CN102735944A - 直流电机电枢电感检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种直流电机电枢电感检测电路，包括直流电机的电枢电流检测电路和信号运算电路，具体包括直流电机M1、电流传感器CS1、正电源电容C1、负电源电容C2、隔直电容C3、有效值芯片IC1、运放IC2、乘法器IC3、滤波电容C4、限流电阻R1、输入电阻R2、反馈电阻R3；直流电机M1的电枢正端A、负端A-与外部输入的电枢供电正端Ud+、负端Ud-连接，电流传感器CS1的输出端OUT与隔直电容C3的一端连接,有效值芯片IC1的第一输入端IN1、输出端OUT与隔直电容C3另一端、乘法器IC3正X输入端X1连接，运放IC2的负输入端-IN与输入电阻R2一端连接。本发明通用性强、电路简单、性能好。

Description

直流电机电枢电感检测电路
技术领域
本发明属于工业控制领域，涉及一种电路，特别涉及一种直流电机电枢电感检测电路，适用于要求在线检测直流电机电枢电感参数的场合。
背景技术
直流电机是机械设备控制中的基础性执行元件，用途广泛，在直流电机的力矩或电枢电流控制系统中，需辨识电机的电枢电阻、电枢电感等参数，其中的电枢电阻参数容易获得，而目前获取电枢电感参数的常用方法有：用RLC测试仪离线测试电感值的方法、使电机堵转时通过测电枢电流的飞升相应曲线进而计算电感量的方法、基于检测电枢电流与转速并用最小二乘法处理的实验辨识方法等，上述方法存在的问题是：离线式测试难以反映实际运行时的参数、在线测试过程较复杂且计算量大等。
发明内容
本发明的目的是为针对现有技术存在的不足，提出一种通过检测电枢电流波动量的等效有效值进而获取电枢电感参数的直流电机电枢电感检测电路。
本发明包括直流电机的电枢电流检测电路和信号运算电路。
直流电机的电枢电流检测电路包括直流电机M1、电流传感器CS1、正电源电容C1、负电源电容C2、隔直电容C3，直流电机M1的电枢正端A+与外部输入的电枢供电正端Ud+连接，直流电机M1的电枢负端A-的连线穿过电流传感器CS1的检测孔CK后与外部输入的电枢供电负端Ud-连接，电流传感器CS1的正电源端VCC与外部输入的正电源端VCC、正电源电容C1的正端连接，电流传感器CS1的负电源端VSS与外部输入的负电源端VSS、负电源电容C2的负端连接，电流传感器CS1的地端GND接地，电流传感器CS1的输出端OUT与隔直电容C3的一端连接，隔直电容C3的另一端与有效值芯片IC1的第一输入端IN1相连接，正电源电容C1的负端、负电源电容C2的正端均接地；
信号运算电路包括有效值芯片IC1、运放IC2、乘法器IC3、滤波电容C4、限流电阻R1、输入电阻R2、反馈电阻R3；有效值芯片IC1的正电源端V+、运放IC2的正电源端+V、乘法器IC3的正电源端+V均与外部输入的正电源端VCC相连接，有效值芯片IC1的地端GND、第2输入端IN2、使能端/EN、差分输出端OUTRTN均接地，有效值芯片IC1的输出端OUT端与滤波电容C4的一端、乘法器IC3的正X输入端X1相连接，滤波电容C4的另一端接地，运放IC2的负电源端-V、乘法器IC3的负电源端-V均与外部输入的负电源端VSS相连接，运放IC2的正输入端+IN接地，运放IC2的负输入端-IN与输入电阻R2的一端、反馈电阻R3的一端相连接，输入电阻R2的另一端与限流电阻R1的一端、稳压管DW1的阴极端相连接，限流电阻R1的另一端与外部输入的正电源端VCC相连接，稳压管DW1的阳极端接地，反馈电阻R3的另一端与乘法器IC3的输出端OUT相连接，运放IC2的输出端OUT与乘法器IC3的负Y输入端Y2端、本电路最终输出端Uout端相连接，乘法器IC3的正Y输入端Y1、负X输入端X2、偏置端Z均接地。
本发明的有益效果如下：
本发明给他励或永磁式直流电机的电枢施加平均分量为0、正负对称的方波电压，通过检测电枢电流波动量的等效有效值，及运算后可获取电枢电感参数，该方法可靠性高、成本低、通用性强。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为本发明电路中电机电压与电流的波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，直流电机电枢电感检测电路，包括直流电机的电枢电流检测电路和信号运算电路。
直流电机的电枢电流检测电路包括直流电机M1、电流传感器CS1、正电源电容C1、负电源电容C2、隔直电容C3，直流电机M1的电枢正端A+与外部输入的电枢供电正端Ud+连接，直流电机M1的电枢负端A-的连线穿过电流传感器CS1的检测孔CK后与外部输入的电枢供电负端Ud-连接，电流传感器CS1的正电源端VCC与外部输入的正电源端VCC、正电源电容C1的正端连接，电流传感器CS1的负电源端VSS与外部输入的负电源端VSS、负电源电容C2的负端连接，电流传感器CS1的地端GND接地，电流传感器CS1的输出端OUT与隔直电容C3的一端连接，隔直电容C3的另一端与有效值芯片IC1的第一输入端IN1相连接，正电源电容C1的负端、负电源电容C2的正端均接地；
信号运算电路包括有效值芯片IC1、运放IC2、乘法器IC3、滤波电容C4、限流电阻R1、输入电阻R2、反馈电阻R3；有效值芯片IC1的正电源端V+、运放IC2的正电源端+V、乘法器IC3的正电源端+V均与外部输入的正电源端VCC相连接，有效值芯片IC1的地端GND、第2输入端IN2、使能端/EN、差分输出端OUTRTN均接地，有效值芯片IC1的输出端OUT端与滤波电容C4的一端、乘法器IC3的正X输入端X1相连接，滤波电容C4的另一端接地，运放IC2的负电源端-V、乘法器IC3的负电源端-V均与外部输入的负电源端VSS相连接，运放IC2的正输入端+IN接地，运放IC2的负输入端-IN与输入电阻R2的一端、反馈电阻R3的一端相连接，输入电阻R2的另一端与限流电阻R1的一端、稳压管DW1的阴极端相连接，限流电阻R1的另一端与外部输入的正电源端VCC相连接，稳压管DW1的阳极端接地，反馈电阻R3的另一端与乘法器IC3的输出端OUT相连接，运放IC2的输出端OUT与乘法器IC3的负Y输入端Y2端、本电路最终输出端Uout端相连接，乘法器IC3的正Y输入端Y1、负X输入端X2、偏置端Z均接地。
如图2所示，该图为本发明电路中直流电机M1电压与电流的波形图，其中的U d 是施加给直流电机M1电枢的正负对称的方波电压，该方波的周期为T（对应的频率为f =1/T），幅值为U s 。i是直流电机M1的电枢电流波形，当直流电机M1的电压方波的周期小于电枢回路的电磁时间常数的五分之一时，i是正三角波，其周期也是T，峰值为                                               
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE002
。
本发明所使用的包括电流传感器CS1、有效值芯片IC1、运放IC2、乘法器IC3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：电流传感器采用BJHCS-K3系列霍尔电流传感器，有效值芯片采用LTC1968，运放采用TLC2654，乘法器采用AD633等。
本发明中的主要电路参数及输入输出关系如下：
在图2所示的直流电机M1电枢电压方波作用下，直流电机M1电枢电流检测电路的输入输出关系如式（1）所示，其中的u01为电流传感器CS1的输出电压信号（V），i为直流电机M1电枢电流（A），k i 为电流传感器CS1的变换系数（V/A）；有效值电路的输入输出关系如式（2）所示，u02为有效值芯片IC1的输出电压信号（V），为直流电机M1电枢电流波形的峰值（A），如式（3）所示，其中的
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE004
是直流电机M1电枢电压方波的峰值（V），
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE006
是直流电机M1电枢电压方波的频率（Hz），是直流电机M1电枢电感（H）；式（4）是本发明电路的稳态输出信号与直流电机M1电枢电感间的关系式，式（5）是电机电枢电感与本发明电路的稳态输出信号
Figure 758982DEST_PATH_IMAGE010
间的关系式，式（6）是除法电路输入输出间的系数关系式，其中的
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE012
为除法变换系数（V2）；式（7）是本发明电路稳态输出信号与电机电枢电感间的系数关系式，其中的
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE014
为电感变换系数（V/H），
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE016
为最大输出信号，
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE018
为被测的最大电感；式（8）是R2、R3及偏置电压
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE020
间的参数配合关系式，
Figure 394101DEST_PATH_IMAGE020
为稳压管DW1的稳压值（V）。这样，即可实现对直流电机电枢电感的在线检测。
                                              （1）
                                 （2）
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE026
                                            （3）
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE028
                                 （4）
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE030
                                             （5）
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE032
                                            （6）
Figure 201210240716X100002DEST_PATH_IMAGE034
                                      （7）
                                     （8）
本发明工作过程如下：
根据直流电机M1的电枢电流参数选择霍尔电流传感器的规格，按上述配合公式整定电路参数，然后给直流电机电枢施加正负对称的方波电压，该方波的峰值为直流电机M1电枢电压的额定值，并选择合适的电枢电压方波频率，在测试中，直流电机M1测控系统测取本发明电路的最终输出电压信号
Figure 561515DEST_PATH_IMAGE016
后，根据式（5）即可得直流电机M1的电枢电感值，进而实现对控制器参数进行自整定。

Claims (1)

1. 直流电机电枢电感检测电路，包括直流电机的电枢电流检测电路和信号运算电路，其特征在于：
直流电机的电枢电流检测电路包括直流电机M1、电流传感器CS1、正电源电容C1、负电源电容C2、隔直电容C3，直流电机M1的电枢正端A+与外部输入的电枢供电正端Ud+连接，直流电机M1的电枢负端A-的连线穿过电流传感器CS1的检测孔CK后与外部输入的电枢供电负端Ud-连接，电流传感器CS1的正电源端VCC与外部输入的正电源端VCC、正电源电容C1的正端连接，电流传感器CS1的负电源端VSS与外部输入的负电源端VSS、负电源电容C2的负端连接，电流传感器CS1的地端GND接地，电流传感器CS1的输出端OUT与隔直电容C3的一端连接，隔直电容C3的另一端与有效值芯片IC1的第一输入端IN1相连接，正电源电容C1的负端、负电源电容C2的正端均接地；
信号运算电路包括有效值芯片IC1、运放IC2、乘法器IC3、滤波电容C4、限流电阻R1、输入电阻R2、反馈电阻R3；有效值芯片IC1的正电源端V+、运放IC2的正电源端+V、乘法器IC3的正电源端+V均与外部输入的正电源端VCC相连接，有效值芯片IC1的地端GND、第2输入端IN2、使能端/EN、差分输出端OUTRTN均接地，有效值芯片IC1的输出端OUT端与滤波电容C4的一端、乘法器IC3的正X输入端X1相连接，滤波电容C4的另一端接地，运放IC2的负电源端-V、乘法器IC3的负电源端-V均与外部输入的负电源端VSS相连接，运放IC2的正输入端+IN接地，运放IC2的负输入端-IN与输入电阻R2的一端、反馈电阻R3的一端相连接，输入电阻R2的另一端与限流电阻R1的一端、稳压管DW1的阴极端相连接，限流电阻R1的另一端与外部输入的正电源端VCC相连接，稳压管DW1的阳极端接地，反馈电阻R3的另一端与乘法器IC3的输出端OUT相连接，运放IC2的输出端OUT与乘法器IC3的负Y输入端Y2端、本电路最终输出端Uout端相连接，乘法器IC3的正Y输入端Y1、负X输入端X2、偏置端Z均接地。
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