，轉(zhuǎn)子正弦波信號取出后經(jīng)分壓電阻分壓、限流，限流至光藕可以正常工作的狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)；具體就是:如圖2所示，ab間的電壓信號經(jīng)r 1、r2、r3串聯(lián)分壓后，在r3兩端由二極管DI取半波信號，該半波信號經(jīng)光藕Ul的發(fā)光二極管端與二極管Dl同向連接，并經(jīng)r4限流電阻限流。這樣，光藕Ul的輸出端經(jīng)r5鉗位電阻就會輸出給微機(jī)相應(yīng)的半波信號(當(dāng)光藕Ul的輸入端有電流通過時，光藕的光控可控硅導(dǎo)通，與地相連，微機(jī)接收低電位信號，相反，當(dāng)光藕Ul的輸入端沒有電流通過時，光藕的光控可控娃不導(dǎo)通，與地不相連，r5直接與+5v電源相連,微機(jī)接收高電位信號)。然后，微處理器通過測量轉(zhuǎn)子正弦波的過零點(diǎn)之間的時間，測出轉(zhuǎn)子正弦波的兩次半波的起始過零點(diǎn)間的時間，就得到一個正弦周期的時間，有了這個時間，時間的倒數(shù)就是頻率；我們知道轉(zhuǎn)子頻率和轉(zhuǎn)速是一一對應(yīng)關(guān)系，由公式:
[0021]n = 60(fe— fz)/p，可以得出電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0022]式中:n—電機(jī)轉(zhuǎn)速，f；一電網(wǎng)額定頻率，fz—電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率，P—電機(jī)極對數(shù)，針對不同級數(shù)的電機(jī)。電機(jī)這樣就可以充分利用微機(jī)的計算功能和信號處理功能，以測波形周期時長為手段。以現(xiàn)有軟件計算頻率和轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)換方法，采用顯示屏輸出顯示，或轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?、電壓信號，例?0~10mA、4~20mA、O~IOv等模擬量輸出，也可以數(shù)字量輸出，用于反饋信號或直接用于控制。這種方法沒有機(jī)械聯(lián)結(jié)方式，不需要電機(jī)雙出軸，因?qū)崪y電壓波形周期，計算和輸出值的轉(zhuǎn)換采用軟件無誤差，可以達(dá)到很高的精度，足以滿足控制和測速需求，且性價比高，簡便易行。
[0023]從繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)引出信號源，經(jīng)耐壓和分壓限流處理后，取半波信號進(jìn)光耦隔離如圖2所示，圖2中Uab = 303500V之間，取Ur3 = 3350V之間，選擇合適的r4阻值，在此原則下，其中rl、r2、r3、r4有多種選擇組合。圖2中的Ul和U2，不同的生產(chǎn)廠家型號不同，有很多產(chǎn)品都可使用。凡是滿足這種信號處理方式，并以此得到電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子頻率的各種型號的組合方式，均在本專利保護(hù)范圍。
[0024]半波信號經(jīng)光耦U1隔離，由單片機(jī)U2微處理器中斷執(zhí)行頻率測量程序，單片機(jī)中斷觸發(fā)模式為頁跳變，每次半波信號下降沿過零點(diǎn)時，單片機(jī)被觸發(fā)中斷進(jìn)行計時:當(dāng)下一個脈沖的下降沿到達(dá)時，單片機(jī)就對兩次脈沖的時間間隔進(jìn)行轉(zhuǎn)換，就可以測得兩個下降沿之間的時間，這個時間就是對應(yīng)這個正弦波的周期。T = 1/仁則fz = 1/T，式中T----周期，fz----頻率。由此可計算得出對應(yīng)的頻率、轉(zhuǎn)速，在計算轉(zhuǎn)速時，需人工輸入電機(jī)的極對數(shù)。采用兩個下降沿的好處計算一個完整周期的目的是消除元器件帶來的誤差。由于二極管通電壓的存在，取兩個下降沿，即取二極管兩次導(dǎo)通開始間的時間，這樣就把元件差異帶來的誤差消除掉了，提高了系統(tǒng)精度。
[0025]本發(fā)明涉及繞線式異步電動機(jī)采用轉(zhuǎn)子串電阻起動或調(diào)速時，在起動階段或調(diào)速過程對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測速。測速是調(diào)控的主要依據(jù)和基礎(chǔ)，測速的精度和手段簡單化是對測速提出的更高要求，本發(fā)明提高了測速系統(tǒng)穩(wěn)定性和精確度，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的精確控制，同時還降低了測速成本。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)還有:
[0026]1.采用測轉(zhuǎn)子出口電壓波形周期的方法測電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0027]2.采用測兩個下降沿的方法消除元件差異帶來的誤差提高精度。
[0028]3.采用光耦隔離方法消除因電機(jī)轉(zhuǎn)子出口電壓大幅度變化帶來的測量不便和誤差，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精確度。
[0029]采用測轉(zhuǎn)子出口電壓波形及每個波形周期的方法，用軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)換，用于顯示輸出、反饋或控制，對提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和精確度，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的精確控制，有著極為重要的作用。這種測速方法還降低了測速成本。
【權(quán)利要求】
1.一種繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動中的測速方法，其特征在于:首先將繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻，再從繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子滑環(huán)處串聯(lián)的電阻兩端引出信號源，將引出的信號源經(jīng)過電阻分壓后由二極管取半波信號，將半波信號送入光耦的發(fā)光二極管陽極，半波信號經(jīng)光藕的輸出端輸出給微處理器，微處理器還通過電阻連接高電位，在微處理器中設(shè)定電機(jī)極對數(shù)，微處理器對輸入信號進(jìn)行處理，計算得出電機(jī)轉(zhuǎn)速。
2.按照權(quán)利要求1所述一種繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動中的測速方法，其特征在于:所述光耦的發(fā)光二極管的陰極還接有限流電阻對經(jīng)過所述分壓電阻分壓后的引出信號源進(jìn)行限流。
3.按照權(quán)利要求1所述一種繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動中的測速方法，其特征在于:所述計算過程為微處理器通過測量轉(zhuǎn)子正弦波的過零點(diǎn)之間的時間，測出轉(zhuǎn)子正弦波的兩次半波的起始過零點(diǎn)間的時間，就得到一個正弦周期的時間，有了這個時間，時間的倒數(shù)就是頻率；我們知道轉(zhuǎn)子頻率和轉(zhuǎn)速是一一對應(yīng)關(guān)系，由公式: η = 60 (fe一fz)/p,可以得出電機(jī)轉(zhuǎn)速， 式中:n—電機(jī)轉(zhuǎn)速，fe一電網(wǎng)額定頻率，fz一電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率，P一電機(jī)極對數(shù)。
4.應(yīng)用于權(quán)利要求1所述的測速方法的測速電路，其特征在于:測速電路的信號輸入兩端分別連接電阻rl和r2的一端，電阻rl的另一端分別連接二極管Dl的正極和電阻r3的一端，二極管Dl的負(fù)極連接光耦Ul的發(fā)光二極管陽極，電阻r3的另一端分別連接電阻r2的另一端和電阻r4的一端，電阻r4的另一端連接光耦Ul的發(fā)光二極管陰極，光耦Ul的集電極連接微處理器，微處理器通過電阻r5連接+5v電壓輸入，光耦Ul的發(fā)射極直接接地。
【文檔編號】G01P3/489GK104007283SQ201410241722
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月3日
【發(fā)明者】于佐東, 楊慶娥, 楊慶申 申請人:河北工程大學(xué)