專(zhuān)利名稱(chēng)：高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流檢測(cè)方法及其裝置，尤其涉及一種高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前廣泛采用的交流電動(dòng)機(jī)電流保護(hù)繼電器都是針對(duì)于低頻(50 100Hz)低轉(zhuǎn)速(<6K rmp)電機(jī)應(yīng)用而開(kāi)發(fā)的，保護(hù)時(shí)動(dòng)作慢，動(dòng)作時(shí)間需要一至幾秒不等。對(duì)于高速交流電動(dòng)機(jī)(160K 500K rmp)，其供電電源頻率高(3 8KHz)，由高頻開(kāi)關(guān)(60K 100K Hz)帶來(lái)的諧波成分大，普通電機(jī)電流檢測(cè)方法和裝置不再適應(yīng)于這樣的應(yīng)用環(huán)境，表現(xiàn)在其閾值不可靠，造成誤動(dòng)作或不動(dòng)作；保護(hù)速度過(guò)慢，嚴(yán)重時(shí)燒毀電機(jī)，造成經(jīng)濟(jì)的損失和生產(chǎn)效率的降低。因此需要一種能夠?qū)Ω咚匐妱?dòng)機(jī)供電電流進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)的方法和裝置，保護(hù)時(shí)間應(yīng)保證在ms級(jí)別并且確保檢測(cè)和保護(hù)的可靠與穩(wěn)定。本發(fā)明采用的檢測(cè)元器件和微控制器都具有高的響應(yīng)、處理速度(傳感器響應(yīng)帶寬ΙΟΟΚΗζ， 微控制器主頻100MHz)，數(shù)字化的方法使檢測(cè)更為精確、可靠。同時(shí)，電機(jī)運(yùn)行電流狀況需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋和監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提供一種高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)方法及其裝置。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟步驟①，用霍爾傳感器感應(yīng)相電流，霍爾傳感器副邊輸出的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；步驟②，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，去除諧波分量，得到基波電壓信號(hào)；步驟③，對(duì)基波電壓信號(hào)進(jìn)行絕對(duì)值運(yùn)算，得到滿(mǎn)足微處理器采樣輸入范圍的正電壓信號(hào)；步驟④，對(duì)基波電壓信號(hào)進(jìn)行周期方波轉(zhuǎn)化，得到與信號(hào)周期對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)，令微控制器確定周期的起止時(shí)刻；步驟⑤，微控制器對(duì)絕對(duì)值化的正電壓信號(hào)的一個(gè)完整周期進(jìn)行采樣計(jì)算，得到電流的有效值；步驟⑥，將有效值與預(yù)設(shè)的閾值比較，當(dāng)有效值大于閾值并且持續(xù)時(shí)間大于設(shè)定的動(dòng)作時(shí)間時(shí)，判定為不可恢復(fù)性過(guò)載，輸出報(bào)警；當(dāng)有效值小于閾值或是持續(xù)時(shí)間小于動(dòng)作時(shí)間時(shí)，判定為正常狀態(tài)，不需要報(bào)警。高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)裝置，其中包括有電流信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換模塊，電流信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別連接電流檢測(cè)模塊的輸入端與周期檢測(cè)模塊的輸入端； 所述電流檢測(cè)模塊的輸出端與周期檢測(cè)模塊的輸出端連入微控制器的信號(hào)接收端；所述微CN 102236040 A
說(shuō)明書(shū)
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控制器的控制端連接供電繼電器。上述的高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)裝置，其中所述的微控制器的輸出端連入遠(yuǎn)程微機(jī)的輸入端。本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在可以快速、穩(wěn)定地進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)采用數(shù)字化的方式對(duì)于檢測(cè)和保護(hù)更為精確、可靠。微控制器為快速、大量數(shù)據(jù)的處理分析提供了實(shí)現(xiàn)的可能，檢測(cè)狀態(tài)的數(shù)字化反饋使傳統(tǒng)加工設(shè)備部件的運(yùn)行狀態(tài)得以實(shí)時(shí)反映，很大程度上提高了維護(hù)效率。比較現(xiàn)有的高速交流電機(jī)保護(hù)方法和裝置，本發(fā)明在成本上有著明顯的優(yōu)勢(shì)，并且在安裝調(diào)試方面顯著提高了生產(chǎn)效率。


本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過(guò)下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說(shuō)明進(jìn)行圖示和解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。這些附圖當(dāng)中，圖1是高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)裝置的構(gòu)造示意圖；圖中各附圖標(biāo)記的含義如下1電流信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換模 2電流檢測(cè)模塊塊3周期檢測(cè)模塊4微控制器5供電繼電器6遠(yuǎn)程微機(jī)
具體實(shí)施例方式高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)方法，其特別之處在于包括以下步驟首先，用霍爾傳感器感應(yīng)相電流，霍爾傳感器副邊輸出的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。然后， 對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，去除諧波分量，得到基波電壓信號(hào)。接著，對(duì)基波電壓信號(hào)進(jìn)行絕對(duì)值運(yùn)算，得到滿(mǎn)足微處理器采樣輸入范圍的正電壓信號(hào)。同時(shí)，將基波電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為與其周期對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)，以便微控制器確定信號(hào)周期的起止時(shí)刻。之后，微控制器4對(duì)絕對(duì)值化的正電壓信號(hào)的一個(gè)完整周期進(jìn)行采樣計(jì)算，得到電流的有效值。最后，將有效值與預(yù)設(shè)的閾值比較，當(dāng)有效值大于閾值并且持續(xù)時(shí)間大于設(shè)定的動(dòng)作時(shí)間時(shí)，判定為不可恢復(fù)性過(guò)載，輸出報(bào)警。相當(dāng)?shù)?，?dāng)有效值小于閾值或是持續(xù)時(shí)間小于動(dòng)作時(shí)間時(shí)，則判定為正常狀態(tài)，不需要報(bào)警。為了更好地實(shí)施本檢測(cè)方法，先提供一種如圖1所示的高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)裝置，其與眾不同之處在于包括有電流信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換模塊1。具體來(lái)說(shuō)，電流信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換模塊1的輸出端分別連接電流檢測(cè)模塊2的輸入端與周期檢測(cè)模塊3的輸入端。 同時(shí)，電流檢測(cè)模塊2的輸出端與周期檢測(cè)模塊3的輸出端連入微控制器4的信號(hào)接收端。 并且，所述微控制器4的控制端連接供電繼電器5。就實(shí)際組裝的設(shè)備產(chǎn)品來(lái)看，本高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)裝置的電路構(gòu)造包括與供電電源相連的電流信號(hào)采集轉(zhuǎn)換電路、輸入信號(hào)放大及絕對(duì)值化電路、輸入信號(hào)轉(zhuǎn)方波信號(hào)電路、微控制器4及外圍電路組成的信號(hào)接收和判斷模塊。進(jìn)一步來(lái)看，電流信號(hào)采集轉(zhuǎn)換電路，通過(guò)霍爾互感器、采樣電阻、濾波電感、電容相互連接構(gòu)成。由此，在實(shí)際運(yùn)行中可將供電電源的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，輸出至信號(hào)放大和轉(zhuǎn)換電路。輸入信號(hào)放大和絕對(duì)值化電路包括，運(yùn)算放大器集成電路、電阻、快速二極管，將正負(fù)交變的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為正值的電壓信號(hào)，為微控制器4提供可進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)。輸入信號(hào)轉(zhuǎn)方波信號(hào)電路由比較器集成電路和電阻組成，將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化成與正負(fù)周期對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)，以輸入微控制器4作掃描判斷。同時(shí)，微控制器4及外圍電路組成的信號(hào)接收和判斷模塊，利用其豐富的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源和強(qiáng)大的運(yùn)算能力，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和判斷，輸出狀態(tài)信號(hào)給供電電源控制系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，霍爾互感器將電源大電流轉(zhuǎn)換為小電流信號(hào)，小電流信號(hào)在采樣電阻上形成電壓信號(hào)。同時(shí)，該電壓信號(hào)包含了電源中為電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力的基波電壓信號(hào)以及由供電電源高頻開(kāi)關(guān)帶來(lái)的諧波信號(hào)，此信號(hào)進(jìn)入由濾波電感和濾波電容組成的低通濾波電路，將高次諧波信號(hào)濾除，保留基波電壓信號(hào)的同時(shí)不對(duì)其幅值造成衰減。由此，所得到的基波電壓信號(hào)輸入由運(yùn)算放大器、快速二極管和分壓電阻構(gòu)成的放大并絕對(duì)值化電路。由于微處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換單元只能對(duì)正值電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，對(duì)于正負(fù)交變的電壓信號(hào)， 需要進(jìn)行電壓平移，同時(shí)，微處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換電壓范圍有限，平移后縮小了采集電壓的范圍。采用運(yùn)算放大器集成電路構(gòu)成絕對(duì)值化電路，將負(fù)周期的電壓轉(zhuǎn)化為可模數(shù)轉(zhuǎn)換的信號(hào)，微處理器計(jì)算電流周期的均方根值，因此，絕對(duì)值化后的信號(hào)經(jīng)采樣計(jì)算，不會(huì)影響計(jì)
晳社里異苧口米。并且，正值電壓信號(hào)輸入微處理器模數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸入口，微控制器4以40KHz的頻率對(duì)其抽樣數(shù)字化，對(duì)一個(gè)周期內(nèi)的電壓信號(hào)進(jìn)行均方根值計(jì)算，得到電流有效值。在加工過(guò)程中由于負(fù)載增加甚至堵轉(zhuǎn)情況的發(fā)生，致使供電電流增加，檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電流有效值大于預(yù)設(shè)閾值時(shí)微處理器啟動(dòng)超限計(jì)時(shí)，且當(dāng)連續(xù)過(guò)限累計(jì)時(shí)間超過(guò)設(shè)定的動(dòng)作時(shí)間時(shí)，判斷為不可恢復(fù)性電流過(guò)載，向供電電源系統(tǒng)輸出報(bào)警，同時(shí)使供電繼電器5斷開(kāi)，起到保護(hù)電動(dòng)機(jī)的作用。另一方面，濾波所得的電壓基波電壓信號(hào)進(jìn)入由比較器集成電路以及電阻構(gòu)成的過(guò)零比較電路。正負(fù)交變的正弦基波電壓信號(hào)，正周期部分轉(zhuǎn)化為高電平輸出，負(fù)周期部分轉(zhuǎn)化為零電平輸出。方波信號(hào)輸入微處理器輸入端口，微處理器對(duì)方波進(jìn)行快速掃描，確定信號(hào)的一個(gè)完整周期的起止時(shí)刻，以便對(duì)該周期內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行采樣、計(jì)算。這種對(duì)信號(hào)周期的精確判斷為單個(gè)周期內(nèi)信號(hào)有效值的精確計(jì)算提供了實(shí)現(xiàn)的保障。再者，微控制器4通過(guò)串行通信總線(xiàn)集成電路以及外圍總線(xiàn)電阻與遠(yuǎn)程微機(jī)6相連，將檢測(cè)所得電流有效值反饋給遠(yuǎn)程微機(jī)6，以便進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)上述的文字表述并結(jié)合附圖可以看出，采用本發(fā)明后，可以快速、穩(wěn)定地進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)采用數(shù)字化的方式對(duì)于檢測(cè)和保護(hù)更為精確、可靠。微控制器為快速、大量數(shù)據(jù)的處理分析提供了實(shí)現(xiàn)的可能，檢測(cè)狀態(tài)的數(shù)字化反饋使傳統(tǒng)加工設(shè)備部件的運(yùn)行狀態(tài)得以實(shí)時(shí)反映，很大程度上提高了維護(hù)效率。比較現(xiàn)有的高速交流電機(jī)保護(hù)方法和裝置，本發(fā)明在成本上有著明顯的優(yōu)勢(shì)，并且在安裝調(diào)試方面顯著提高了生產(chǎn)效率，能夠消除電機(jī)燒毀的可能性，為電機(jī)運(yùn)行提供有效保護(hù)，并提供運(yùn)行時(shí)電流狀況的動(dòng)態(tài)反饋。
權(quán)利要求
1.高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟步驟①，用霍爾傳感器感應(yīng)相電流，霍爾傳感器副邊輸出的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)；步驟②，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，去除諧波分量，得到基波電壓信號(hào)；步驟③，對(duì)基波電壓信號(hào)進(jìn)行絕對(duì)值運(yùn)算，得到滿(mǎn)足微處理器采樣輸入范圍的正電壓信號(hào)；步驟④，對(duì)基波電壓信號(hào)進(jìn)行周期方波轉(zhuǎn)化，得到與信號(hào)周期對(duì)應(yīng)的方波信號(hào)，令微控制器確定周期的起止時(shí)刻；步驟⑤，微控制器對(duì)絕對(duì)值化的正電壓信號(hào)的一個(gè)完整周期進(jìn)行采樣計(jì)算，得到電流的有效值；步驟⑥，將有效值與預(yù)設(shè)的閾值比較，當(dāng)有效值大于閾值并且持續(xù)時(shí)間大于設(shè)定的動(dòng)作時(shí)間時(shí)，判定為不可恢復(fù)性過(guò)載，輸出報(bào)警；當(dāng)有效值小于閾值或是持續(xù)時(shí)間小于動(dòng)作時(shí)間時(shí)，判定為正常狀態(tài)，不需要報(bào)警。
2.高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)裝置，其特征在于包括有電流信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換模塊， 電流信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別連接電流檢測(cè)模塊的輸入端與周期檢測(cè)模塊的輸入端；所述電流檢測(cè)模塊的輸出端與周期檢測(cè)模塊的輸出端連入微控制器的信號(hào)接收端；所述微控制器的控制端連接供電繼電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)裝置，其特征在于所述的微控制器的輸出端連入遠(yuǎn)程微機(jī)的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速交流電動(dòng)機(jī)供電電流檢測(cè)方法及其裝置，其方法以霍爾傳感器感應(yīng)相電流，將有效值與預(yù)設(shè)的閾值比較判斷。通過(guò)電流信號(hào)采集、轉(zhuǎn)換模塊、電流檢測(cè)模塊、周期檢測(cè)模塊、微控制器、供電繼電器和遠(yuǎn)程微機(jī)的配合可以快速、穩(wěn)定地進(jìn)行檢測(cè)。以此，采用數(shù)字化的方式對(duì)于檢測(cè)和保護(hù)更為精確、可靠。其在安裝調(diào)試方面顯著提高了生產(chǎn)效率，能夠消除電機(jī)燒毀的可能性，為電機(jī)運(yùn)行提供有效保護(hù)，并提供運(yùn)行時(shí)電流狀況的動(dòng)態(tài)反饋。
文檔編號(hào)G01R19/00GK102236040SQ20101015798
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月28日
發(fā)明者王婷, 邱澍豐 申請(qǐng)人:維嘉數(shù)控科技(蘇州)有限公司