CN105425149B - 一种交流电机驱动系统检测装置 - Google Patents

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Abstract

一种交流电机驱动系统检测装置，包括直流供电部分、控制计算机部分、通信部分和急停控制部分。直流供电部包含高压直流可调供电电源(4)，用于给被测交流电机供电；所述的控制计算机部分安装有电机控制上位机模块，控制被测交流电机旋转并实时监测被测交流电机的运行参数；所述的通信部分集成有CAN数据交换卡和控制线束接口，用于所述电机控制上位机模块与被测交流电机控制器之间的通信；所述的急停控制部分包括弱电急停和封锁脉冲急停，用于实现被测交流电机的紧急停车。所述的控制计算机部分通过USB接口与通信部分相连接，通信部分通过控制线束与被测交流电机的控制器相连接；供电急停开关(6)与所述48V直流电源(1)连接。

Description

一种交流电机驱动系统检测装置
技术领域
本发明涉及一种用于交流电机驱动系统状态检测装置。
背景技术
随着交流电机控制技术的发展，使得交流电机的控制性能能够和直流电机相媲美，由于交流电机的可靠性和经济性，交流电机的应用越来越普遍，广泛应用于交通、电力、航天等各种场合。电机驱动系统作为电机控制的核心部件，电机驱动系统的性能及状态直接影响交流电机调速性能的好坏。但是现有的电机驱动系统检测装置，需要供电电源(低压电源及高压电源)、控制计算机、通信线路、负载等测试设备，直流电源体积大、重量重，一般放置在一个固定的地方，很难移动，CAN数据交换卡需提供专用的线缆，控制电脑包括主机和显示器，体积较大、携带不便。对于外出实验，如野外车辆电机测试、水上船用电机测试等场合，由于不具备检测条件，电机如果出现故障只能拿回实验室进行检测，检测周期长、延误实验时间；传统的检测方法步骤繁琐，需要一个人控制高压供电电源，一个人控制计算机，一个人记录状态，至少需要三个人协作才能完成检测工作，电机检测的效率非常低，严重制约着检测的效率及质量。
现有交流电机驱动系统检测方式如下：
首先，用万用表检测电机驱动系统正负极母线对机壳的阻抗是否正常；然后，接上电机的供电电源和控制线束，保证在弱电下电机控制器和控制计算机通讯正常；最后，将电机的强电开通，对电机驱动系统进行强电考核，观察上位机显示的电机运行状态，检验电机是否正常。
上述检测过程需要一个人控制高压供电电源，一个人控制计算机，一个人记录状态，至少需要三个人协作才能完成检测工作，大大降低了检测人员的工作效率。由于高压供电电源体积都很庞大，可移动性能很差，在某些特殊场合(比如野外或者室外)，无法进行被测试电机的状态检测及故障排查工作。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中检测设备体积大、移动不方便、检测繁琐、耗时长等缺点，提出一种用于交流电机驱动系统状态检测的装置。
本发明交流电机驱动系统状态检测的装置包括直流供电部分、控制计算机部分、通信部分和急停控制部分。
所述的直流供电部主要包含高压直流可调供电电源，分配有电机供电接口，用于给被测交流电机供电。所述的控制计算机部分控制被测交流电机旋转并实时监测被测交流电机的运行参数。所述的通信部分集成有CAN数据交换卡和控制线束接口，用于所述电机控制上位机模块与被测交流电机控制器之间的通信。所述的急停控制部分包括弱电急停和封锁脉冲急停，用于实现电机的紧急停车。
所述的直流供电部分由220V市电供电，能够方便的与普通电源接口进行兼容，提供强电和弱电输出。强电为被测交流电机的正负母线提供动力电源，并且电压线性可调，可以匹配不同电压等级的电机。弱电为被测交流电机的控制器提供电源，保证主控板和电机驱动正常工作。
所述的控制计算机部分包括控制计算机和电机控制上位机模块，电机控制上位机模块安装在控制计算机内，电机控制上位机模块能够实现如下功能：(1)发送指令转速，控制被测交流电机旋转，实时显示被测交流电机的实际转速；(2)在线显示被测交流电机的运行状态，包括电流、电压、转速、故障等几十个电机运行参数；(3)存储电机运行的各项参数，并且对保存的数据进行解析绘图。
所述的通信部分包括CAN数据交换卡和控制线束接口。CAN数据交换卡搭建了电机控制上位机模块和被测交流电机控制器通讯链路，实现电机控制上位机模块和被测交流电机控制器的实时数据交互，并且CAN数据交换卡作为通讯媒介具有抗干扰性强、通信速度快的优点；电机控制上位机模块通过控制线束与被测交流电机的控制器连接。
所述的急停部分实现供电紧急断开。供电急停按钮与所述的直流供电部分的高压直流可调供电电源相串联，能够在紧急状况下实现掉电。
直流供电部分通过正负极母线与被测交流电机连接，为被测交流电机提供强电，直流供电部分通过控制线束与被测交流电机的控制器相连接，为被测交流电机的控制器提供弱电。控制计算机部分通过USB接口与通信部分相连接，通信部分通过控制线束与被测交流电机的控制器相连接，组成检测装置。
本发明的工作过程如下：
(1)将本发明检测装置和被测交流电机的动力电缆和信号线缆连接，直流供电部分为被测电机提供强电和弱电；
(2)所述的控制计算机部分电机控制上位机模块控制被测电机工作，并检测被测交流电机的电压、电流、转速是否正常。所述通信部分的CAN数据交换卡为电机控制上位机模块和被测交流电机控制器提供通信链路，设置通信参数，通过电机控制上位机模块的界面信息确认通讯是否正常，如果电机控制上位机模块接收到被测交流电机的运行参数，则通信正常；反之，则通信不正常；
(3)打开被测交流电机的强电开关，所述检测装置的直流供电部分为电机提供动力电源。电机控制上位机模块发送指令转速，控制电机运转，从电机控制上位机模块的界面观测电压、电流、转速等被测交流电机运行参数，并实时存储。通过观测电机控制上位机模块界面中指令转速和实测的电机转速，判定被测交流电机是否正常工作，如果实测转速和指令转速的误差在1％以内，则被测交流电机工作正常；否则存在故障；
(4)被测交流电机运行结束后，关闭电机强电开关和弱电开关，打开放电开关，释放电容中的剩余电压；
(5)导出电机控制上位机模块存储的电机运行参数信息，包括电压、电流、转速等，以便进一步分析电机运行状态。
本发明实现了对交流电机驱动系统检测装置及操作的简化，把直流电源、通信电路、控制计算机集成为一个检测设备，检测设备的大小只有0.5m*0.5m*0.5m，大大减小了检测装置的体积。本发明检测设备安装有滑轮，方便携带。尤其是在不具备检测条件的地方，本发明可以大大节省电机检测的时间。本发明电机控制上位机模块可以控制被测电机工作，并且可以实时的显示被测电机的运行参数，包括电压、电流、转速等信息。如果被测电机运行出现故障，电机控制上位机模块还能显示被测电机的故障信息，包括过流、过压、短路、超速等。通过电机控制上位机模块能够实现自动化检测，检测时间短、效率高，检测过程只需一人独立操作便可完成，提高了电机检测的效率。
附图说明
图1为交流电机驱动系统快速检测装置的电路原理图；
图2为电机控制上位机模块控制流程图；
图3为被测交流电机控制器流程图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，本发明包括直流供电部分、控制计算机部分、通信部分和急停控制部分。
直流供电部分提供强电和弱电。强电供电电路中，220V接线插头13与220V接线端子14的输入端相连，220V接线端子14与高压、可调直流电源4的输入端相连，高压、可调直流电源4的输出端与110V接线端子7相连接，110V接线端子7与动力航插Ⅱ8的输入端相连接，110V接线端子7的正极与放电电阻5相连，放电电阻5与放电开关15的输入端相连，放电开关15的输出端与110V接线端子7的负极相连接。强电供电电路不仅可以为电机提供动力电，而且具有放电电路，能够为控制器中的电筒提供放电回路。弱电供电电路中，220V接线端子14的输出端与48V直流电源1的输入端相连接，48V直流电源1的输出端的正极与急停开关6相连，急停开关6与信号航插Ⅲ12的输入端相连，48V直流电源1的输出端的负极与信号航插Ⅲ12的输入端相连，弱电供电电路为电机控制器提供48V供电电压。
控制计算机部分中，220V接线端子14的输出端与控制计算机2的输入端相连接，控制计算机2的CAN接口与CAN数据交换卡3的USB接口相连接，控制计算机通过电机控制上位机模块控制被测交流电机旋转，实时监测被测交流电机的运行状态，包括电流、电压、转速、故障码等电机运行参数，存储被测交流电机的运行参数，并且对所保存的数据进行解析绘图。
电机控制上位机模块通过CAN通信部分将转速指令发送给被测交流电机的控制器，控制被测交流电机转速。同时，被测交流电机的控制器将检测到的电压、电流等被测交流电机的运行参数，上传给电机控制上位机模块，电机控制上位机模块接收到被测交流电机运行参数后，将电机参数信息显示在电机控制上位机模块的界面上并存储。测试结束后，可以利用所储存的电机运行参数分析电机的状态。
图2所示为电机控制上位机模块的控制程序流程图，它包括发送线程和接收线程。图3所示为被测交流电机控制器的控制流程图，它包括发送线程和接收线程。电机控制上位机模块将转速指令发送至被测交流电机的控制器，被测交流电机的控制器接收到转速指令后，控制电机旋转，并实时将电机的状态信息上传到电机控制上位机模块，电机控制上位机模块将接收到数据显示到电机控制上位机模块的界面上，当电机发生故障时，电机控制上位机模块的界面对应的故障灯亮起，快速对电机故障定位。电机控制上位机模块和电机控制器通过发送线程和接收线程进行数据交互，实现对电机的控制和对电机状态的在线监测。
通信部分，控制计算机2的CAN接口与CAN数据交换卡3的USB接口相连接，CAN数据交换卡3与信号航插Ⅲ12的输入端相连接，通信部分采用CAN数据交换器作为通信媒介，具有抗干扰性强、通信速度快的优点。
CAN数据交换卡3能够稳定实现10k～1Mbps的速率通信，它可以同时挂载多个节点，各个节点之间实现自由通讯，CAN总线上任意节点可以在任意时刻主动的向网络上其他节点发送信息而不分主次。CAN数据交换卡3还具有循环冗余校验(CRC)功能，在每一帧报文中加入冗余检查可保证数据传输的正确性，大大提高了数据传输的可靠性。
急停部分，48V直流电源1的输出端的正极与急停开关6相连，急停开关6与信号航插Ⅲ12的输入端相连，能够在紧急状况下实现紧急停车，能够有效避免电机飞车，大大提高了系统的安全性。
本发明的工作过程如下：
(1)将本发明检测装置和被测交流电机的动力电缆和信号线缆连接，直流供电部分为被测电机提供强电和弱电；
(2)所述的控制计算机部分电机控制上位机模块控制被测电机工作，并检测被测交流电机的电压、电流、转速是否正常。所述通信部分的CAN数据交换卡为电机控制上位机模块和被测交流电机控制器提供通信链路，设置通信参数，通过电机控制上位机模块的界面信息确认通讯是否正常，如果电机控制上位机模块接收到被测交流电机的运行参数，则通信正常；反之，则通信不正常。
(3)打开电机的强电开关，直流供电部分为电机提供动力电源，电机控制上位机模块发送转速指令，控制电机运转，从电机控制上位机模块的界面观测电压、电流、转速等被测交流电机运行参数，并实时存储。通过观测电机控制上位机模块界面中指令转速和实测的电机转速判定被测交流电机是否正常工作，如果实测转速和指令转速的误差在1％以内，则被测交流电机工作正常；否则存在故障。
(4)被测交流电机运行结束后，关闭电机强电开关和弱电开关，打开放电开关，释放电容中的剩余电压；
(5)导出电机控制上位机模块存储的电机运行参数信息，包括电压、电流、转速等，以便进一步分析被测交流电机的运行状态。

Claims (4)

1.一种交流电机驱动系统检测装置，其特征在于，所述的交流电机驱动系统检测装置包括直流供电部分、控制计算机部分、通信部分和急停控制部分；所述的交流电机驱动系统检测装置的被测试对象包括电动机和被测试控制器两部分；
所述的交流电机驱动系统检测装置通过检测装置的航插、动力电缆(9)、信号电缆(11)及被测试对象的航插与被测试对象相连接；所述的检测装置的航插包括信号航插III(12)和动力航插II(8)，航插集成于所述的检测装置上；所述的被测试对象的航插包括控制器信号航插1(10)、控制器信号航插2(10)和动力航插I(16)，航插集成于被测试对象中的被测试控制器上；
所述的直流供电部分用于给被测试控制器供电；所述的控制计算机部分包括控制计算机(2)和装于其内的电机控制上位机模块，控制被测交流电机旋转并实时监测被测交流电机的运行参数；所述的通信部分集成有CAN数据交换卡和控制线束接口，用于所述电机控制上位机模块与被测交流电机控制器之间的通信；所述的急停控制部分包括弱电急停和封锁脉冲急停，用于实现被测交流电机的紧急停车；
所述的直流供电部分通过动力电缆(9)、信号电缆(11)为被测试对象提供直流电；所述的直流供电部分包含高压直流可调供电电源(4)，高压直流可调供电电源(4)通过110V接线端子(7)、动力航插II(8)、动力电缆(9)、动力航插I(16)为被测试控制器提供强电；直流供电部分还包含48V直流电源(1)，48V直流电源(1)通过信号航插III(12)、信号电缆(11)、信号航插(10)为被测试控制器提供弱电；所述的控制计算机部分通过USB接口与通信部分相连接，通信部分通过控制线束与被测交流电机的控制器相连接；供电急停开关(6)与所述48V直流电源(1)连接。
2.根据权利要求1所述的交流电机驱动系统检测装置，其特征在于，所述的直流供电部分提供强电和弱电；强电供电电路中，220V接线插头(13)与220V接线端子(14)的输入端相连，220V接线端子(14)与高压可调直流供电电源(4)的输入端相连，高压可调直流供电电源(4)的输出端与110V接线端子(7)相连接，110V接线端子(7)与动力航插Ⅱ(8)的输入端相连接，110V接线端子(7)的正极与放电电阻(5)相连，放电电阻(5)与放电开关(15)的输入端相连，放电开关(15)的输出端与110V接线端子(7)的负极相连接；所述的直流供电部分弱电供电电路中，220V接线端子(14)的输出端与48V直流电源(1)的输入端相连接，48V直流电源(1)的输出端的正极与急停开关(6)相连，急停开关(6)与信号航插Ⅲ(12)的输入端相连，48V直流电源(1)的输出端的负极与信号航插Ⅲ(12)的输入端相连，弱电供电电路为电机控制器提供48V供电电压。
3.按照权利要求1所述的交流电机驱动系统检测装置，其特征在于，所述的控制计算机部分中，220V接线端子(14)的输出端与控制计算机(2)的输入端相连接，控制计算机(2)的CAN接口与CAN数据交换卡(3)的USB接口相连接，控制计算机(2)通过电机控制上位机模块控制被测交流电机旋转，实时监测被测交流电机的运行状态。
4.按照权利要求3所述的交流电机驱动系统检测装置，其特征在于，所述的电机控制上位机模块通过CAN通信部分将转速指令发送给被测交流电机的控制器，控制被测交流电机转速；同时，被测交流电机的控制器将检测到的电压、电流这些被测交流电机的运行参数，上传给电机控制上位机模块，电机控制上位机模块接收到被测交流电机运行参数后，将电机参数信息显示在上位机界面上并存储。
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