专利名称：一种智能型的异步电机转矩转速测量系统的制作方法
技术领域：
一种智能型的异步电机转矩转速测量系统技术领域[0001]本实用新型涉及一种新型的异步电机转矩转速测量系统，采用纯软件及数字化技术来实现电机的转矩转速测量。
背景技术：
[0002]电机的转矩转速测量在工业中被广泛应用，对于电力系统参数检测和电机的实时运行状态监控具有非常重要的意义，其测量的准确度和便利性直接影响到电机的维护和监控。在电机的教学中也大量使用转矩转速测试仪来检测电机参数，由于一般转矩转速测试仪在设计原理上就存在先天不足，导致测量的准确度不高，其使用寿命也不长。在设备的维修和更新过程中消耗大量的人力和财力，因此有必要设计一种新颖的转矩转速测量仪来扭转这种局面。[0003]传统的转矩转速测试仪的测量原理无非有以下的几种，如传递法、平衡力法及能量转化法。[0004]1、传递法[0005]传递法是将被测转矩传递到弹性元件上，根据弹性元件物理参数的变化来测量转矩的方法。变化的参数可以是变形、应力、或应变等，电机主轴旋转时所产生的弹性变形引起贴在扭轴表面的电阻应变片阻值的变化，通过传感器转换成相应的电信号，形成应变型转矩传感器。[0006]2、平衡力法[0007]平衡力法是通过外加已知的与被测转矩方向相反的转矩，当传动轴静止或勻速转动时，外加转矩与被测转矩相等。这种方法简单，但必须通过另外一种方法测量外加的转矩或力及力臂，这样会对测量引入一定的累计误差。[0008]3、能量转化法[0009]能量转化法是通过利用能量守恒的原理间接测量转矩，实现过程有一定的难度。[0010]对于电机的转矩测量，以上都是基于机械式的传感器，将扭矩的大小转化为物理参数的变化来进行测量，存在体积大、耗材多、在实际工作中易损坏等缺点。该转矩传感器损坏率极高，导致维修工作量大，成本高。实用新型内容[0011]本实用新型主要在分析电机动态模型的基础之上，提出了一种采用软件技术测量转矩、转速的方法，大大地提高了测量的稳定性，有效地减小了测量仪的体积和重量。[0012]采用电参量对电机转矩进行测量时，需要知道电机的输入电压、电流及一些基本参数，采用电压模型法和电流模型法在对磁链和转矩进行观测时，由于定子、转子电阻在运行过程中受温度影响较大，导致观测结果误差较大，本实用新型所采用的转矩测量方法避免了这种影响，提高了测量精度。[0013]本实用新型主要是通过下述技术方案实现[0014]一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，其特征在于，包括[0015]异步电机基本参数检测模块对异步电机的基本电压、电流、功率参数进行测量， 测量中采用高精度的电压和电流传感器；[0016]异步电机转速测量�？椴捎霉獾缱患际趵床饬孔伲晒獾缈胤⒊龊焱夤猓� 通过光敏三极管就输出的高低电平的频率来测量转速，高低电平脉冲信号经过整形处理后，形成规则的矩形脉冲送入计算机电路进行处理；[0017]数据传输与通信�？楦呔却衅鞑饬康氖葑魑觳降缁毓鄄獾脑际萁屑扑悖籟0018]转矩观测�？榛谝觳降缁亩匠碳白刺匠滩⒏莸缁静问饬慷砸觳降缁亟泄鄄猓籟0019]所述数据传输与通信�？榉直鹩胍觳降缁静问觳饽？楹鸵觳降缁俨饬磕？橄嗔鲎毓鄄饽？橛胨鍪荽溆胪ㄐ拍？橄嗔�。[0020]在上述的一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，该智能型的异步电机转矩转速测量系统还包括一个与所述异步电机转速测量�？橄嗔母呔饶Ｄ獯淼缏酚糜谠诘缁刈俨饬恐卸栽疾问芯懿饬俊0021]在上述的一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，该智能型的异步电机转矩转速测量系统还包括一个与转矩观测模块相连的通信辅助�？橛糜谑迪植饬肯低持械氖萦爰扑隳？槭凳笔萁换唬庋梢员Ｖげ饬康氖凳毙院筒饬康淖既范�。[0022]在上述的一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，该智能型的异步电机转矩转速测量系统还包括一个与所述通信辅助�？橄嗔乃俣鹊鹘谟胄Ｑ槟？橛糜谑凳钡髡萁换挥胪ㄐ诺乃俣龋瓤梢员Ｖねㄐ胖械乃俣纫螅挚梢员Ｖねㄐ趴煽啃缘囊螅⒂呕送ㄐ趴刂撇呗院托Ｑ橹胤⒉呗�。[0023]在上述的一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，该智能型的异步电机转矩转速测量系统还包括一个与所述转矩观测�？橄嗔募扑隳？楦菀觳降缁舳驮诵泄讨械亩匠淌凳惫鄄庖觳降缁淖�。[0024]在上述的一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，所述的异步电机参数检测模块包括[0025]电压电流检测单元通过外接的电压电流互感器，测量电机运行过程中的电压电流数据，并将其实时传送给后续计算和处理单元；[0026]转速检测单元测量电机运行过程中的转速数据，将其传送给后续计算和处理单元，通过数学原理计算观测出电机的转矩。本实用新型具有如下优点1.采用软件式的电机转矩转速测量体系，能够高可靠性、高精度地实现电机的转矩和转速，测量过程实时性好，参数修改和调整非常方便；2.能够实现低成本的测量，仪器使用过程维护方便，由于实现了测试的数字化，具备通信接口，该测试仪还可用在网络化的测试控制系统中，构成整体功能更强、适应性更广的测控系统。
[0027]图1为本实用新型的测量原理图；[0028]图2为本实用新型的异步电机基本参数测量示意图；[0029]图3为本实用新型的异步电机转速测量示意图；[0030]图4为本实用新型的具体硬件实现框图；[0031]图5为本实用新型的结构原理示意图。
具体实施方式
[0032]下面通过实施过程，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。[0033]实施过程[0034]一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，包括[0035]异步电机基本参数检测�？槎砸觳降缁幕镜缪�、电流、功率参数进行测量， 测量中采用高精度的电压和电流传感器；[0036]异步电机转速测量�？椴捎霉獾缱患际趵床饬孔伲晒獾缈胤⒊龊焱夤猓� 通过光敏三极管就输出的高低电平的频率来测量转速，高低电平脉冲信号经过整形处理后，形成规则的矩形脉冲送入计算机电路进行处理；[0037]数据传输与通信模块高精度传感器测量的数据作为异步电机转矩观测的原始数据进行计算；[0038]转矩观测�？榛谝觳降缁亩匠碳白刺匠滩⒏莸缁静问饬慷砸觳降缁亟泄鄄猓籟0039]所述数据传输与通信�？榉直鹩胍觳降缁静问觳饽？楹鸵觳降缁俨饬磕？橄嗔鲎毓鄄饽？橛胨鍪荽溆胪ㄐ拍？橄嗔�。[0040]该智能型的异步电机转矩转速测量系统还包括一个与所述异步电机转速测量�？橄嗔母呔饶Ｄ獯淼缏酚糜谠诘缁刈俨饬恐卸栽疾问芯懿饬浚灰桓鲇胱毓鄄饽？橄嗔耐ㄐ鸥ㄖ？橛糜谑迪植饬肯低持械氖萦爰扑隳？槭凳笔萁换唬庋梢员Ｖげ饬康氖凳毙院筒饬康淖既范龋灰桓鲇胨鐾ㄐ鸥ㄖ？橄嗔乃俣鹊鹘谟胄Ｑ槟？橛糜谑凳钡髡萁换挥胪ㄐ诺乃俣龋瓤梢员Ｖねㄐ胖械乃俣纫螅挚梢员Ｖねㄐ趴煽啃缘囊螅⒂呕送ㄐ趴刂撇呗院托Ｑ橹胤⒉呗裕灰桓鲇胨鲎毓鄄饽？橄嗔募扑隳？楦菀觳降缁舳驮诵泄讨械亩匠淌凳惫鄄庖觳降缁淖�。[0041 ] 异步电机参数检测模块包括[0042]电压电流检测单元通过外接的电压电流互感器，测量电机运行过程中的电压电流数据，并将其实时传送给后续计算和处理单元；[0043]转速检测单元测量电机运行过程中的转速数据，将其传送给后续计算和处理单元，通过数学原理计算观测出电机的转矩。[0044]下面具体介绍本实用新型功能的实现[0045]电机基本参数检测系统的实现[0046]本系统中所涉及到的所有基本电机参数都作为后续分析处理的基础，高精度电压电流互感器保证了测量初始数据的准确性，后续的信号调理电路中采用了高精度的放大器电路，并设计了调零电路和放大倍数调节电路，能够调整这些系数以适应不同的工况，测试系统有电机电枢绕组电压接入端和电机电枢绕组电流接入端。[0047]异步电机转速测量模块的实现[0048]电机转速的光电数字式检测是利用光电原理检测转速，线性度好、分辨率高、测速范围大，而且不会对电机输出转矩造成损失。本实用新型的VCC为红外测速�？楣┑缍� (+5V)，GND为地，HSIO为红外脉冲输入接口。数字测量方法利用与电机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理，根据脉冲发生器发出的脉冲速度和序列， 测量转速和判别其转动方向。采用红外光电转速测量仪来测量转速，测量精度也比较高。在电机外壳上安装一只由发光二极管及光敏三极管组成的光电开关，红外光源发出红外光， 当测速盘的齿将发光二极管的光线遮挡住时，光敏三极管就输出一个高电平，当光线通过齿缝射到光敏管时，光敏管就输出一个低电平，轴每转一圈就可得到与齿数相应的脉冲。脉冲信号经过整形处理后，形成规则的矩形脉冲送入单片机进行处理计算，在单片机内对脉冲周期进行测量，即可实现电机转子转速的测量计算，为了实现转速测量的高精度，采用了优化的滤波算法。[0049]数据传输与通信�？槎圆饬克玫氖萁写浜痛恚捎糜呕耐ㄐ趴刂撇呗院托Ｑ樗惴ǎ繁Ｍㄐ诺淖既沸院褪凳毙裕饬康氖菀部梢允凳北４妫幌麓纹舳梢宰远指吹缴洗卧诵凶刺0050]数据的保存过程采用如下程序实现[0051](1)串行输入子程序[0052]void XSerialffrite(uchar data)[0053]{[0054]uchar index；[0055]for(index=8； index>0； index—) {[0056]ioportl&= "SCK;[0057]if(data & 0x80) ioportl|= Si;[0058]else ioportl&= SI;[0059]ioportlI= SCK;[0060]data =l ；[0061]}[0062]}[0063](2)串行输出子程序[0064]uchar XSerialRead(void)[0065]{[0066]uchar index；[0067]uchar data=0；[0068]for(index=8； index>0； index—) {[0069]data =1;[0070]ioportl&= "SCK;[0071]if(ioportl&S0) data++;[0072]ioportlI= SCK;[0073]}[0074]return data;[0075]}[0076]函数XEnablefeite实现写入使能，使其进行写操作，函数)(Disablefeite将指令 WRDI实现复位写使能，禁止后续写入操作。[0077](3)写使能子程序[0078]void XEnableffrite (void)[0079]{[0080]uchar data ；[0081]ioportl&= "SCK;[0082]ioportl&= CS;[0083]data=WREN_INST；[0084]XSerialffrite (data)；[0085]ioportl&= SCK;[0086]ioportl I= CS;[0087]}[0088](4)写使能复位子程序[0089]void XDisableffrite(void)[0090]{[0091]uchar data;[0092]ioportl&= "SCK;[0093]ioportl&= CS;[0094]data=WRDI_INST;[0095]XSerialffrite (data)；[0096]ioportl&= SCK;[0097]ioportl I= CS;[0098]}[0099]函数XWriteChar、XReadChar分别表示将一个字节写入和读出一个字节，参数X_ address表示写入和读出的地址。[0100](5)向某一地址写入数据的子程序[0101]void XWriteChar(uint X_address, uchar ch)[0102]{[0103]uchar uctmp ；[0104]X_address&=0x01ff;[0105]ioportl&= SCK;[0106]ioportl&= CS;[0107]XSerialffrite (((X_address&0x0100) 5) WRITE_INST)；[0108]uctmp = X_address & OxfT;[0109]XSerialffrite(uctmp)；[0110]XSerialffrite (ch)；[0111]ioportl&= SCK;[0112]ioportlI = CS；[0113]}[0114](6)从某一地址读出数据的子程序，函数的返回值为读出的数据。[0115]uchar XReadChar(uint X_address)[0116]{[0117]uchar uctmp；[0118]ioportl&= SCK;[0119]ioportl&= CS;[0120]XSerialffrite (0x03 I ((X_address &0x0100) 5 ));[0121]XSerialWrite(X_address & Oxff)；[0122]uctmp = XSerialRead ()；[0123]ioportl&= SCK;[0124]ioportl = CS;[0125]return uctmp；[0126]}[0127]转矩观测�？橐约凹扑隳？橐砸觳降缁凳痹诵械氖Ｐ妥魑砺刍。杓频缁刈俟鄄馄鳎ü诵械亩匠淌凳奔扑愠龅缁刈�。本文所采用的转矩测量方法避免了采用电压模型法和电流模型法在对磁链和转矩进行观测时，由于定子、 转子电阻在运行过程中受温度影响较大导致观测结果误差较大的这种影响，提高了测量精度。[0128]本实用新型中的参数可以通过人机界面进行修改，如异步电机定子电阻的默认值、异步电机铁耗、异步电机机械损耗和附加损耗等，可以进行电机相关参数的加减，当修改参数为直流电机铁耗、机械损耗和附加损耗、异步电机铁耗、机械损耗和附加损耗时，每次增减的步长为1Ω。按下SET键保存相关的参数，要输入密码，可通过▲键、▼键进行修改，密码设置正确后，再次按下SET键即完成了相关参数的修改。[0129]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或者超越所附权利要求书所定义的范围。8
权利要求1.一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，其特征在于，包括异步电机基本参数检测�？槎砸觳降缁幕镜缪埂⒌缌�、功率参数进行测量，测量中采用高精度的电压和电流传感器；异步电机转速测量�？椴捎霉獾缱患际趵床饬孔伲晒獾缈胤⒊龊焱夤猓ü饷羧芫褪涑龅母叩偷缙降钠德世床饬孔伲叩偷缙铰龀逍藕啪未砗螅纬晒嬖虻木匦温龀逅腿爰扑慊缏方写恚皇荽溆胪ㄐ拍？楦呔却衅鞑饬康氖葑魑觳降缁毓鄄獾脑际萁屑扑悖蛔毓鄄饽？榛谝觳降缁亩匠碳白刺匠滩⒏莸缁静问饬慷砸觳降缁亟泄鄄猓凰鍪荽溆胪ㄐ拍？榉直鹩胍觳降缁静问觳饽？楹鸵觳降缁俨饬磕？橄嗔鲎毓鄄饽？橛胨鍪荽溆胪ㄐ拍？橄嗔�。
2.根据权利要求1所述的一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，其特征在于，该智能型的异步电机转矩转速测量系统还包括一个与所述异步电机转速测量�？橄嗔母呔饶Ｄ獯淼缏酚糜谠诘缁刈俨饬恐卸栽疾问胁饬�。
3.根据权利要求2所述的一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，其特征在于，该智能型的异步电机转矩转速测量系统还包括一个与转矩观测�？橄嗔耐ㄐ鸥ㄖ？橛糜谑迪植饬肯低持械氖萦爰扑隳？槭凳笔萁换弧�
4.根据权利要求3所述的一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，其特征在于，该智能型的异步电机转矩转速测量系统还包括一个与所述通信辅助�？橄嗔乃俣鹊鹘谟胄Ｑ槟？橛糜谑凳钡髡萁换挥胪ㄐ诺乃俣�。
5.根据权利要求4所述的一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，其特征在于，该智能型的异步电机转矩转速测量系统还包括一个与所述转矩观测�？橄嗔募扑隳？楦菀觳降缁舳驮诵泄讨械亩匠淌凳惫鄄庖觳降缁淖�。
6.根据权利要求1所述的一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，其特征在于，所述的异步电机参数检测�？榘ǖ缪沟缌骷觳獾ピü饨拥牡缪沟缌骰ジ衅鳎饬康缁诵泄讨械牡缪沟缌魇荩⒔涫凳贝透笮扑愫痛淼ピ蛔偌觳獾ピ饬康缁诵泄讨械淖偈荩浯透笮扑愫痛淼ピüг砑扑愎鄄獬龅缁淖�。
专利摘要本实用新型涉及一种测量系统，尤其是涉及一种智能型的异步电机转矩转速测量系统。一种智能型的异步电机转矩转速测量系统，其特征在于，包括依次连接的异步电机基本参数检测�？槎砸觳降缁幕静问直鸾胁饬浚灰觳降缁俨饬磕？椴捎霉獾缱患际醵缘缁凳痹诵械淖俳胁饬�、更新、统计；数据传输与通信�？槎圆饬克玫氖萁写浜痛恚蛔毓鄄庥爰扑隳？橐砸觳降缁凳痹诵械氖Ｐ妥魑砺刍。杓频缁刈俟鄄馄鳎ü诵械亩匠淌凳奔扑愠龅缁刈�。
文档编号G01L3/00GK202284974SQ20112036798
公开日2012年6月27日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者杨红权 申请人:武汉华大电力自动技术有限责任公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
