CN104007283B - 一种绕线式电机转子串电阻起动中的测速方法及测速电路 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种绕线式电机转子串电阻起动中的测速方法及测速电路，首先将绕线式异步电动机转子串电阻，再从绕线式异步电动机转子滑环处串联的电阻两端引出信号源，将引出的信号源经过电阻分压后由二极管取半波信号，将半波信号送入光耦的发光二极管阳极，半波信号经光藕的输出端输出给微处理器，微处理器还通过电阻连接高电位，在微处理器中设定电机极对数，微处理器对输入信号进行处理，计算得出电机转速。本发明的有益效果是测速方式简单，成本低。

Description

一种绕线式电机转子串电阻起动中的测速方法及测速电路

技术领域

本发明属于绕线式异步电动机测速技术领域，涉及一种绕线式电机转子串电阻、频敏电阻等起动中的测速方法及测速电路。

背景技术

随着科学技术的发展，在电机控制领域，尤其是绕线式异步电动机，由于其优异的转矩特性和转子串电阻起动时会降低起动电流、带来大的起动转矩、功率因数高、对电网没有谐波污染等优点，应用也越来越广泛，有的还用于调速；随着人们对电机转速、转矩等控制精度的要求越来越高，电机在起动或调速过程中的测速就成了控制电机的重要目标控制值和重要反馈信号；因此，在这个过程中，如果没有电机的准确乃至精确地速度值信号，对这个阶段的控制就会失去基础，也会成为空中楼阁，使电机的控制精度无从谈起；对电机在这个阶段的测速传统上常采用测速发电机、测速数码盘，也有采取测绕线电机转子电压折算出电机转速的方式；采用测速发电机有着两方面的问题：一是需要绕线电机本身双出轴，与电机轴同轴联接，用机械的方法把测速发电机和电机轴联在一起，这种机械联结方式相对复杂、成本高、对电机有双出轴要求；二是由于发电机本身的发电电压的发生和处理过程误差较大，会使整个测速误差加大，从而影响控制系统总体控制精度和控制效果；采用数字码盘的方式同样也存在电机双出轴和机械联结问题，也会因增加的是旋转部分，因旋转带来的机械磨损，使整个机组安全运行周期缩短，维护量增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绕线式电机转子串电阻起动中的测速方法，解决了现有的电机测速采用机械联结方式相对复杂、成本高的问题。

本发明的另一个目的是提供应用于此种测速方法的测速电路。

本发明所采用的技术方案是首先将绕线式异步电动机转子串电阻，再从绕线式异步电动机转子滑环处串联的电阻两端引出信号源，将引出的信号源经过电阻分压后由二极管取半波信号，将半波信号送入光耦的发光二极管阳极，半波信号经光藕的输出端输出给微处理器，微处理器还通过电阻连接高电位，在微处理器中设定电机极对数，微处理器对输入信号进行处理，计算得出电机转速。

进一步，所述光耦的发光二极管的阴极还接有限流电阻对经过所述分压电阻分压后的引出信号源进行限流。

进一步，所述计算过程为微处理器通过测量转子正弦波的过零点之间的时间，测出转子正弦波的两次半波的起始过零点间的时间，就得到一个正弦周期的时间，有了这个时间，时间的倒数就是频率；我们知道转子频率和转速是一一对应关系，由公式：

n＝60(f_e—f_z)/p，可以得出电机转速，

式中：n—电机转速，f_e—电网额定频率，f_z—电机转子频率，p—电机极对数。

应用于上述测速方法的测速电路，测速电路的信号输入两端分别连接电阻r1和r2的一端，电阻r1的另一端分别连接二极管D1的正极和电阻r3的一端，二极管D1的负极连接光耦U1的发光二极管阳极，电阻r3的另一端分别连接电阻r2的另一端和电阻r4的一端，电阻r4的另一端连接光耦U1的发光二极管阴极，光耦U1的集电极连接微处理器，微处理器通过电阻r5连接+5v电压输入，光耦U1的发射极直接接地。

本发明的有益效果是测速方式简单，成本低。

附图说明

图1是本发明绕线式异步电动机转子串电阻起动的主线路示意图；

图2是本发明测速电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示是绕线式异步电动机转子串电阻启动的主回路电路图，图中大圆代表电机定子，小圆代表电机转子。电阻值的大小根据电机容量的大小按设计规范选取，包括接触器、微机等，代表一种设备，不同生产厂家型号不同，电机容量大小不同，则规格不同，采用的微机芯片不同，则管角定义不同。本发明针对的是绕线式异步电动机系列，是一种测速方法。

其工作过程如下：

用于起动时，首先闭合定子回路接触器CJ，再按实际控制要求依次闭合CJ₁、CJ₂、CJ₃，CJ₃闭合后，电机起动由人工机械特性曲线转移到电机固有机械特性曲线，起动过程结束。

用于另一种工况调速时，图1中R1组、R2组、R3组对应相应的电机转速，如果只需电机运行在一档速度，则只需闭合CJ₁即可，如果需要电机运行在二档速度，则只需CJ₂闭合，同理，电阻组数还可以分级更多，比如：5级、7级等，以获得更多电机转速或转矩要求，也可以从第二档速度降低到第一档速度。

在绕线电机转子滑环处，任取其中两相ab或ac或bc，一旦确定，以后不必更改，并一直和图1电路相连，这样连线简单，工作量小，简便易行，如图1所示，电机起动瞬间，转子滑环处会出现一个高电压，我们连续测量任意两相或一相转子电压波形。

我们以ab为例。把图1中的a、b两点用连线引出，作为图2中的a、b信号源，图2是测速电路原理图，此时针对电机的转子开口电压不同，最大考虑为3500V，引线及信号处理电路应作耐压处理，在选择元器件时，充分考虑其耐压值，转子正弦波信号取出后经分压电阻分压、限流，限流至光藕可以正常工作的状态为标准；具体就是：如图2所示，ab间的电压信号经r1、r2、r3串联分压后，在r3两端由二极管D1取半波信号，该半波信号经光藕U1的发光二极管端与二极管D1同向连接，并经r4限流电阻限流。这样，光藕U1的输出端经r5钳位电阻就会输出给微机相应的半波信号(当光藕U1的输入端有电流通过时，光藕的光控可控硅导通，与地相连，微机接收低电位信号，相反，当光藕U1的输入端没有电流通过时，光藕的光控可控硅不导通，与地不相连，r5直接与+5v电源相连，微机接收高电位信号)。然后，微处理器通过测量转子正弦波的过零点之间的时间，测出转子正弦波的两次半波的起始过零点间的时间，就得到一个正弦周期的时间，有了这个时间，时间的倒数就是频率；我们知道转子频率和转速是一一对应关系，由公式：

n＝60(f_e—f_z)/p，可以得出电机转速。

式中：n—电机转速，f_e—电网额定频率，f_z—电机转子频率，p—电机极对数，针对不同级数的电机。电机这样就可以充分利用微机的计算功能和信号处理功能，以测波形周期时长为手段。以现有软件计算频率和转速为转换方法，采用显示屏输出显示，或转变为电流、电压信号，例如：0～10mA、4～20mA、0～10v等模拟量输出，也可以数字量输出，用于反馈信号或直接用于控制。这种方法没有机械联结方式，不需要电机双出轴，因实测电压波形周期，计算和输出值的转换采用软件无误差，可以达到很高的精度，足以满足控制和测速需求，且性价比高，简便易行。

从绕线电机转子滑环引出信号源，经耐压和分压限流处理后，取半波信号进光耦隔离如图2所示，图2中Uab＝30---3500V之间，取Ur3＝3---350V之间，选择合适的r4阻值，在此原则下，其中r1、r2、r3、r4有多种选择组合。图2中的U1和U2，不同的生产厂家型号不同，有很多产品都可使用。凡是满足这种信号处理方式，并以此得到电机转速和转子频率的各种型号的组合方式，均在本专利保护范围。

半波信号经光耦U₁隔离，由单片机U₂微处理器中断执行频率测量程序，单片机中断触发模式为页跳变，每次半波信号下降沿过零点时，单片机被触发中断进行计时：当下一个脉冲的下降沿到达时，单片机就对两次脉冲的时间间隔进行转换，就可以测得两个下降沿之间的时间，这个时间就是对应这个正弦波的周期。T＝1/f_z则f_z＝1/T，式中T----周期，f_z----频率。由此可计算得出对应的频率、转速，在计算转速时，需人工输入电机的极对数。采用两个下降沿的好处计算一个完整周期的目的是消除元器件带来的误差。由于二极管通电压的存在，取两个下降沿，即取二极管两次导通开始间的时间，这样就把元件差异带来的误差消除掉了，提高了系统精度。

本发明涉及绕线式异步电动机采用转子串电阻起动或调速时，在起动阶段或调速过程对电机的转速进行测速。测速是调控的主要依据和基础，测速的精度和手段简单化是对测速提出的更高要求，本发明提高了测速系统稳定性和精确度，实现控制系统的精确控制，同时还降低了测速成本。本发明优点还有：

1.采用测转子出口电压波形周期的方法测电机转速。

2.采用测两个下降沿的方法消除元件差异带来的误差提高精度。

3.采用光耦隔离方法消除因电机转子出口电压大幅度变化带来的测量不便和误差，提高系统稳定性和精确度。

采用测转子出口电压波形及每个波形周期的方法，用软件实现数据的处理和转换，用于显示输出、反馈或控制，对提高系统稳定性和精确度，实现控制系统的精确控制，有着极为重要的作用。这种测速方法还降低了测速成本。

Claims (3)

1.一种绕线式电机转子串联电阻起动中的测速方法，其特征在于：首先将绕线式电机的转子上串联电阻，再从绕线式电机转子滑环处串联的电阻中任取两个电阻，从这两个电阻的靠近转子滑环处的一端引出信号源，将引出的信号源经过电阻分压后由二极管取半波信号，将半波信号送入光耦的发光二极管阳极，半波信号经光耦的输出端输出给微处理器，微处理器还通过电阻连接高电位，在微处理器中设定电机极对数，微处理器对输入信号进行处理，计算得出电机转速；

所述的计算过程为微处理器通过测量转子正弦波的过零点之间的时间，测出转子正弦波的两次半波的起始过零点的时间，就得到一个正弦周期的时间，有了这个时间，时间的倒数就是频率；转子频率和转速是一一对应关系，由公式：

n＝60(fe- fz)/p可以得出电机转速，

式中：n—电机转速，fe—电网额定频率，fz—电机转子频率，p—电机极对数。

2.按照权利要求1所述的一种绕线式电机转子串联电阻起动中的测速方法，其特征在于：所述的光耦的发光二极管的阴极还接有限流电阻对经过所述电阻分压后的引出信号源进行限流。

3.应用于权利要求1所述的测速方法的测速电路，其特征在于：测速电路的两信号输入端分别连接电阻r1和r2的一端，电阻r1的另一端分别连接二极管D1的正极和电阻r3的一端，二极管D1的负极连接光耦U1的发光二极管阳极，电阻r3的另一端分别连接电阻r2的另一端和电阻r4的一端，电阻r4的另一端连接光耦U1的发光二极管阴极，光耦U1的集电极连接微处理器，微处理器通过电阻r5连接+5v电压输入，光耦U1的发射极直接接地。