CN216696584U - 一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置，包括：传感器模块，对电机三相电压和三相电流的六通道进行同步采样、获取电梯永磁同步电机在工作过程中的电压信息和电流信息；模数转换电路，接收传感器模块传送的模拟量电压和电流信息；处理芯片模块，对模数转换电路传送来的三相电压、三相电流的数字量信息进行记录，记录待测电梯在不同载重量下电梯主机运行时的电压和电流数据，并计算待测主机的空载反电动势；显示器，接收处理芯片模块传送的空载反电动势信息并进行显示。该电路采用有源滤波电路对电压信号及电流信号进行信号分离，滤除掉有害杂波对信号的影响，通过mcu控制液晶屏对数据显示，提供了良好的人机交互界面。

Description

一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置

技术领域

本发明涉及永磁同步电机控制领域，尤其涉及一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置。

背景技术

目前用于永磁同步电机退磁检测的技术主要针对于局部退磁与均匀退磁两种故障类型。在局部退磁检测方面，主要是根据局部退磁故障会使得永磁同步电机气隙磁通存在不对称性的特性，在电流、扭矩、振动和声学四个方面对永磁同步电机的运行数据进行分析，通过提取局部退磁引起的故障特征量来对退磁故障进行诊断。通过逆变器向PMSM中注入幅值和频率可编程的信号，并对信号进行处理来提取故障诊断所需的指标。然而以上方法都需要对电机的编码器数据进行采集，以此来获取转速与转子角度数据。在实际现场中，编码器通常存在封装且数据通信引出困难，经常会造成电路损坏或者数据丢失的现象，并且不适用于特种设备检测人员对电梯主机进行现场检测。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置，传感器模块，对电机三相电压和三相电流的六通道进行同步采样、获取电梯永磁同步电机在工作过程中的电压信息和电流信息；

模数转换电路，接收传感器模块传送的模拟量电压和电流信息、并将其转换成数字量电压电流信息；

处理芯片模块，对模数转换电路传送来的三相电压、三相电流的数字量信息进行记录，记录待测电梯在不同载重量下电梯主机运行时的电压和电流数据，并计算待测主机的空载反电动势；

显示器，接收处理芯片模块传送的空载反电动势信息并进行显示。

所述模数转换电路包括运放电路和模拟采集电路，所述运放电路的输出端与模拟采集电路相连接，

所述运放电路包括多个串联设置的分压电阻、有源滤波电路和电压比例信号电路，所述分压电阻的一端与有源滤波电路相连接，所述有源滤波电路与电压比例信号电路相连接；

所述有源滤波电路包括串联设置的电阻R30、电阻R29、电容C24、电容C25 和运放器，所述电阻R29的一端与电阻R30相连接、另一端与运放器的第三引脚相连接，所述电容C24的一端与电阻R30相连接、另一端与运放器的第2引脚相连接，所述电容C25的一端与电阻R29相连接、另一端与运放器的第4引脚相连接；

所述电压比例信号电路包括电阻R31和电阻R32，所述电阻R31与运放器的第5引脚相连接，所述电阻R32与运放器的第7引脚相连接；

所述模拟采集电路包括ADC采集芯片、π型滤波电路、电压基准芯片和一阶LC滤波电路，

所述π型滤波电路包括电阻R43、电阻R44和多个电容，所述π型滤波电路的输出端与ADC采集芯片的第14引脚相连接，

所述一阶LC滤波电路包括电感U17、电容C74和电容C75，所述电容C74 和电容C75并联再与电感U17串联连接，所述一阶LC滤波电路的输出端与ADC 采集芯片的第20引脚相连接。

所述处理芯片模块采用型号为stm32h743iit6的处理器。

所述传感器模块包括电压传感器和电流传感器。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置，该电路采用有源滤波电路对电压信号及电流信号进行信号分离，滤除掉有害杂波对信号的影响，该电路采用高精度模数转换器，对信号进行采样处理，满足采样运算处理及对信号分析的要求，运算处理采样高性能MCU处理单元，该MCU具有处理浮点运算专用通道，缩短运算时间，并保证计算的高精度运算。通过mcu控制液晶屏对数据显示，提供了良好的人机交互界面。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明装置的功能模块图；

图2为本发明装置中模数转换电路中运放电路的电路原理图；

图3为本发明装置中模数转换电路中模拟采集电路的电路原理图；

图4为本发明装置中处理芯片模块的电路原理图；

图5为本发明装置中显示器的电路原理图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置，包括传感器模块、模数转换电路、处理芯片模块和显示器。

所述传感器模块对电机三相电压和三相电流的六通道进行同步采样、获取电梯永磁同步电机在工作过程中的电压信息和电流信息，实际应用过程中可以采用三个高精度低响应时间的电压传感器与三个同为高精度低响应时间的电流传感器进行同步测量，电压传感器和电流传感器一端与电机接线端连接，实现对电机三相电压与三相电流的六通道同步采样，并将采集模拟量传送到模数转换模块。

所述模数转换电路接收传感器模块传送的模拟量电压和电流信息、并将其转换成数字量电压电流信息。模数转换模块采用六通道高速AD转换器，实现对三相电压、电流信号进行并行的实时模数转换。模数转换器一端与电压传感器、电流传感器连接，获取采集到的电压电流模拟量，一端与处理芯片连接，将采集到的电压电流数据转换成数字量传送给处理芯片模块。

所述处理芯片模块采用dsp处理器对采集到的电压、电流信号进行记录，并进行后续计算。处理芯片模块采用分时传输的方式来对模数转换模块传送来的数字量电压电流信息进行记录，来实现六通道同步采样。实际应用中，首先使用处理芯片模块对待测电梯处于20％、50％、80％额定载重量下，电梯主机的三相电压、三相电流数据进行记录，然后使用滑模算法，对以上三种负载条件下待测主机的空载反电动势进行估算，并根据不同负载条件下估算结果的差异，自动调节电阻、电感参数，来修正引起估算结果差异的各项误差，使得在新的电阻、电感参数下，三种负载计算得到的空载反电动势相逼近，并取其平均值作为最终的空载反电动势计算结果。最后将空载反电动势计算结果传送给显示器进行显示。

所述显示器实现对待测电梯主机电压、电流采集操作的开始与结束控制；设立参数输入界面，可手动输入待测主机的定子电阻、d、q轴电感参数、滑模增益与滤波频率，并将其作为滑模算法的初始参数；接收处理芯片模块传送的空载反电动势信息，并将获取的空载反电动势结果进行显示。

进一步的，所述模数转换电路包括运放电路和模拟采集电路，所述运放电路的输出端与模拟采集电路相连接。

如图2所示，所述运放电路包括多个串联设置的分压电阻、有源滤波电路和电压比例信号电路，所述分压电阻的一端与有源滤波电路相连接，所述有源滤波电路与电压比例信号电路相连接。其中分压电阻采用10k电阻串联分压原理，因输入电压范围超出模数转换器的输入范围，需要对输入信号进行分压，和采用保存处理。该电路将输入后的分压值通过有源滤波电路进行滤波，滤波截止频率为100kHz，滤除外部高次频率信号对采集器的干扰，有源滤波电路可以准确的控制滤波截止频率。滤波器器芯片采样ADA4077-2芯片，供电采用± 5V供电。ADA4077-2的增益带宽积为3.6MHZ，完全满足该滤波器需求。本设计共需要3路电压采集和3路电流采集。其电压采集和电流采集电路完全相同如图3共6路，分别对应电压采集和电流采集。电压和电流采集端，分别接入对应的A N端子处。输出信号INA分别连接模拟采集电路的CN3或CN4端子处。

所述有源滤波电路包括串联设置的电阻R30、电阻R29、电容C24、电容C25 和运放器，所述电阻R29的一端与电阻R30相连接、另一端与运放器的第三引脚相连接，所述电容C24的一端与电阻R30相连接、另一端与运放器的第2引脚相连接，所述电容C25的一端与电阻R29相连接、另一端与运放器的第4引脚相连接；其中模拟信号通过R18、R19、R20、R28、R27串联电阻分压，对运放器3号引脚进行电压限制保护，

所述电压比例信号电路包括电阻R31和电阻R32，所述电阻R31与运放器的第5引脚相连接，所述电阻R32与运放器的第7引脚相连接。所述电压比例信号电路可以提高信号的驱动能力以及提供模拟采集电路的精度。

进一步的，如图3所示，所述模拟采集电路包括ADC采集芯片、π型滤波电路、电压基准芯片和一阶LC滤波电路。其中ADC采集芯片为高精度24位ADC 采集芯片，通过倍频采样处理，该采集芯片采集速率可以达到100kHZ。同时该采集芯片自带电压增益功能。通过电压增益设置，可以对低量程电压进行放大采集处理，保证其采样精度。该采集芯片采样外部基准电压芯片REF3033进行基准设置。REF3033基准芯片电压精度位0.2％。温度系数位75ppm/℃，输出电流为25mA。满足该采集系统精度。所述模拟采集电路需要2路如图3所示的电路，其连接关系完全相同。模拟信号连接在CN3或CN4端子处。24位ADC采集芯片采用SPI通讯方式，其SPI通讯引脚分别连接到处理器芯片的SPI接口处。

运放电路的信号输出OUTA连接在CN3端子3号引脚出，电阻R43、R44及电容C71、C72、C73组成π型滤波电路，滤波后的信号输出到U19的14号引脚处，U19的CS、SCLK、DIN、DOUT引脚为SPI通讯引脚，通过R45、R46、R47、 R48上拉电阻进行信号上拉处理，U18为电压基准芯片，产生电压基准为U19芯片提供基准。U17电感及电容C74、C75组成一阶LC滤波电路，所述电容C74和电容C75并联再与电感U17串联连接，所述一阶LC滤波电路的输出端与ADC采集芯片的第20引脚相连接，对DC5V电源进行滤波，保证U19芯片的供电稳定性。

进一步的，如图4所示，所述处理芯片模块采用stm32h743iit6芯片,stm32h743iit6采用Cortex M7内核，具有16KB指令/数据Cache，采用ST独有的自适应实时加速技术(ART Accelerator)，性能高达5CoreMark/MHz。同时有更丰富的外设，拥有高达1060KB的片内SRAM，并且支持SDRAM、带 TFTLCD控制器、带图形加速器(Chorme ART)、带摄像头接口(DCMI)、带硬件 JPEG编解码器、带QSPI接口、带SAI&I2S音频接口、带SPDIF RX接口、 16位ADC、12位DAC、DMA、USB高速OTG、真随机数发生器、OTP存储器等。更高的性能，STM32H743最高运行频率可达400Mhz，具有6级流水线，带有指令和数据Cache，大大提高了性能，是F7的两倍，F4的四倍。而且 STM32H7xx自带了双精度硬件浮点单元(DPFPU)，在做DSP处理的时候，具有更好的性能。其TFTLCD接口连接到显示屏对应的TFTLCD接口。SPI接口连接到模拟采集电路中的SPI接口。处理器分别控制显示屏幕的内容显示，及电压电流模拟信号的采集及数据的运算。

进一步的，如图5所示，显示屏幕采用电容触摸屏，电容屏是利用人体感应进行触点检测控制,不需要直接接触或只需要轻微接触,通过检感应电流来定位触摸坐标。分辨率为800*480，接口为并行24位RGB接口，触摸屏接口为IIC 接口。颜色格式为：RGB888，颜色深度为：最大24位。触摸点数：最多5点同时触摸。控制电压为5V。其通讯方式采用TFTLCD控制，LCD端子分别连接到处理器的TFTLCD接口处。SGM315芯片负责信号通路的连接，该芯片6号引脚负责通道的选着功能，6号引脚为高电平时，4号引脚和1号引脚连同，6号引脚为低电平时，4号引脚和1号引脚断开连接，通过SGM315芯片的通道的断开与连接，控制屏幕的文字及图形的正向及方向显示。TFTLCD采用DC5V供电，RGBLCD 端子的1脚及2脚连接在DC5V电源处，并通过C54 100nf电容，对电源高次谐波进行滤除。保证TFTLCD的供电不受外接的电磁干扰。RGBLCD端子的34、35 号引脚通过上拉电阻R77、R78 10K电阻，保证信号的通讯稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置，其特征在于包括：

传感器模块，对电机三相电压和三相电流的六通道进行同步采样、获取电梯永磁同步电机在工作过程中的电压信息和电流信息；

模数转换电路，接收传感器模块传送的模拟量电压和电流信息、并将其转换成数字量电压电流信息；

处理芯片模块，对模数转换电路传送来的三相电压、三相电流的数字量信息进行记录，记录待测电梯在不同载重量下电梯主机运行时的电压和电流数据，并计算待测主机的空载反电动势；

显示器，接收处理芯片模块传送的空载反电动势信息并进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置，其特征在于：所述模数转换电路包括运放电路和模拟采集电路，所述运放电路的输出端与模拟采集电路相连接，

所述运放电路包括多个串联设置的分压电阻、有源滤波电路和电压比例信号电路，所述分压电阻的一端与有源滤波电路相连接，所述有源滤波电路与电压比例信号电路相连接；

所述有源滤波电路包括串联设置的电阻R30、电阻R29、电容C24、电容C25和运放器，所述电阻R29的一端与电阻R30相连接、另一端与运放器的第三引脚相连接，所述电容C24的一端与电阻R30相连接、另一端与运放器的第2引脚相连接，所述电容C25的一端与电阻R29相连接、另一端与运放器的第4引脚相连接；

所述电压比例信号电路包括电阻R31和电阻R32，所述电阻R31与运放器的第5引脚相连接，所述电阻R32与运放器的第7引脚相连接；

所述模拟采集电路包括ADC采集芯片、π型滤波电路、电压基准芯片和一阶LC滤波电路，

所述π型滤波电路包括电阻R43、电阻R44和多个电容，所述π型滤波电路的输出端与ADC采集芯片的第14引脚相连接，

所述一阶LC滤波电路包括电感U17、电容C74和电容C75，所述电容C74和电容C75并联再与电感U17串联连接，所述一阶LC滤波电路的输出端与ADC采集芯片的第20引脚相连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置，其特征在于：所述处理芯片模块采用型号为stm32h743iit6的处理器。

4.根据权利要求1所述的一种用于电梯永磁主机的在线退磁检测装置，其特征在于：所述传感器模块包括电压传感器和电流传感器。

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