CN101915895B - 直流电机的动态电势检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电机的动态电势检测电路。现有的设备得到的检测量无法反映被测物理量的动态过程，实时性差。本发明包括直流电机电枢电量检测电路和动态电势运算电路，直流电机电枢电量检测电路包括直流电机的电枢绕组M1，电枢绕组的正端A+分别与连接件CN1的U_d端、上分压电阻R2的一端连接；电枢绕组的负端A-分别与微电感L1的一端、电势正输入电阻R4的一端连接；动态电势运算电路包括电势运放U1，电流运放U2和叠加运放U3。本发明电路结构简单、通用性强、成本低。

Description

直流电机的动态电势检测电路

技术领域

本发明属于工业控制领域，涉及一种电路，特别涉及一种适于直流电机动态电势的自动检测电路，该电路也适于转速的间接检测。适用于各类需要检测直流电机的动态电势或间接检测电机转速的要求。

背景技术

动态电势是直流电机的重要物理量，特别在他励直流电机中也反映了电机转速，因此，动态电势的检测是直流电机测控系统的基础，能满足无需转速传感器的调速控制要求。目前常用的直流电机电势检测或转速间接检测方案主要通过检测直流电机的电枢电压、电枢电流，并结合电枢电阻，且基于稳态电路模型计算得出电机的电势，进而计算转速，其存在的主要问题是忽略了电机的电枢电感，使得检测量无法反映被测物理量的动态过程，实时性差。

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术存在的不足，在直流电机的电枢回路增设外串的微量电感，通过增加检测该微电感上的电势，结合直流电机的电枢电压与电流便可实时地检测直流电机的动态电势或转速。

本发明包括直流电机电枢电量检测电路和动态电势运算电路。

直流电机电枢电量检测电路包括直流电机的电枢绕组M1，其电枢绕组的正端A+分别与连接件CN1的U_d端、上分压电阻R2的一端连接，电枢绕组的负端A-分别与微电感L1的一端、电势正输入电阻R4的一端连接，微电感L1的另一端分别与测流电阻R3的一端、电势负输入电阻R5的一端、电流滤波电阻R6的一端连接，测流电阻R3的另一端接地(GND)，上分压电阻R2的另一端分别与下分压电阻R1的一端、电压滤波电容C1的一端、电压输出电阻R11的一端连接，下分压电阻R1的另一端、电压滤波电容C1的另一端均接地(GND)。

动态电势运算电路包括电势运放U1，其正输入端+IN分别与电势正输入电阻R4的另一端、电势分压电阻R7的一端、电势滤波电容C2的一端连接，其负输入端-IN分别与电势负输入电阻R5的另一端、电势滤波电容C2的另一端、电势反馈电阻R8的一端连接，其输出端OUT分别与电势反馈电阻R8的另一端、电势输出电阻R14的一端连接，电势运放U1的正电源端VCC、负电源端VSS分别与连接件CN1的正电源输入端VC、负电源输入端VS连接；电流运放U2的正输入端+IN分别与电流滤波电阻R6的另一端、电流滤波电容C3的一端连接，电流滤波电容C3的另一端接地(GND)，其负输入端-IN分别与电流输入电阻R9的一端、电流反馈电阻R10的一端连接，电流输入电阻R9的另一端接地(GND)，其输出端OUT分别与电流反馈电阻R10的另一端、电流输出电阻R13的一端、连接件CN1的Ui端连接，电流运放U2的正电源端VCC、负电源端VSS分别与连接件CN1的正电源输入端VC、负电源输入端VS连接，叠加运放U3正输入端+IN分别与电压输出电阻R11的另一端、同相电阻R12的一端连接，同相电阻R12的另一端接地(GND)，其负输入端-IN分别与电势输出电阻R14的另一端、电流输出电阻R13的另一端、叠加电阻R15的一端连接，其输出端OUT分别与叠加电阻R15的另一端、连接件CN1的Ue端连接，叠加运放U3的正电源端VCC、负电源端VSS分别与连接件CN1的正电源输入端VC、负电源输入端VS连接。

本发明的有益效果是：在直流电机的电枢回路增设外串的微量电感，通过增加检测该微电感上的电势，结合电机电枢电压与电流便可实时地检测直流电机的动态电势或转速。该电路结构简单、通用性强、成本低。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

如图1所示，直流电机的动态电势检测电路包括直流电机电枢电量检测电路、动态电势运算电路。

直流电机电枢电量检测电路包括直流电机的电枢绕组M1，其电枢绕组的正端A+分别于连接件CN1的U_d端、上分压电阻R2的一端连接，电枢绕组的负端A-分别于微电感L1的一端、电势正输入电阻R4的一端连接，微电感L1的另一端分别与测流电阻R3的一端、电势负输入电阻R5的一端、电流滤波电阻R6的一端连接，测流电阻R3的另一端接地(GND)，上分压电阻R2的另一端分别与下分压电阻R1的一端、电压滤波电容C1的一端、电压输出电阻R11的一端连接，下分压电阻R1的另一端、电压滤波电容C1的另一端均接地(GND)。

动态电势运算电路包括电势运放U1，其正输入端+IN分别与电势正输入电阻R4的另一端、电势分压电阻R7的一端、电势滤波电容C2的一端连接，其负输入端-IN分别与电势负输入电阻R5的另一端、电势滤波电容C2的另一端、电势反馈电阻R8的一端连接，其输出端OUT分别与电势反馈电阻R8的另一端、电势输出电阻R14的一端连接，电势运放U1的正电源端VCC、负电源端VSS分别与连接件CN1的正电源输入端VC、负电源输入端VS连接，电流运放U2的正输入端+IN分别与电流滤波电阻R6的另一端、电流滤波电容C3的一端连接，电流滤波电容C3的另一端接地(GND)，其负输入端-IN分别与电流输入电阻R9的一端、电流输入电阻R10的一端连接，电流输入电阻R9的另一端接地(GND)，其输出端OUT分别与电流反馈电阻R10的另一端、电流输出电阻R13的一端、连接件CN1的Ui端连接，电流运放U2的正电源端VCC、负电源端VSS分别与连接件CN1的正电源输入端VC、负电源输入端VS连接，叠加运放U3正输入端+IN分别与电压输出电阻R11的另一端、同相电阻R12的一端连接，同相电阻R12的另一端接地(GND)，其负输入端-IN分别与电势输出电阻R14的另一端、电流输出电阻R13的另一端、叠加电阻R15的一端连接，其输出端OUT分别与叠加电阻R15的另一端、连接件CN1的Ue端连接，叠加运放U3的正电源端VCC、负电源端VSS分别与连接件CN1的正电源输入端VC、负电源输入端VS连接。

本发明所使用的包括运放芯片U1～U3、连接件CN1、微电感等在内的所有器件均采用现有的成熟产品，可以通过市场取得。例如：运放芯片U1采用TLC2654、连接件CN1采用HD6.35-8接线端子排等。

本发明中的主要电路参数及输入输出关系如下：

R4＝R5，R7＝R8，R11＝R13＝R14＝R15，R11＝2×R12(1)

$k_r=R_a{k}_v=(1+\frac{R10}{R9})R3---\left(2\right)$

$k_v=\frac{R1}{R1+R2}---\left(3\right)$

$\frac{R7}{R4}=\frac{k_v{L}_a}{L1}---\left(4\right)$

U_i＝k_rI_d    (5)

U_e＝k_vE    (6)

式中的R_a、L_a分别是直流电机的电枢电阻与电枢电感，E、I_a分别是直流电机的动态电势与电枢电流，U_i是检测电路输出的与电枢电流成正比的电压信号、U_e是检测电路输出的与动态电势成正比的电压信号。

本发明工作过程：当信号连接件CN1的U_d端、GND端外接直流电机驱动器输出的电枢电压，信号连接件CN1的VC端、VS端、GND端分别外接+-12V直流电源时，整个电路已通电。当来自信号连接件CN1的直流电机驱动器输出U_d变化或电机所带的负载电流发生变化时，必然引起直流电机的动态电势E与电枢电流I_a的变化，此时，电势运放U1的输出端OUT输出信号与微电感L1两端电压成正比(即与直流电机电枢电流的导数成正比)、电流运放U2的输出端OUT输出信号Ui与直流电机电枢电流I_a成正比，而下分压电阻R1两端的电压信号与直流电机的电枢电压U_d成正比，这三路信号经叠加运放U3的运算后输出与直流电机动态电势E成正比的电压信号Ue。

Claims (1)

1.直流电机的动态电势检测电路，包括直流电机电枢电量检测电路和动态电势运算电路，其特征在于：

直流电机电枢电量检测电路包括直流电机的电枢绕组(M1)，电枢绕组的正端A+分别与连接件(CN1)的U_d端、上分压电阻(R2)的一端连接；电枢绕组的负端A-分别与微电感(L1)的一端、电势正输入电阻(R4)的一端连接；微电感(L1)的另一端分别与测流电阻(R3)的一端、电势负输入电阻(R5)的一端、电流滤波电阻(R6)的一端连接，测流电阻(R3)的另一端接地；上分压电阻(R2)的另一端分别与下分压电阻(R1)的一端、电压滤波电容(C1)的一端、电压输出电阻(R11)的一端连接，下分压电阻(R1)的另一端和电压滤波电容(C1)的另一端均接地；

动态电势运算电路包括电势运放(U1)，电势运放(U1)正输入端+IN分别与电势正输入电阻(R4)的另一端、电势分压电阻(R7)的一端、电势滤波电容(C2)的一端连接，电势运放(U1)负输入端-IN分别与电势负输入电阻(R5)的另一端、电势滤波电容(C2)的另一端、电势反馈电阻(R8)的一端连接，电势运放(U1)输出端OUT分别与电势反馈电阻(R8)的另一端、电势输出电阻(R14)的一端连接，电势运放(U1)的正电源端VCC、负电源端VSS分别与连接件(CN1)的正电源输入端VC、负电源输入端VS连接；电流运放(U2)的正输入端+IN分别与电流滤波电阻(R6)的另一端、电流滤波电容(C3)的一端连接，电流滤波电容(C3)的另一端接地，电流运放(U2)负输入端-IN分别与电流输入电阻(R9)的一端、电流反馈电阻(R10)的一端连接，电流输入电阻(R9)的另一端接地，电流运放(U2)输出端OUT分别与电流反馈电阻(R10)的另一端、电流输出电阻(R13)的一端、连接件(CN1)的Ui端连接，电流运放(U2)的正电源端VCC、负电源端VSS分别与连接件(CN1)的正电源输入端VC、负电源输入端VS连接；叠加运放(U3)正输入端+IN分别与电压输出电阻(R11)的另一端、同相电阻(R12)的一端连接，同相电阻(R12)的另一端接地，叠加运放(U3)负输入端-IN分别与电势输出电阻(R14)的另一端、电流输出电阻(R13)的另一端、叠加电阻(R15)的一端连接，叠加运放(U3)输出端OUT分别与叠加电阻(R15)的另一端、连接件(CN1)的Ue端连接，叠加运放(U3)的正电源端VCC、负电源端VSS分别与连接件(CN1)的正电源输入端VC、负电源输入端VS连接。

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