CN108761264A - 一种旋转变压器编码器接线故障检测方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种旋转变压器编码器接线故障检测方法、装置及系统，该接线故障检测方法预先设置电机定子的输入电流与旋转变压器转子理论旋转角度的对应关系，然后控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度后，控制器向电机定子输入目标电流，然后获取目标电流对应的当前转子角度以及所述转子理论旋转角度，比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，如果是，确定所述待检测旋转变压器处于第一接线状态，如果否，确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态并发出警报。可见，本方案能够对旋转变压器的接线故障进行检测，当出现接线故障时发出警报，以警示操作人员，避免造成事故。

Description

一种旋转变压器编码器接线故障检测方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及新能源电机控制技术领域，具体涉及一种旋转变压器编码器接线故障检测方法、装置及系统。

背景技术

旋转变压器的输出电压会随着转子角度变化而变化，因此在电机控制系统中，常用来获取电机的转子位置。

如图1所示，旋转变压器具有一个一次侧绕组(激励绕组)和两个二次侧绕组(反馈绕组)，其中，两个二次侧绕组(u1以及u2)呈90度正交设置。当在激励绕组上施加一个高频的激励电压后，反馈绕组上就能得到幅值受转子位置调制的高频感应电压，通过一定的解码算法即可得到电机的转子位置。

具体的，如图2所示，假设在激励绕组上施加高频的激励正弦电压u0，那么，在反馈绕组上就能得到幅值受转子位置调制的反馈正弦电压u1以及反馈余弦电压u2，其数学表达式为：

u₀(t)＝U₀·sin(ω_reft)

u₁(t)＝U₀·k·sin(ω_reft)·sinε

u₂(t)＝U₀·k·sin(ω_reft)·cosε

其中，ω_ref是激励正弦电压的角频率，ε为转子的角度。

发明人发现，目前使用旋变解码芯片以及软件解码获得电机转子的角度，通过硬件调理电路将旋转变压器的模拟信号端子引出，连接到旋转变压器上。由于旋转变压器具有激励正、激励负、正弦正、正弦负、余弦正以及余弦负共六根接线，为了进行区别，通常采用不同的颜色将导线进行标注。

然而，一旦发生接线错误，会造成安全隐患，因此，如何提供一种旋转变压器编码器接线故障检测方法，是本领域技术人员亟待解决的一大技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种旋转变压器编码器接线故障检测方法，能够检测旋转变压器是否发生接线故障，进而进行接线故障报警。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种旋转变压器编码器接线故障检测方法，预先设置电机定子的输入电流与旋转变压器转子理论旋转角度的对应关系，所述旋转变压器编码器接线故障检测方法包括：

控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度；

获取目标电流对应的当前转子角度以及所述转子理论旋转角度；

比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，如果是，确定所述待检测旋转变压器处于第一接线状态，如果否，确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态并发出警报。

可选的，所述控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度，包括：

对所述待检测旋转变压器同轴安装的同步电机的定子输入预设电流矢量，牵引所述待检测旋转变压器的转子进行预设角度的旋转。

可选的，所述同步电机的定子的输入电流包括d轴电流以及q轴电流，

相应的，所述比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，包括：

控制所述q轴电流为第一预设电流值，控制所述d轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述d轴电流小于预测检测电流时，比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，若否，确定所述待检测旋转变压器处于接线故障状态；

控制所述d轴电流为第二预设电流值，控制所述q轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值小于所述预设差值时，比对所述q轴电流是否大于所述预测检测电流或所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否大于所述预设差值，若是，确定所述待检测旋转变压器处于所述接线故障状态。

一种旋转变压器编码器接线故障检测装置，预先设置电机定子的输入电流与旋转变压器转子理论旋转角度的对应关系，所述旋转变压器接线故障检测装置包括：

控制模块，用于控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度；

获取模块，用于获取目标电流对应的当前转子角度以及所述转子理论旋转角度；

比对模块，用于比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，如果是，确定所述待检测旋转变压器处于第一接线状态，如果否，确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态并发出警报。

可选的，所述控制模块包括：

控制单元，用于对所述待检测旋转变压器同轴安装的同步电机的定子输入预设电流矢量，牵引所述待检测旋转变压器的转子进行预设角度的旋转。

可选的，所述同步电机的定子的输入电流包括d轴电流以及q轴电流，

相应的，所述比对模块包括：

第一比对单元，用于控制所述q轴电流为第一预设电流值，控制所述d轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述d轴电流小于预测检测电流时，比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，若否，确定所述待检测旋转变压器处于接线故障状态；

第二比对单元，用于控制所述d轴电流为第二预设电流值，控制所述q轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值小于所述预设差值时，比对所述q轴电流是否大于所述预测检测电流或所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否大于所述预设差值，若是，确定所述待检测旋转变压器处于所述接线故障状态。

一种旋转变压器编码器接线故障检测系统，包括控制器以及任意一项上述的旋转变压器编码器接线故障检测装置；

所述控制器接收用户输入的接线故障检测触发信号；

基于所述接线故障检测触发信号，所述控制模块控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度。

可选的，所述控制器设置有显示屏；

所述显示屏用于显示所述待检测旋转变压器的接线状态，所述接线状态包括所述第一接线状态以及所述第二接线状态。

可选的，还包括报警装置；

所述报警装置与所述旋转变压器接线故障检测装置相连，用于当所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值大于预设差值时，发出警报。

可选的，所述预设差值包括10°。

基于上述技术方案，本发明实施例提供了一种旋转变压器编码器接线故障检测方法，预先设置电机定子的输入电流与旋转变压器转子理论旋转角度的对应关系，然后控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度后，输入目标电流，然后获取目标电流对应的当前转子角度以及所述转子理论旋转角度，比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，如果是，确定所述待检测旋转变压器处于第一接线状态，如果否，确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态并发出警报。可见，本方案能够对旋转变压器的接线故障进行检测，当出现接线故障时发出警报，以警示操作人员，避免造成事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为旋转变压器的接线端示意图；

图2为旋转变压器的输入输出电压的波形示意图；

图3为本发明实施例提供的一种旋转变压器编码器接线故障检测方法的流程示意图；

图4为采用本发明实施例提供的一种旋转变压器编码器接线故障检测方法的判定流程图；

图5为本发明实施例提供的一种旋转变压器编码器接线故障检测装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种旋转变压器编码器接线故障检测系统的判定示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，旋转变压器一旦发生接线错误，会造成安全隐患。目前的检测旋变信号接线是否正确通常是依靠操作员人为检测，存在较大的风险。而一旦旋变信号出现了反接这种错误的情况，电机控制系统中所得到的转子角度与真实值会出现较大的偏差，因此系统在运行过程中会出现严重的转矩振荡现象，甚至电机的旋转方向与指令值相反，在实际运行中会带来较大的安全隐患。

然而，发明人发现，信号线出现反接的情况下，利用旋变解码芯片或软件解码的方式不能够进行检测，因为其信号并没有降级或者消失，只是其相位关系出现了错误导致解码角度与真实值出现较大偏差。

基于此，本发明实施例提供了一种旋转变压器编码器接线故障检测方法，可以将该方法集成到电机控制系统中，自动检测旋转变压器是否发生接线故障，提高了接线故障检测的安全性。

具体的，请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种旋转变压器编码器接线故障检测方法的流程示意图，该接线故障检测方法预先设置电机定子的输入电流与旋转变压器转子理论旋转角度的对应关系，例如，当输入电流为I1时，转子顺时针旋转，又如，当输入电流为I2时，转子逆时针旋转等。

该旋转变压器接线故障检测方法包括：

S31、控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度；

其中，可以利用I/f(电流-频率比)方法控制电机定子电流，将电机转子位置牵引至预设的角度angle_ref，即，所述控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度，包括：对所述待检测旋转变压器同轴安装的同步电机的定子输入预设电流矢量，牵引所述待检测旋转变压器的转子进行预设角度的旋转。

示意性的，通过向电机注入幅值恒定、角度可控的电流矢量，牵引电机的转子作特定的旋转。当设定这个电流矢量的角度后，转子就会定子磁场的作用下吸引至特定的角度上。

需要说明的是，在牵引过程中若发现旋变解码的角度值不随此电流矢量的角度值变化，则可认为旋转变压器出现了断线故障。除此，在本实施例中，并不限定预设的角度angle_ref的值，例如，预设的角度angle_ref可以为0°、90°、180°、270°等角度，优先选取4个互差90度的位置点进行检测。

S32、获取目标电流对应的当前转子角度以及所述转子理论旋转角度；

上文已经预先设置电机定子的输入电流与旋转变压器转子理论旋转角度的对应关系，那么一个目标电流就会对应一个转子理论旋转角度，当输入该目标电流后，获取当前的转子角度，设定该当前转子角度为目标电流对应的当前转子角度。

S33、比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，如果是，确定所述待检测旋转变压器处于第一接线状态，如果否，确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态并发出警报。

其中，在获取了当前转子角度以及转子理论旋转角度后，对比二者的差值是否小于预设值，如10度，当差值小于预设值时，认为未出现接线故障，即确定所述待检测旋转变压器处于第一接线状态，当差值大于预设值时，认为出现了接线故障，即确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态。

具体的，本实施例提供了一种旋转变压器编码器接线故障检测方法的具体实现函数，其中，所述同步电机的定子的输入电流包括d轴电流以及q轴电流。

相应的，所述比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，包括：

控制所述q轴电流为第一预设电流值，控制所述d轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述d轴电流小于预测检测电流时，比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，若否，确定所述待检测旋转变压器处于接线故障状态；

控制所述d轴电流为第二预设电流值，控制所述q轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值小于所述预设差值时，比对所述q轴电流是否大于所述预测检测电流或所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否大于所述预设差值，若是，确定所述待检测旋转变压器处于所述接线故障状态。

示意性的，定义角度α为解码后的转子角度，定义δ为角度检测阈值，取δ＝10°，定义Err_flag为接线检测的标志变量，定义i_max表示最大检测电流，若负载较大，可以将i_max设置成比较大的值。

结合图4，首先利用I/f控制将电机转子位置牵引至angle_ref后，分别以斜坡的方式缓慢增加d轴、q轴的输出电流，同时软件检测转子角度是否按照期望的方式旋转，如果否(比如反转)，则告警并将标志变量Err_flag赋值为false。

具体的，设定信号激励正用“Exc+”表示，激励负用“Exc-”表示，正弦正用“Sin+”表示，正弦负用“Sin-”表示，余弦正用“Cos+”表示，余弦负用“Cos-”表示。

那么假设激励正Exc+以及激励负Exc-发生反接，其余信号接线正确。则原正余弦解调信号是[cosε sinε]^T，接线错误后解调信号变为[-cosε -sinε]^T，可知当真实角度为ε时，解码模块得到的转子角度为ε+180°，与真实值相差180度，则当给定转矩为正时，实际输出转矩为负值，电机转向与期望相反，此时确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态并发出警报。

同理，假设余弦正Cos+和余弦负Cos-反接、其余信号接线正确，那么，原信号[cosεsinε]变为[-cosε sinε]，即真实角度为0度时，解码角度变为180度，而真实角度为180时解码角度为0度，真实角度与解码角度的差值超过10度，因此确定待检测旋转变压器处于第二接线状态。

可见，本方案能够对旋转变压器的接线故障进行检测，当出现接线故障时发出警报，以警示操作人员，避免造成事故。

在上述实施例的基础上，本实施例还提供了一种旋转变压器编码器接线故障检测装置，如图5所示，该装置与上述方法相对应，预先设置电机定子的输入电流与旋转变压器转子理论旋转角度的对应关系，所述旋转变压器编码器接线故障检测装置包括：

控制模块51，用于控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度；

获取模块52，用于获取目标电流对应的当前转子角度以及所述转子理论旋转角度；

比对模块53，用于比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，如果是，确定所述待检测旋转变压器处于第一接线状态，如果否，确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态并发出警报。

可选的，所述控制模块包括：

控制单元，用于对所述待检测旋转变压器同轴安装的同步电机的定子输入预设电流矢量，牵引所述待检测旋转变压器的转子进行预设角度的旋转。

可选的，所述同步电机的定子的输入电流包括d轴电流以及q轴电流，

相应的，所述比对模块包括：

第一比对单元，用于控制所述q轴电流为第一预设电流值，控制所述d轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述d轴电流小于预测检测电流时，比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，若否，确定所述待检测旋转变压器处于接线故障状态；

第二比对单元，用于控制所述d轴电流为第二预设电流值，控制所述q轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值小于所述预设差值时，比对所述q轴电流是否大于所述预测检测电流或所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否大于所述预设差值，若是，确定所述待检测旋转变压器处于所述接线故障状态。

该装置实施例的工作原理请参见上述方法实施例。

除此，本发明实施例还提供了一种旋转变压器编码器接线故障检测系统，包括控制器以及任意一项上述的旋转变压器编码器接线故障检测装置；

其中，所述控制器接收用户输入的接线故障检测触发信号；

基于所述接线故障检测触发信号，所述控制模块控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度。

可选的，所述控制器设置有显示屏；

所述显示屏用于显示所述待检测旋转变压器的接线状态，所述接线状态包括所述第一接线状态以及所述第二接线状态。

可选的，还包括报警装置；

所述报警装置与所述旋转变压器接线故障检测装置相连，用于当所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值大于预设差值时，发出警报。

可选的，所述预设差值包括10°。

示意性的，如图6所示，对该系统的工作流程进行说明：

1.进入旋变接线故障检测，将标志变量Err_flag初始化为“true”。

2.angle_ref＝0°，调用功能函数func1()。

3.angle_ref＝90°，调用功能函数func1()。

4.angle_ref＝180°，调用功能函数func1()。

5.angle_ref＝270°，调用功能函数func1()。

6.若Err_flag＝“true”则旋变的接线正常。若Err_flag＝“false”则说明旋变的信号线接线出现错误，则告警。

其中，步骤2、3、4、5的执行顺序可以任意设置。

综上，本发明实施例提供了一种旋转变压器编码器接线故障检测方法、装置及系统，该接线故障检测方法预先设置电机定子的输入电流与旋转变压器转子理论旋转角度的对应关系，然后控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度后，输入目标电流，然后获取目标电流对应的当前转子角度以及所述转子理论旋转角度，比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，如果是，确定所述待检测旋转变压器处于第一接线状态，如果否，确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态并发出警报。可见，本方案能够对旋转变压器的接线故障进行检测，当出现接线故障时发出警报，以警示操作人员，避免造成事故。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种旋转变压器编码器接线故障检测方法，其特征在于，预先设置电机定子的输入电流与旋转变压器转子理论旋转角度的对应关系，所述旋转变压器编码器接线故障检测方法包括：

控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度；

获取目标电流对应的当前转子角度以及所述转子理论旋转角度；

比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，如果是，确定所述待检测旋转变压器处于第一接线状态，如果否，确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态并发出警报。

2.根据权利要求1所述的旋转变压器编码器接线故障检测方法，其特征在于，所述控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度，包括：

对所述待检测旋转变压器同轴安装的同步电机的定子输入预设电流矢量，牵引所述待检测旋转变压器的转子进行预设角度的旋转。

3.根据权利要求2所述的旋转变压器接线故障检测方法，其特征在于，所述同步电机的定子的输入电流包括d轴电流以及q轴电流，

相应的，所述比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，包括：

控制所述q轴电流为第一预设电流值，控制所述d轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述d轴电流小于预测检测电流时，比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，若否，确定所述待检测旋转变压器处于接线故障状态；

控制所述d轴电流为第二预设电流值，控制所述q轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值小于所述预设差值时，比对所述q轴电流是否大于所述预测检测电流或所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否大于所述预设差值，若是，确定所述待检测旋转变压器处于所述接线故障状态。

4.一种旋转变压器编码器接线故障检测装置，其特征在于，预先设置电机定子的输入电流与旋转变压器转子理论旋转角度的对应关系，所述旋转变压器接线故障检测装置包括：

控制模块，用于控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度；

获取模块，用于获取目标电流对应的当前转子角度以及所述转子理论旋转角度；

比对模块，用于比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，如果是，确定所述待检测旋转变压器处于第一接线状态，如果否，确定所述待检测旋转变压器处于第二接线状态并发出警报。

5.根据权利要求4所述的旋转变压器编码器接线故障检测装置，其特征在于，所述控制模块包括：

控制单元，用于对所述待检测旋转变压器同轴安装的同步电机的定子输入预设电流矢量，牵引所述待检测旋转变压器的转子进行预设角度的旋转。

6.根据权利要求5所述的旋转变压器编码器接线故障检测装置，其特征在于，所述同步电机的定子的输入电流包括d轴电流以及q轴电流，

相应的，所述比对模块包括：

第一比对单元，用于控制所述q轴电流为第一预设电流值，控制所述d轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述d轴电流小于预测检测电流时，比对所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否小于预设差值，若否，确定所述待检测旋转变压器处于接线故障状态；

第二比对单元，用于控制所述d轴电流为第二预设电流值，控制所述q轴电流按照预设斜坡坡度增加，当所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值小于所述预设差值时，比对所述q轴电流是否大于所述预测检测电流或所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值是否大于所述预设差值，若是，确定所述待检测旋转变压器处于所述接线故障状态。

7.一种旋转变压器编码器接线故障检测系统，其特征在于，包括控制器以及如权利要求4-6中任意一项所述的旋转变压器编码器接线故障检测装置；

所述控制器接收用户输入的接线故障检测触发信号；

基于所述接线故障检测触发信号，所述控制模块控制待检测旋转变压器的转子位置至预设角度。

8.根据权利要求7所述的旋转变压器编码器接线故障检测系统，其特征在于，所述控制器设置有显示屏；

所述显示屏用于显示所述待检测旋转变压器的接线状态，所述接线状态包括所述第一接线状态以及所述第二接线状态。

9.根据权利要求8所述的旋转变压器编码器接线故障检测系统，其特征在于，还包括报警装置；

所述报警装置与所述旋转变压器接线故障检测装置相连，用于当所述当前转子角度以及所述转子理论旋转角度的差值大于预设差值时，发出警报。

10.根据权利要求9所述的旋转变压器编码器接线故障检测系统，其特征在于，所述预设差值包括10°。