CN220354095U - 一种热泵直流风机测速和调速系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种热泵直流风机测速和调速系统，具体涉及热泵直流风机技术领域，采用ADC采样对编码器的模拟信号进行收集，速度控制器根据实际旋转角速度与速度给定模块设定的旋转角速度获得角速度差值，通过PI速度调节器降低驱动器驱动控制的旋转角速度与实际旋转角速度差值，通过驱动器根据角速度信号对热泵直流风机电机进行驱动控制，对热泵直流风机进行实时测速与调速，保证给定和反馈的同步性，使热泵系统散热均匀，提高系统的稳定性，从而保持热泵直流风机转速稳定可以在减少噪音、节约能源、延长电机寿命和提高控制精度方面带来诸多好处。

Description

一种热泵直流风机测速和调速系统
技术领域
本实用新型涉及热泵直流风机技术领域，具体为一种热泵直流风机测速和调速系统。
背景技术
随着科技与各行各业的发展，小功率直流电机的应用越来越广泛，常见于工业设备、家用电器、医疗器械和电子产品等领域，然而直流风机的转速过快或过慢都会对其工作和性能产生不利影响，当热泵直流风机的转速过快，会导致风机的噪声过大、能耗增加和寿命减少。过快的转速会使风机的转子承受更大的力矩和惯性，从而可能导致风机发生振动和噪声，另外，高转速状态下，风阻会变大，会增加风机消耗的电能，导致能耗增加，同时，高速状态下风机温度上升加剧，使得风机的寿命大大缩短。当热泵直流风机的转速过慢，会导致热泵系统工作不稳定，甚至无法工作。过慢的转速会减小风机的风量和风压，风量不足会影响室内温度的调节，使得热泵系统无法正常工作，同时风压不足可能导致室内空气质量下降。如何精确控制电机转速，是工程实践中必须解决的问题，为了保证热泵直流风机的正常工作和性能，需要控制其风机转速，防止转速过快或过慢。传统的直流电机通过PWM占空比控制输出转速，实际转速会因为负载波动而波动，或是通过捕获cap口采集速度反馈信号的上升沿，对电机转速进行检测，使用这些采集方法容易造成cap口被重复利用，也不便于工程师进行布线设计。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，而提供一种热泵直流风机测速和调速系统，采用ADC采样对编码器的模拟信号进行收集，速度控制器根据实际旋转角速度与速度给定模块设定的旋转角速度获得角速度差值，通过PI速度调节器降低速度差值，通过驱动器根据角速度信号对热泵直流风机电机进行驱动控制，对热泵直流风机进行事实测速与调速，提高系统的稳定性。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种热泵直流风机测速和调速系统，其特征在于，包括：
编码器，所述编码器连接热泵直流风机电机与速度控制器，用于检测与采集所述热泵直流风机电机的旋转角速度信号；
速度给定模块，通过速度控制器与驱动器连接，用于将设定的旋转角速度信号传输至热泵风机电机；
速度控制器，用于将速度给定模块输出的旋转角速度信号和编码器采集的旋转角速度信号转化为角速度差，并根据所述角速度差对所述热泵直流风机电机旋转角速度信号进行调整；
驱动器，用于接收热泵风机旋转角速度信号，并根据所述角速度信号对所述热泵直流风机电机进行驱动控制。
进一步地，所述编码器通过ADC采样对所述编码器的模拟信号进行电路光耦隔离采集。
进一步地，通过所述模拟信号的高低电平信号转化为上升沿信号获取所述编码器旋转时的上升沿，所述编码器采集当前电压值转化为对应数字量，其中数字量大于2048的为高电平，数字量小于2048的为低电平。
进一步地，所述编码器根据模拟信号的周期和热泵直流风机的单圈脉冲数获取热泵直流风机的电机转速。
进一步地，所述速度控制器包括PI速度调节器，通过调节所述角速度差降低所述驱动器驱动控制的旋转角速度与实际旋转角速度差值。
进一步地，所述速度控制器根据实际旋转角速度与所述速度给定模块设定的旋转角速度获得所述角速度差值。
进一步地，所述热泵直流风机测速和调速系统的控制后台根据所述角速度差、PI速度调节器比例系数与PI速度调节器积分系数获得实际热泵直流风机电机旋转速度。
与现有技术相比，本实用新型至少含有以下有益效果：
(1)本实用新型所述的一种热泵直流风机测速和调速系统，采用ADC采样对编码器的模拟信号进行电路光耦隔离采集，从而对热泵直流风机进行测速；
(2)通过PI速度调节器降低驱动器驱动控制的旋转角速度与实际旋转角速度差值，对热泵直流风机进行调速；
(3)控制热泵直流风机实际转动速度与设定转动速度差值，使热泵直流风机系统散热均匀，提高系统的稳定性。
附图说明
图1为本实用新型一种热泵直流风机测速和调速系统的结构示意图；
图2为本实用新型一种热泵直流风机测速和调速系统速度控制器的结构示意图。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
实施例一
为了实时检测调节热泵直流风机转速，使热泵系统散热均匀，提高热泵系统稳定性，如图1所示，本实施例提供了一种热泵直流风机测速和调速系统，其特征在于，包括：
编码器，所述编码器连接热泵直流风机电机与速度控制器，用于检测与采集所述热泵直流风机电机的旋转角速度信号；
速度给定模块，通过速度控制器与驱动器连接，用于将设定的旋转角速度信号传输至热泵风机电机；
速度控制器，用于将速度给定模块输出的旋转角速度信号和编码器采集的旋转角速度信号转化为角速度差，并根据所述角速度差对所述热泵直流风机电机旋转角速度信号进行调整；
驱动器，用于接收热泵风机旋转角速度信号，并根据所述角速度信号对所述热泵直流风机电机进行驱动控制。
编码器与热泵直流风机和速度控制器相连接，编码器是带模拟信号的增量式编码器，检测热泵风机的旋转速度，通过ADC采样的方式对编码器的模拟信号进行12位ADC采样电路光耦隔离采集，将模拟信号转化为数字信号并传输给控制后台，使控制后台精准的控制热泵风机的转速；速度给定模块通过速度控制器与驱动器连接，用于将控制后台设定的热泵风机旋转角速度信号传输至热泵风机电机，对热泵风机电机进行预期初始速度控制；速度控制器用于将速度给定模块输出的旋转角速度信号和编码器采集的旋转角速度信号转化为角速度差，根据角速度差调整热泵风机的电机旋转角速度信号；驱动器用于接收热泵风机旋转角速度信号并根据角速度信号对热泵直流风机电机进行驱动控制，防止热泵风机电机旋转过快或过慢，从而实时跟踪热泵风机旋转速度，保证给定速度与反馈速度的同步性，使热泵风机系统散热均匀，提高系统的稳定性。
进一步地，通过模拟信号的高低电平信号转化为上升沿信号获取编码器旋转时的上升沿，编码器采集当前电压值转化为对应数字量，其中数字量大于2048的为高电平，数字量小于2048的为低电平。
进一步地，编码器根据模拟信号的周期和热泵直流风机的单圈脉冲数获取热泵直流风机的电机转速。
如图2所示，在速度控制器中包含ADC速度采集模块与上升沿转换模块，ADC速度采集模块用于DSP芯片AD口采集编码器发出的0V-3.3V电压值，获得高低电平信号,并将电压值转化为相对应的数字量，其中数字量2048为1.65V，当数字量大于2048的为高电平，数字量小于2048的为低电平；上升沿转换模块将采集到的具体为当前电平由低电平变到高电平时，置高电平标志INPUT_HIGHT＝1，同时启动cpu定时器cputimer0进行计时，下一次由低电平变到高电平时，放置高电平标志INPUT_HIGHT＝2，同时使用ADC速度采集模块对cpu定时器中的cputimer0的值ReadCpuTimer0Counter()进行获取，从而获得两个相邻脉冲沿之间的时间；编码器根据模拟信号的周期和热泵直流风机的单圈脉冲数获取热泵直流风机的电机转速，满足如下公式：
式中，n为热泵直流风机的电机转速，f为热泵直流风机的旋转频率，z为热泵直流风机的单圈脉冲数。
进一步地，速度控制器包括PI速度调节器，通过调节角速度差降低驱动器驱动控制的旋转角速度与实际旋转角速度差值。
PI速度调节器用于调节热泵风机旋转速度，通过调节角速度差降低驱动器驱动控制的旋转角速度与实际旋转角速度差值，使风机驱动器的输出旋转速度与实际旋转速度的误差接近于零。速度控制器根据实际旋转角速度与速度给定模块设定的旋转角速度获得角速度差值，满足如下公式：
e＝θ3-θ2
式中，e为角速度差值，θ3为实际旋转角速度，θ2为速度给定模块设定的旋转角速度。
进一步地，热泵直流风机测速和调速系统的控制后台根据角速度差、PI速度调节器比例系数与PI速度调节器积分系数获得实际热泵直流风机电机旋转速度，满足如下公式：
ω＝Kp·e+Ki·∫e·dt
式中，ω为实际热泵直流风机电机旋转速度，Kp为PI速度调节器比例系数，Ki为速度调节器积分系数。以此系统在控制后台实时监控热泵风机旋转速度，保证给定和反馈的同步性，使热泵系统散热均匀，提高系统的稳定性。
综上所述，本实用新型所述的一种热泵直流风机测速和调速系统，采用ADC采样对编码器的模拟信号进行收集，速度控制器根据实际旋转角速度与速度给定模块设定的旋转角速度获得角速度差值，通过PI速度调节器降低驱动器驱动控制的旋转角速度与实际旋转角速度差值，通过驱动器根据角速度信号对热泵直流风机电机进行驱动控制，对热泵直流风机进行实时测速与调速，保证给定和反馈的同步性，使热泵系统散热均匀，提高系统的稳定性，从而保持热泵直流风机转速稳定可以在减少噪音、节约能源、延长电机寿命和提高控制精度方面带来诸多好处。
需要说明，本实用新型中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
另外，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神所定义的范围。

Claims (7)

1.一种热泵直流风机测速和调速系统，其特征在于，包括：
编码器，所述编码器连接热泵直流风机电机与速度控制器，用于检测与采集所述热泵直流风机电机的旋转角速度信号；
速度给定模块，通过速度控制器与驱动器连接，用于将设定的旋转角速度信号传输至热泵风机电机；
速度控制器，用于将速度给定模块输出的旋转角速度信号和编码器采集的旋转角速度信号转化为角速度差，并根据所述角速度差对所述热泵直流风机电机旋转角速度信号进行调整；
驱动器，用于接收热泵风机旋转角速度信号，并根据所述角速度信号对所述热泵直流风机电机进行驱动控制。
2.如权利要求1所述的一种热泵直流风机测速和调速系统，其特征在于，所述编码器通过ADC采样对所述编码器的模拟信号进行电路光耦隔离采集。
3.如权利要求2所述的一种热泵直流风机测速和调速系统，其特征在于，通过所述模拟信号的高低电平信号转化为上升沿信号获取所述编码器旋转时的上升沿，所述编码器采集当前电压值转化为对应数字量，其中数字量大于2048的为高电平，数字量小于2048的为低电平。
4.如权利要求3所述的一种热泵直流风机测速和调速系统，其特征在于，所述编码器根据模拟信号的周期和热泵直流风机的单圈脉冲数获取热泵直流风机的电机转速。
5.如权利要求1所述的一种热泵直流风机测速和调速系统，其特征在于，所述速度控制器包括PI速度调节器，用于通过调节所述角速度差，降低所述驱动器驱动控制的旋转角速度与实际旋转角速度差值。
6.如权利要求5所述的一种热泵直流风机测速和调速系统，其特征在于，所述速度控制器根据实际旋转角速度与所述速度给定模块设定的旋转角速度获得所述角速度差值。
7.如权利要求6所述的一种热泵直流风机测速和调速系统，其特征在于，所述热泵直流风机测速和调速系统的控制后台根据所述角速度差、PI速度调节器比例系数与PI速度调节器积分系数获得实际热泵直流风机电机旋转速度。
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