CN104614107A - 一种全电子式电机转矩实时检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全电子式电机转矩实时检测电路，包括电机三相电源接线U、V、W，还包括CPU、电压互感器、电流互感器、峰值检波电路、电流放大及峰值检波电路、第一过零比较器、第二过零比较器、相对编码器，根据该电路测出实时电压、电流、电压电流相位角、电机转速，通过计算得出实时转矩。

Description

一种全电子式电机转矩实时检测电路
技术领域
本发明涉及电机转矩检测领域，具体公开一种全电子式电机转矩实时检测电路。
背景技术
随着现代科技的进步与发展，在机械制造、自动控制、航空航天以及国防等众多领域已大量使用了力矩电机。生产科研的实践要求力矩电机具有较高的可靠、稳定性、可控性以及节能环保性，其中在运转平稳性方面要求电机转矩波动要小，所以在电机转矩波动情况的检测过程中，如何提高检测可靠性是非常关键的问题。
发明内容
本发明的目的在于：为解决以上问题提供一种结构简单、实用的全电子式电机转矩实时检测电路。
本发明所采用的技术方案是这样的：
一种全电子式电机转矩实时检测电路，包括电机三相电源接线U、V、W，
还包括CPU、电压互感器、电流互感器、峰值检波电路、电流放大及峰值检波电路、第一过零比较器、第二过零比较器、相对编码器，
所述电压互感器与所述三相电源接线任意两相电源接线连接，所述电压互感器输出两路信号，一路与所述第二过零比较器连接后再与CPU连接，一路与所述峰值检波电路连接后再与CPU连接；
所述电流互感器与所述三相电源接线任意一相连接，所述电流互感器输出两路信号，一路与所述第一过零比较器连接后再与CPU连接，一路与所述电流放大及峰值检波电路连接后再与CPU连接；
进一步地，所述相对编码器与所述CPU连接，输出速度方波信号。
进一步地，所述第一过零比较器输出50Hz方波，与所连接的相电源接线上电流相位一致。
进一步地，所述第二过零比较器输出50Hz方波，与所连接的所述两相电源接线上电压相位一致。
进一步地，所述相对编码器输出信号频率与电机转速成正比。
进一步地，所述CPU采用STM32F103系列32位ARM，具有16路12位模数通道，6组16位内部定时器，最大72MHz时钟。
综上所述，由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明简单实用，可优先检测电机实时转矩。
附图说明
图1为本发明的结构图。
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，一种全电子式电机转矩实时检测电路，包括电机三相电源接线U、V、W，还包括CPU、电压互感器、电流互感器、峰值检波电路、电流放大及峰值检波电路、第一过零比较器、第二过零比较器、相对编码器，
所述电压互感器与所述三相电源接线任意两相电源接线连接，所述电压互感器输出两路信号，一路与所述第二过零比较器连接后再与CPU连接，一路与所述峰值检波电路连接后再与CPU连接；
所述电流互感器与所述三相电源接线任意一相连接，所述电流互感器输出两路信号，一路与所述第一过零比较器连接后再与CPU连接，一路与所述电流放大及峰值检波电路连接后再与CPU连接；
所述相对编码器与所述CPU连接，输出速度方波信号，所述相对编码器输出信号频率与电机转速成正比。
所述第一过零比较器输出50Hz方波，与所连接的相电源接线上电流相位一致。
所述第二过零比较器输出50Hz方波，与所连接的所述两相电源接线上电压相位一致。
所述CPU采用STM32F103系列32位ARM，具有16路12位模数通道，6组16位内部定时器，最大72MHz时钟。
公式：
电机电功率
电机机械功率PN＝nT/9.55；
PN＝ηPD，T＝9.55；
其中：PD电机输入电功率，单位瓦W；U三相电机相电压有效值，单位伏特V；I三相电机相电流有效值，单位安倍A；电机电压电流相角，单位度；PN电机输出机械功率，单位瓦W；n电机输出轴转速，单位每分钟转速RPM；T电机输出轴转矩，单位牛顿米N.m；η电机效率。
由上述公式可知，只要实时测出相电压U，相电流I，电压电流相位角，电机转速n，就可计算出实时转矩，电机效率-转速(η-n)曲线由电机生产商提供，也可在转距平台实际测试获得。
如图1所示，UVW为电机的供电电源，PT是VW相电压互感器，CT是W相电流互感器，PA为通用峰值检波电路，输出信号UA是经过整定的VW相电压峰值采样信号，同样CA为电流放大及峰值检波电路，输出IA是经过整定的W相电流峰值采样信号，过零比较器U1A输出PHI为50Hz方波，与W相电流相位一致，过零比较器U1B输出PHU为50Hz方波，与VW相电压相位一致，CPU通过外部中断电路检测PHI和PHU的上升下降沿，再由内部定时器精确测定两者之间的时间差，由此计算出相位角模拟量IA和UA代表相电流和相电压，经过CPU内部快速模数转换电路测量出相应的数字量，由于是测量的正弦信号的峰值，所以要转换成有效值用于公式计算。相对编码器S由电机带动旋转输出方波信号SPEED，其频率与电机转速成正比，由于电机运行一周编码器S输出256个方波，CPU测量方波的周期可以精确跟踪电机转速n，CPU采用ST公司STM32F103系列32位ARM，具有16路12位模数通道，6组16位内部定时器，最大72MHz时钟，足以完成系统实时采样及运算任务。综上可获得相电压U，相电流I，电压电流相位角电机转速n，通过公式计算就可得出电机转矩。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种全电子式电机转矩实时检测电路，包括电机三相电源接线U、V、W，其特征在于：
还包括CPU、电压互感器、电流互感器、峰值检波电路、电流放大及峰值检波电路、第一过零比较器、第二过零比较器、相对编码器，
所述电压互感器与所述三相电源接线任意两相电源接线连接，所述电压互感器输出两路信号，一路与所述第二过零比较器连接后再与CPU连接，一路与所述峰值检波电路连接后再与CPU连接；
所述电流互感器与所述三相电源接线任意相连接，所述电流互感器输出两路信号，一路与所述第一过零比较器连接后再与CPU连接，一路与所述电流放大及峰值检波电路连接后再与CPU连接；
所述相对编码器与所述CPU连接，输出速度方波信号。
2.根据权利要求1所述的一种全电子式电机转矩实时检测电路，其特征在于：所述第一过零比较器输出50Hz方波，与所连接的相电源接线上电流相位一致。
3.根据权利要求1所述的一种全电子式电机转矩实时检测电路，其特征在于：所述第二过零比较器输出50Hz方波，与所连接的所述两相电源接线上电压相位一致。
4.根据权利要求1所述的一种全电子式电机转矩实时检测电路，其特征在于：所述相对编码器输出信号频率与电机转速成正比。
5.根据权利要求1所述的一种全电子式电机转矩实时检测电路，其特征在于：所述CPU采用STM32F103系列32位ARM，具有16路12位模数通道，6组16位内部定时器，最大72MHz时钟。
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