CN102004165A - 同步发电机瞬时转速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种同步发电机瞬时转速测量方法，具体步骤如下：a.程序初始化，将Ua1、Ub1、Uc1、Ua2均赋予零；b.同步检测三相电压瞬时值Ua0、Ub0、Uc0；c.计算Ua1的积分值Uas；d.计算Ub1与Uc1的差值Ubc；e.判断是否Ua1大于或等于Ua2且Ua1大于或等于Ua0，是则将Uas赋予零，再判断Uas或Ubc是否等于零；否则直接判断Uas或Ubc是否等于零；f.Uas或Ubc等于零，则将Ua1的值赋给Ua2，再将Ua0、Ub0、Uc0的值分别赋给Ua1、Ub1、Uc1；Uas与Ubc均不等于零，计算Ubc与Uas的比值(ω)，再计算电机转速n＝60ω/2πp，在显示器上显示转速或通过通讯接口外传，之后将Ua1的值赋给Ua2，再将Ua0、Ub0、Uc0的值分别赋给Ua1、Ub1、Uc1；g.重复b～f步骤。

Description

同步发电机瞬时转速测量方法

技术领域：

本发明涉及一种同步发电机转速测量方法，尤其是一种可通过执行计算机程序、结构简单、操作方便，降低测试系统成本的同步发电机瞬时转速测量方法。

背景技术：

同步发电机的转速不仅直接影响输出电压和频率，而且也是控制原动机(水轮机、汽轮机或是内燃机)的重要参数，同时在风力发电领域还是精确地实现四象限整流控制的保证，为此监测同步发电机的转速有着重大意义。目前，对于同步发电机转速的测量主要有两种方法，第一种方法是采用设置转速传感器的测试系统，不但结构复杂、成本高，而且安装和调试十分不便，同时还需要与之配套接口电路，电路设计也非常麻烦；另一种方法是通过检测同步发电机三相输出电压的某一相电压的频率值，进而计算出同步发电机的转速，但此种方法存在检测周期长、检测精度低等缺点，不能用于需要对转速进行瞬时检测控制系统中。

发明内容：

本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种可通过执行计算机程序、结构简单、操作方便，降低测试系统成本的同步发电机瞬时转速测量方法。

本发明的技术解决方案是：一种同步发电机瞬时转速测量方法，其特征在于依次按如下步骤进行：

a.程序初始化，将Ua1、Ub1、Uc1、Ua2均赋予零；

b.同步检测三相电压瞬时值Ua0、Ub0、Uc0；

c.计算Ua1的积分值Uas；

d.计算Ub1与Uc1的差值Ubc；

e.判断是否Ua1大于或等于Ua2且Ua1大于或等于Ua0，是则将Uas赋予零，判断Uas或Ubc是否等于零；否则直接判断Uas或Ubc是否等于零；

f.Uas或Ubc等于零，则将Ua1的值赋给Ua2，再将Ua0、Ub0、Uc0的值分别赋给Ua1、Ub1、Uc1；Uas与Ubc均不等于零，计算Ubc与Uas的比值，既电机转速角速度ω，再计算电机转速n＝60ω/2πp，显示或通过通讯接口外传转速，之后将Ua1的值赋给Ua2，再将Ua0、Ub0、Uc0的值分别赋给Ua1、Ub1、Uc1；

g.重复b～f步骤。

本发明可通过执行计算机程序实现对同步发电机转速的测量，无需设置速度传感器，所用测试系统结构简单、操作方便，可直接降低测试成本，同时具有检测速度快，精度高等优点。

附图说明：

图1是本发明实施例的流程图。

图2是本发明实施例通过MATLAB仿真结果示意图。

具体实施方式：

在本实施例中，检测系统的上位机是数字信号处理器TMS320F28335，并以并行连接方式将AD7656的16位数据线直接连接至TMS320F28335的16数据总线上，具有简单、稳定的特点。TMS320F28335是TI公司最新推出的DSP芯片，具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，它既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌人式控制功能及浮点运算能力。AD7656是一款6通道、16bit高精度、同步采样的模数转换器，速率可达250M kps，可选择-5V～5V或-10V～+10V双极性模拟输入，为正弦波输出电压的瞬时采样提供了方便。

本发明依次按如下步骤进行：

a.程序初始化，将Ua1、Ub1、Uc1、Ua2均赋予零；

b.同步检测三相电压瞬时值Ua0、Ub0、Uc0；

c.计算Ua1的积分值Uas；

d.计算Ub1与Uc1的差值Ubc；

e.判断是否Ua1大于或等于Ua2且Ua1大于或等于Ua0，是则将Uas赋予零，再判断Uas或Ubc是否等于零；否则直接判断Uas或Ubc是否等于零；

f.Uas或Ubc等于零，则将Ua1的值赋给Ua2，再将Ua0、Ub0、Uc0的值分别赋给Ua1、Ub1、Uc1；Uas与Ubc均不等于零，计算Ubc与Uas的比值，既电机转速角速度ω，再计算电机转速n＝60ω/2πp，在显示器上显示转速或通过通讯接口将速度值外传至控制中心，之后将Ua1的值赋给Ua2，再将Ua0、Ub0、Uc0的值分别赋给Ua1、Ub1、Uc1；

g.重复b～f步骤。

三相电压瞬时值的检测、同步发电机角速度ω及转速n的计算是在EPWM1中断中执行的，设EPWM1中断时间周期为20us。

检测原理：

本发明是通过同时检测同步发电机三相交流输出电压瞬时值，计算出同步发电机的角速度ω，再根据电机同步转速公式n＝60f/p，及角速度公式ω＝2πf，可以得出电机同步转速

(p为电机的极对数)。

同步发电机三相交流输出电压分别用Ua、Ub、Uc表示：

Ua＝Ucosωt                                (1)

Ub＝Ucos(ωt-2π/3)                        (2)

Uc＝Ucos(ωt-4π/3)                        (3)

对公式(1)积分：

$\∫\mathrm{Uadt}=\∫U\cos \mathrm{\ωtdt}=\frac{U}{\mathrm{\ω}}\sin \mathrm{\ωt}+C---\left(4\right)$

对于公式(4)，如果积分限为[2kπ/ω，T)，其中T的取值范围为[2kπ/ω，∞](k＝0，1，2…)，则公式(4)可以写成：

${\∫}_{2k\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\ω}}}^T\mathrm{Uadt}=\frac{U}{\mathrm{\ω}}\sin \mathrm{\ωT}---\left(5\right)$

公式(2)减公式(3)得：

$\mathrm{Ub}-\mathrm{Uc}=U(\cos (\mathrm{\ωt}-2\mathrm{\π}/3)-\cos (\mathrm{\ωt}-4\mathrm{\π}/3))$

$=-2U(\sin (\mathrm{\ωt}-\mathrm{\π})\frac{\sqrt{3}}{2}$

$=\sqrt{3}U\sin \mathrm{\ωt}$ 即：

$\mathrm{Ub}-\mathrm{Uc}=\sqrt{3}U\sin \mathrm{\ωt}---\left(6\right)$

将公式(6)中变量t的取值范围定义为

(k＝0，1，2…)，可得：

$\mathrm{Ub}-\mathrm{Uc}=\sqrt{3}U\sin \mathrm{\ωT}$ (T∈[2kπ/ω，∞]，k＝0，1，2…)          (7)

公式(7)除以公式(5)得：

$\frac{\mathrm{Ub}-\mathrm{Uc}}{{\∫}_{2\mathrm{k\π}/\mathrm{\ω}}^T\mathrm{Uadt}}=\frac{\sqrt{3}U\sin \mathrm{\ωT}}{\frac{U}{\mathrm{\ω}}\sin \mathrm{\ωT}}$ 即：

$\mathrm{\ω}=\frac{\mathrm{Ub}-\mathrm{Uc}}{\sqrt{3}{\∫}_{2\mathrm{k\π}/\mathrm{\ω}}^T\mathrm{Uadt}}$ (T∈[2kπ/ω，∞]，k＝0，1，2…)          (8)

由公式(8)可知，ω等于B相电压与C相电压的之差除以

倍A相电压的积分，条件是积分限为[2kπ/ω，T)，其中T∈[2kπ/ω，∞]，k＝0，1，2…]。

通过MATLAB仿真可以证明公式(8)的正确性。

设ω＝2π，U＝5则：

Ua＝5cos2πt

Ub＝5cos(2πt-2π/3)

Uc＝5cos(2πt-4π/3)

仿真结果如图2所示：

曲线1为 $\mathrm{Ub}-\mathrm{Uc}=5\sqrt{3}\sin 2\mathrm{\πt};$

曲线2为Ua＝5cos2πt；

曲线3为由仿真结果可以看出，只要积分的起始点为2kπ/ω，则曲线3为正弦波，与曲线1同相位。

曲线4为即曲线1与曲线3之商，等于常数2π，与所设ω值相同，进而验证了公式(8)的正确性。

在实际的检测系统中，如果采用

(T∈[2kπ/ω，∞]，k＝0，1，2…)，如只考虑积分的起始点为2kπ/ω，则由于Ua幅值是变化的及系统的离散性，随着时间的推移，积分的结果将产生严重的偏差。由上图曲线3可以看出，在T∈[2kπ/ω，2(k+1)π/ω]区间内，Ua的积分曲线周期性变化，且在每个周期开始时，Ua的积分均为零。因此，可使T∈[2kπ/ω，2(k+1)π/ω]，并周期性修正积分的结果。采用的方法是当检测到Ua的最大值时，对Ua的积分结果进行清零修正，并开始对Ua进行积分，直到下一次检测到Ua的最大值。检测Ua的最大值的方法是：设Ua2、Ua1分别为Ua的上两次及上一次的采样结果，Ua0为本次检测结果，如果Ua1＞＝Ua2且Ua1＞＝Ua0，检测Ua1的时刻为Ua的最大值点。

Claims (1)

1.一种同步发电机瞬时转速测量方法，其特征在于依次按如下步骤进行：

a.程序初始化，将Ua1、Ub1、Uc1、Ua2均赋予零；

b.同步检测三相电压瞬时值Ua0、Ub0、Uc0；

c.计算Ua1的积分值Uas；

d.计算Ub1与Uc1的差值Ubc；

e.判断是否Ua1大于或等于Ua2且Ua1大于或等于Ua0，是则将Uas赋予零，判断Uas或Ubc是否等于零；否则直接判断Uas或Ubc是否等于零；

f.Uas或Ubc等于零，则将Ua1的值赋给Ua2，再将Ua0、Ub0、Uc0的值分别赋给Ua1、Ub1、Uc1；Uas与Ubc均不等于零，计算Ubc与Uas的比值，既电机转速角速度ω，再计算电机转速n＝60ω/2πp，显示或通过通讯接口外传转速，之后将Ua1的值赋给Ua2，再将Ua0、Ub0、Uc0的值分别赋给Ua1、Ub1、Uc1；

g.重复b～f步骤。

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