WO2012034417A1 - 同步发电机瞬时转速测量方法 - Google Patents

Description

同步发电机瞬时转速测量方法

本申请要求于 2010年 9月 13日提交中国专利局、申请号为 201010278957.4、 发明名称为 "同步发电机瞬时转速测量方法" 的中国专利申请的优先权， 其全 部内容通过引用结合在本申请中。 技术领域

本发明涉及测量技术领域， 尤其涉及一种同步发电机瞬时转速测量方法。 背景技术

同步发电机的转速不仅直接影响输出电压和频率， 而且也是控制原动机 (水轮机、 汽轮机或是内燃机） 的重要参数， 同时在风力发电领域还是精确 地实现四象限整流控制的保证， 为此监测同步发电机的转速有着重大意义。 目前， 对于同步发电机转速的测量主要有两种方法， 第一种方法是采用设置 转速传感器的测试系统， 不但结构复杂、 成本高， 而且安装和调试十分不便， 同时还需要与之配套接口电路， 电路设计也非常麻烦； 另一种方法是通过检 测同步发电机三相输出电压的某一相电压的频率值， 进而计算出同步发电机 的转速， 但此种方法存在检测周期长、 检测精度低等缺点， 不能用于需要对 转速进行瞬时检测控制系统中。 发明内容

本发明提供一种同步发电机瞬时转速测量方法， 用以解决现有技术中， 由于结构复杂， 造成成本高、 安装和调试十分不便的问题， 通过执行计算机 程序实现同步发电机瞬时转速的测量， 并且结构简单、 操作方便， 降低测试 系统成本。

本发明提供的同步发电机瞬时转速测量方法， 依次按如下步骤进行： a、 程序初始化， 将 Ual、 Ubl、 Ucl、 Ua2均赋予零； b、 同步检测三相电压瞬时值 Ua0、 Ub0、 UcO;

c、 计算 Ual的积分值 Uas;

d、 计算 Ubl与 Ucl的差值 Ubc;

e、 判断是否 Ual大于或等于 Ua2且 Ual大于或等于 UaO, 是则将 Uas 赋予零，判断 Uas或 Ubc是否等于零；否则直接判断 Uas或 Ubc是否等于零； f、 Uas或 Ubc等于零， 则将 Ual的值赋给 Ua2, 再将 UaO、 UbO、 UcO 的值分别赋给 Ual、 Ubl , Ucl ; Uas与 Ubc均不等于零， 计算 Ubc与 Uas的 比值， 既电机转速角速度 ω , 再计算电机转速 η=60 ω/2 π ρ, 显示或通过通讯 接口外传转速， 之后将 Ual的值赋给 Ua2, 再将 UaO、 UbO、 UcO的值分别赋 给 Ual、 Ubl , Ucl ;

g、 重复 b〜f步骤。

本发明可通过执行计算机程序实现对同步发电机转速的测量， 无需设置 速度传感器， 所用测试系统结构简单、 操作方便， 可直接降低测试成本， 同 时具有检测速度快， 精度高等优点。 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一简单地介绍， 显而易见地， 下 面描述中的附图是本发明的一些实施例， 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是本发明实施例的流程图。

图 2是本发明实施例通过 MATLAB仿真结果示意图。 具体实施方式

为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发 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、 完整地描述， 显然， 所描述的实施例是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于 本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

在本实施例中， 检测系统的上位机是数字信号处理器 TMS320F28335 , 并 以并行连接方式将 AD7656的 16位数据线直接连接至 TMS320F28335的 16数 据总线上， 具有简单、 稳定的特点。 TMS320F28335是 TI公司最新推出的 DSP 芯片， 具有 150MHz的高速处理能力， 具备 32位浮点处理单元， 它既具有数 字信号处理能力， 又具有强大的事件管理能力和嵌人式控制功能及浮点运算 能力。 AD7656是一款 6通道、 16b i t高精度、 同步采样的模数转换器， 速率 可达 250M kps , 可选择 -5V ~ 5 V或 -10V ~ +10 V双极性模拟输入， 为正弦波 输出电压的瞬时采样提供了方便。

如图 1所示， 本发明依次按如下步骤进行：

a、 程序初始化， 将 Ual、 Ubl、 Ucl、 Ua2均赋予零；

b、 同步检测三相电压瞬时值 UaO、 UbO、 UcO;

d、 计算 Ubl与 Ucl的差值 Ubc;

e、 判断是否 Ual大于或等于 Ua2且 Ual大于或等于 UaO, 是则将 Uas赋 予零， 再判断 Uas或 Ubc是否等于零； 否则直接判断 Uas或 Ubc是否等于零； f、 Uas或 Ubc等于零， 则将 Ual的值赋给 Ua2 , 再将 UaO、 UbO、 UcO的 值分别赋给 Ual、 Ubl、 Ucl ; Uas与 Ubc均不等于零，计算 Ubc与 Uas的比值， 既电机转速角速度 ω , 再计算电机转速 η=60 ω /2 π ρ, 在显示器上显示转速 或通过通讯接口将速度值外传至控制中心， 之后将 Ual 的值赋给 Ua2 , 再将 UaO、 UbO、 UcO的值分别赋给 Ual、 Ubl、 Ucl ;

g、 重复 b-f 步骤。

三相电压瞬时值的检测、同步发电机角速度 ω及转速 η的计算是在 EPWM1 中断中执行的， 设 EPWM1中断时间周期为 20us。 检测原理：

本发明是通过同时检测同步发电机三相交流输出电压瞬时值， 计算出同 步发电机的角速度 ω, 再根据电机同步转速公式 n = 60f p, 及角速度公式

60 ω

2nf, 可以得出电机同步转速 n ( 为电机的极对数 )

2irp 同步发电机三相交流输出电压分别用 Ua、 Ub、 Uc表示:

Ua = UiZQSiM ( 1 )

Ub = ί/cosOt- 2 /3) (2)

Uc = Ucos(iiit- 4;i/3) ( 3) 对公式（1)积分：

a

a dt = I IFcosi tdt = ― sin¾t + C (4) 对于公式（4) ,如果，积分限为 [2k Ji/£ ,T)其中 T的取值范围为 [2k π/ω,

(k=0,l,2-) ， 则公式（4)可以写成：

, Ua dt = ― sim 'T (5)

Ά ω

公式（2)减公式（3)得：

Ub Uc =U (cos(i¾i― 2?ί/3)― cos(i:di― 4?r/3))

-2U(&in(mt― π)

Ub -- Uc = sm ωΐ. (6) 将公式（6)中变量 t的取值范围定义为 [2 τ/ ,^) ， k=0,l,2-) 可得:

Ub-Uc = sin ωΤ (TG[2k ι ， ]， k=0, 1 ,2…） (7) 公式（ ⁷ ) 除以公式（ ⁵ )得： (8)

由公式（8)可知， 等于 B相电压与 C相电压的之差除以 ^倍 A相电压的 积分， 条件是积分限为 [2kii/0 , GO) ， 其中 ΤΕ[21ζ /ω,∞]， k=0,l,2'"]。

通过 MATLAB仿真可以证明公式（8) 的正确性。

设 = 2π， U=5贝 :

Ua =5 cos2:frt

Ub = 5 c s(2irt- 2πβ)

Uc = 5 cos(2nt- 4πβ)

仿真结果如图 2所示：

曲线 1为 Ub - Uc = 5V3 sm2?it; 曲线 2为 Ua =5 CQsliit; 曲线 3为 _ν £ΐ , Oa dt, 由仿真结果可以看出， 只要积分的起始点为 2k / , 则曲线 3为正弦波， 与曲线 1同相位。 曲线 4为 w= ' ， 即曲线 1与曲线 3之商， 等于常数 2π, 与 所设 ω值相同， 进而验证了公式（8) 的正确性。 在实际的检测系统中， 如果采用 C adt (Te[2k ，∞]， k=0,l,2-) ， 如只考虑积分的起始点为 2kTT/£， 则由于 Ua幅值是变化的及 系统的离散性， 随着时间的推移， 积分的结果将产生严重的偏差。 由上图曲 线 3可以看出， 在 T e [2k ， 2{k + 1·):Ϊ/¾>]区间内 , Ua的积分曲线周期性 变化， 且在每个周期开始时， Ua的积分均为零。 因此， 可使

[2k H/« , 2(k - 1)π/ω] , 并周期性修正积分的结果。 采用的方法是当检测到

Ua的最大值时， 对 Ua的积分结果进行清零修正， 并开始对 Ua进行积分， 直 到下一次检测到 Ua的最大值。 检测 Ua的最大值的方法是： 设 Ua2、 Ual分别 为 Ua的上两次及上一次的采样结果， UaO为本次检测结果， 如果 Ual >=Ua2 且 Ual >=UaO , 检测 Ual的时刻为 Ua的最大值点。

最后应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案， 而非对其 限制； 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技术 人员应当理解： 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或 者对其中部分技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换， 并不使相应技 术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

权 利 要 求 书

1、一种同步发电机瞬时转速测量方法，其特征在于依次按如下步骤进行： a、 程序初始化， 将 Ual、 Ubl、 Ucl、 Ua2均赋予零；

b、 同步检测三相电压瞬时值 Ua0、 Ub0、 UcO;

c、 计算 Ual的积分值 Uas;

d、 计算 Ubl与 Ucl的差值 Ubc;

e、 判断是否 Ual大于或等于 Ua2且 Ual大于或等于 UaO, 是则将 Uas 赋予零，判断 Uas或 Ubc是否等于零；否则直接判断 Uas或 Ubc是否等于零； f、 Uas或 Ubc等于零， 则将 Ual的值赋给 Ua2, 再将 UaO、 UbO、 UcO 的值分别赋给 Ual、 Ubl , Ucl ; Uas与 Ubc均不等于零， 计算 Ubc与 Uas的 比值， 既电机转速角速度 ω , 再计算电机转速 η=60 ω/2 π ρ, 显示或通过通讯 接口外传转速， 之后将 Ual的值赋给 Ua2, 再将 UaO、 UbO、 UcO的值分别赋 给 Ual、 Ubl , Ucl ;

g、 重复 b〜f步骤。