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专利名称：一种发电机转速检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机转速的抗干扰检测方法及其装置。
背景技术：
目前，发电机已广泛应 用于生产生活的各个领域，随着对电能质量越来越高的要求，对发电机的控制要求也越来越精确。发电机的转速是对发电机实施控制的重要依据参数之一。发电机工作时，转速检测电路既容易受到发电机的电磁干扰，又容易受到输出电能的共模干扰，因此转速检测的准确性和可靠性在很大程度上影响着对发电机的控制性能。目前对发电机转速检测的方法主要有两大类第一类是在发电机上安装辅助传感设备，如光电测速元件、霍尔元件等。这类方法要求对发电机现有装置进行拆装，增加了工作的强度，延长了工作时间，并且传感设备容易与发电机在机械结构和电气参数发生相互干涉。第二类方法是检测发电机的相绕组电压，通过降压电路及锁相环电路处理后，利用相电压与动力轴转速的关系，获取转速信息。这类方法简单易用，但相电压比较高，存在着高频干扰，后续信号处理电路复杂，从而导致器件成本增高。

发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种应用于发电机的低成本抗干扰能力强的转速检测方法及其电路，可降低发电机的转速检测成本，并显著提高转速信号检测的可靠性。本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤I)检测发电机副绕组的相电压；2)对检测到的副绕组相电压进行限幅，得到限幅后的交流信号；3)对限幅后的交流信号进行隔离，并调理成所需幅值的电压脉冲信号；4)对电压脉冲信号进行滤波，采用脉冲测速方法解算得到发电机转速。本发明提供实现上述方法的装置，包括发电机副绕组、输入限幅电路、电压调理电路、输出滤波电路和数字信号处理器。发电机副绕组是选取发电机任意一相定子绕组，选用与选定的定子绕组相同材质、规格、型号的导线，采用相同绕制方法，根据所需的电压等级相应减少发电机副绕组的绕线匝数，与选定的定子绕组同轴绕制；发电机副绕组的相电压输入限幅电路，使其不超过电压调理电路中隔离光耦的反向额定电压；将限幅后的模拟交流电压信号送入电压调理电路，电压调理电路利用两个单通道的光耦形成并联反馈的结构，将送入的经过限幅的模拟交流电压信号转换为数字脉冲信号，并将模拟交流电压信号与数字脉冲信号进行电气隔离；电压调理电路输出数字脉冲信号经过输出滤波电路进一步滤波后，送入数字信号处理器。数字信号处理器对脉冲信号进行采样，计算出发电机组的转速。所述的电压调理电路中，光耦I的原边发光二极管的阳极Hi端与光耦2的原边发光二极管的阴极Li端连接在一起，接到输入信号的一端；光耦I的原边发光二极管的阴极Li端与光耦2的原边发光二极管的阳极Hi端连接在一起，接到输入信号的另一端；光耦I的副边输出三极管的发射极Lo端与光耦2的副边输出三极管的集电极Ho端连接在一起作为调理信号的输出，光耦I的副边输出三极管的集电极Ho接数字信号处理器的电源，光耦2的副边输出三极管的发射极Lo端接数字信号处理器的电源地。这种并联反馈结构一方面将送入的经过限幅的模拟交流电压信号转换为数字信号处理器所需的数字脉冲信号，并改善脉冲信号的陡度；另一方面将交流电压信号与数字脉冲信号进行电气隔离，降低对转速信号检测电路的干扰。本发明的有益效果是采用定子副绕组产生与转速成比例的交流电压信号，既获取了转速信息，又可以降低检测电压等级，抑制转速检测的前段干扰，保证了检测电路与发电机组的机械、电气一致性；电压调理电路采用独特的光耦隔离并联交叉反馈结构，既降低了信号调理电路的结构和成本，又实现了模拟信号转变为数字信号、原边信号和副边信号的隔离、脉冲信号陡度调理的多重功能。


图I是本发明的结构原理图。图中，I-发电机定子副绕组；2_限幅电路；3_电压调理电路；4_光耦I ;5_光耦2 ;6-输出滤波器；7_数字信号处理器。
具体实施例方式本发明包括以下步骤I)检测发电机副绕组的相电压，作为转速信号源，送入后续的输入限幅电路；2)利用输入限幅电路对检测到的副绕组相电压进行限幅，限幅后的电压信号应当满足经后续电压调理电路中限流电阻产生的电流为光耦元件发光二极管的额定正向电流；3)将限幅后的信号送入电压调理电路，利用电压调理电路中两个单通道光耦对限幅后的交流信号进行隔离。两个光耦的原边发光二极管采用反向并联连接方式光耦I的原边发光二极管的阳极和光耦2的原边发光二极管的阴极连接在一起，接输入信号的一端；光耦I的原边发光二极管的阴极和光耦2的原边发光二极管的阳极连接在一起，接输入信号的另一端。两个光耦的副边三极管采用串联连接方式光耦I的副边三极管的集电极接调理电路副边电源的正端；光耦2的副边三极管的发射极接调理电路副边电源的负端；光耦I的副边三极管的发射极与光耦2的副边三极管的集电极连接在一起，作为调理电路输出信号的正端，调理电路输出信号的负端为调理电路副边电源的负端。当输入信号处于正半波时，光耦I的原边导通，光耦I的副边三极管饱和导通；光耦2的原边截止，光耦2的 副边三极管截止；调理电路的输出信号为幅值等于副边电源正端电位的直流电压信号。当输入信号处于负半波时，光耦I的原边截止，光耦I的副边三极管截止；光耦2的原边导通，光耦2的副边三极管饱和导通；调理电路的输出信号为幅值等于副边电源负端电位的直流电压信号。这样，就将输入交流电压信号调理成所需幅值的电压脉冲信号，并送入后续低通滤波电路。4)低通滤波电路对送入的调理过的电压脉冲信号进行滤波后送入数字信号处理器，对发电机转速信号的进行解算，解算的方法可以采用通用的脉冲测速方法。本发明提供实现上述方法的装置，包括发电机副绕组、输入限幅电路、电压调理电路、输出滤波电路和数字信号处理器。发电机副绕组的绕制是选取发电机任意一相定子绕组，选用与选定定子绕组相同材质、规格、型号的导线，采用相同绕制方法，根据所需的电压等级相应减少副绕组的绕线匝数。副绕组与选 定的定子绕组同轴绕制。运行时，通过检测副绕组的相电压，就得到与相应定子绕组相电压频率、相角相同，幅值按比例减小的相电压交流信号。副绕组的相电压作为转速信号的载体送入后续电路。输入限幅电路用来限制输入信号，使其不超过后续电压调理电路中隔离光耦的反向额定电压；电压调理电路利用两个单通道的光耦形成并联反馈的结构，即光耦I的原边发光二极管的阳极Hi端与光耦2的原边发光二极管的阴极Li端连接在一起，接到输入信号的一端；光耦I的原边发光二极管的阴极Li端与光耦2的原边发光二极管的阳极Hi端连接在一起，接到输入信号的另一端；光耦I的副边输出三极管的发射极Lo端与光耦2的副边输出三极管的集电极Ho端连接在一起作为调理信号的输出，光耦I的副边输出三极管的集电极Ho接数字信号处理器的电源，光耦2的副边输出三极管的发射极Lo端接数字信号处理器的电源地。这种并联反馈结构一方面将送入的经过限幅的模拟交流电压信号转换为数字信号处理器所需的数字脉冲信号，并改善脉冲信号的陡度；另一方面将交流电压信号与数字脉冲信号进行电气隔离，降低对转速信号检测电路的干扰。电压调理电路的输出信号经过输出滤波电路进一步滤波后，送入数字信号处理器。数字信号处理器对脉冲信号进行采样，计算出发电机组的转速。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。为了体现本发明的可实施性并突出其特点，副绕组采用I平方毫米的铜线绕制，匝数为2，与三相发电机A相绕组按相同绕制方式同轴绕制；限幅电路由2个18V、0. 5W的稳压管反向串联形成的支路和2个O. 5W的直插电阻构成T型网络；电压调理电路中的光耦I和光耦2采用2个同型号的TLP521-1光耦构成；输出滤波电路由100欧姆电阻和IOnF电容构成RC滤波电路；数字信号处理器采用dsPIC30F6010A。实例具体实施步骤如下I)将副绕组I作为转速初始信号源接入电路，副绕组I提供一对转速信号sin+和sin-，该转速信号被接入限幅电路2。本发明实例中，柴油发电机组正常运行时，副绕组I提供一对幅值为18V、与动力轴转速成正比的交流正弦信号，该交流正弦信号送入后续的限幅电路2。2)经过限幅电路2后得到一对经过限幅的交流信号sin*+和sin*-，幅值限定在限幅电路所设定的幅值范围内，经过限幅后的信号送入后续的电压调理电路。本发明实例设定幅值限制为18V，限幅电路采用2个同型号稳压管反向串联的形式实现交流限幅。经过限幅电路的交流信号被限制在(-18V +18V)范围内，并被送入后续电压调理电路3;3)电压调理电路3由光耦4和光耦5构成，送入电压调理电路的交流模拟信号被调理成幅值为V。》至V+间的电压脉冲信号，并送入后续的低通滤波电路。本发明实例中，送入电压调理电路3的交流模拟信号处于正半波时，光耦4的第一管脚(即输入端Hi)和光耦4的第二管脚(即输入端Li)承受正压导通，使得光耦4的第三管脚(即输出端Lo)的电平接近于光耦4的第四管脚(即输出端Ho)的电平；光耦5的第一管脚(即输入端Hi)和光耦5的第二管脚(即输入端Li)承受反压截止，使得光耦5的第三管脚(即输出端Lo)与光耦5的第四管脚(即输出端Ho)处于高阻态，此时V+至V·的信号为5V的高电平。当送入电压调理电路3的交流模拟信号处于负半波时，光耦4的Hi端和光耦4的Li端承受反压截止，使得光耦4的Lo端与光耦4的Ho端呈高阻态；光耦5的Hi端和光耦5的Li端承受正压导通，使得光耦5的第三管脚(即输出端Lo)与光耦5的第四管脚(即输出端Ho)的电压接近，此时V+至V·的信号为O. 5V的低电平。被调理成电压脉冲的转速信号进一步送入后续的低通滤波器。4)低通滤波器6为低通无源RC滤波器，进一步滤除电压脉冲信号中的高频干扰，变为V*· V*+之间的脉冲信号，具体范围为(O 5) V ;
5)经过滤波后的信号送入数字信号处理器7，数字信号处理器对输入的数字脉冲信号的上升沿进行捕获，由固化在其中的的程序进行发电机转速的解算，解算的方法如下(I)配置数字信号处理器对数字脉冲信号的上升沿进行捕获，捕获时记录配对定时器的计数值；(2)当有上升沿被捕获发生中断时，记录配对定时器的计数值，并判断配对定时器的溢出次数若定时器溢出次数大于预先设定的值，认为转速为零；否则捕获计数值=溢出次数*计数最大值+当前计数值；(3)以固定的时间更新实时转速的计算值，即实时转速=特定常数/捕获计数值，其中特定常数与电机的结构有关，可以由实验确定。(4)对实时转速进行软件滤波后作为最终转速的计算值。通过上述的硬件电路可在仅添加副绕组的情况下，将发电机的副绕组的输出模拟电压隔离变送为数字信号处理器容易识别的数字脉冲电压信号，再由固化在数字信号处理器的程序求出转速信号，从而完成对发电机组转速信号的准确可靠的检测。硬件电路和软件设计中有抗干扰及保护措施，大大提高了系统的可靠性和安全性。
权利要求
1.一种发电机转速检测方法，其特征在于包括下述步骤 1)检测发电机副绕组的相电压； 2)对检测到的副绕组相电压进行限幅，得到限幅后的交流信号； 3)对限幅后的交流信号进行隔离，并调理成所需幅值的电压脉冲信号； 4)对电压脉冲信号进行滤波，采用脉冲测速方法解算得到发电机转速。
2.一种实现权利要求I所述方法的发电机转速检测装置，包括发电机副绕组、输入限幅电路、电压调理电路、输出滤波电路和数字信号处理器，其特征在于发电机副绕组是选取发电机任意一相定子绕组，选用与选定的定子绕组相同材质 、规格、型号的导线，采用相同绕制方法，根据所需的电压等级相应减少发电机副绕组的绕线匝数，与选定的定子绕组同轴绕制；发电机副绕组的相电压输入限幅电路，使其不超过电压调理电路中隔离光耦的反向额定电压；将限幅后的模拟交流电压信号送入电压调理电路，电压调理电路利用两个单通道的光耦形成并联反馈的结构，将送入的经过限幅的模拟交流电压信号转换为数字脉冲信号，并将模拟交流电压信号与数字脉冲信号进行电气隔离；电压调理电路输出数字脉冲信号经过输出滤波电路进一步滤波后，送入数字信号处理器。数字信号处理器对脉冲信号进行采样，计算出发电机组的转速。
3.根据权利要求2所述的发电机转速检测装置，其特征在于所述的电压调理电路中，光耦I的原边发光二极管的阳极Hi端与光耦2的原边发光二极管的阴极Li端连接在一起，接到输入信号的一端；光耦I的原边发光二极管的阴极Li端与光耦2的原边发光二极管的阳极Hi端连接在一起，接到输入信号的另一端；光耦I的副边输出三极管的发射极Lo端与光耦2的副边输出三极管的集电极Ho端连接在一起作为调理信号的输出，光耦I的副边输出三极管的集电极Ho接数字信号处理器的电源，光耦2的副边输出三极管的发射极Lo端接数字信号处理器的电源地。
全文摘要
本发明公开了一种发电机转速检测方法及装置，发电机副绕组的相电压输入限幅电路，将限幅后的模拟交流电压信号送入电压调理电路，电压调理电路将送入的经过限幅的模拟交流电压信号转换为数字脉冲信号，并将模拟交流电压信号与数字脉冲信号进行电气隔离；电压调理电路输出数字脉冲信号经过输出滤波电路进一步滤波后，送入数字信号处理器。数字信号处理器对脉冲信号进行采样，计算出发电机组的转速。本发明可降低发电机的转速检测成本，抑制转速检测的干扰，并显著提高转速信号检测的可靠性。
文档编号G01P3/481GK102621345SQ20121010268
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者卢刚, 周勇, 周广伟, 张松松, 张玉峰, 李声晋, 李鑫, 杨静伟, 江修立, 王严伟, 魏世克 申请人:西北工业大学