CN103323617A - 用于发电机的静止式电子测速装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于发电机的静止式电子测速装置，包括：相电压采样模块，包括三个分别与发电机副绕组三相电压输出端连接的采样电路；运放隔离模块，包括三个分别与所述采样电路输出端连接的运放电路；三相电压交点取样模块，包括六个取样电路，取样电路用于获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号；整形滤波模块，用于对取出交点后的模拟电平整形、滤波；数字信号处理器，用于根据整形滤波模块传输的信号输出转速；电源模块。本发明静止式电子测速装置无需安装在发电机的输出轴上，只需测量发电机的三相输出电压信号就可以测量出发电机的转速，是一种静态电子测试方法，受环境的影响较小，安装与维护容易，成本低，故障率低。

Description

用于发电机的静止式电子测速装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种测速装置，尤其是用于发电机的静止式电子测速装置。

背景技术

在发电系统中，检测发电机的转速是非常重要的，许多控制方法都是在测量发电机的实际转速的基础上进行运算的。例如，我们发电机的最大功率跟踪控制都是需要准确的发电机转速来参与控制的。现有的发电机测速装置多采用光编码传感器或者霍尔传感器来测速，利用旋转式动态测量的机械结构，安装难度大，故障率高，长期使用寿命会大减，给用户的维护带来极大的不便。以光编码传感器为例，它是通过光电转换将永磁发电机输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，其在工作过程中容易受环境（光照、灰尘）的影响，精度低，测到的转速不稳定，导致功率给定有扰动，甚至失去发电机转速信号而停机。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供用于发电机的静止式电子测速装置及其测速方法。

本发明采用的技术方案是：用于发电机的静止式电子测速装置，包括：

相电压采样模块，包括三个分别与发电机副绕组三相电压输出端连接的采样电路；

运放隔离模块，包括三个分别与所述采样电路输出端连接的运放电路，用于对相电压采样模块的采样电压运算放大和隔离；

三相电压交点取样模块，包括六个取样电路，所述取样电路用于获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号；

整形滤波模块，用于对取出交点后的模拟电平整形、滤波；

数字信号处理器，用于根据整形滤波模块传输的信号输出转速；

电源模块，用于为运放隔离模块、三相电压交点取样模块、整形滤波模块、数字信号处理器提供电压输入。

所述取样电路的输入信号为经运放隔离模块输出的三相电压中的任意两相信号，用于通过运算放大器的比较以控制输出，即所述任意两相信号电平相等时输出高电平信号。

所述三相电压交点取样模块与整形滤波模块之间串联有电平转换模块，用于将三相电压交点取样模块的输入电平进行转换，所述三相电压交点取样模块由电源模块供电。

所述电平转换模块与整形滤波模块之间串联有光耦隔离模块，所述光耦隔离模块由电源模块供电。

所述数字信号处理器包括Ａ／Ｄ模数转换器、ＤＳＰ处理器、上位机，所述Ａ／Ｄ模数转换器用于将整形滤波模块的模拟输出信号转化为数字信号，所述ＤＳＰ处理器根据Ａ／Ｄ模数转换器转化的数字信号来测试出转速，所述上位机用于显示转速。

一种用于发电机的静止式电子测速装置的测速方法，所述用于发电机的静止式电子测速装置包括：相电压采样模块，包括三个分别与发电机副绕组三相电压输出端连接的采样电路；运放隔离模块，包括三个分别与所述采样电路输出端连接的运放电路，用于对相电压采样模块的采样电压运算放大和隔离；三相电压交点取样模块，包括六个取样电路，所述取样电路用于获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号；整形滤波模块，用于对取出交点后的模拟电平整形、滤波；数字信号处理器，用于根据整形滤波模块传输的信号输出转速；电源模块，用于为运放隔离模块、三相电压交点取样模块、整形滤波模块、数字信号处理器提供电压输入；其特征在于：包括以下步骤：Ａ）通过相电压采样模块采集发电机的三相输出电压信号；Ｂ）运放隔离模块对采集到的三相电压信号运放隔离；Ｃ）通过三相电压交点取样模块获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号；Ｄ）整形滤波模块对取出交点后的模拟电平整形、滤波；Ｅ）数字信号处理器根据整形滤波后的信号输出转速。

所述步骤Ｃ在获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号后进行电平转换以调整幅值。

所述步骤Ｃ在电平转换后采用光耦隔离以提升传输速度。

所述步骤Ｄ包括：Ｄ1）输入脉冲；Ｄ2）调节脉冲；Ｄ3）反向整形脉冲；Ｄ4）脉冲滤波；Ｄ5）输出直流。

所述步骤Ｅ包括：Ｅ1）输入直流；Ｅ2）对输入的模拟信号进行模数转换；Ｅ3）根据转换后的数字信号输入转速函数来输出转速；Ｅ4）显示转速。

本发明的有益效果：

本发明用于发电机的静止式电子测速装置及其测速方法，无需安装在发电机的输出轴上，只需测量发电机的三相输出电压信号就可以测量出发电机的转速，是一种静态电子测试方法，受环境的影响较小，安装与维护容易，成本低，故障率低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

图1是本发明的功能模块框图；

图2是本发明的数字信号处理器模块框图；

图3是相电压采样模块的电路图；

图4是运放隔离模块的电路图；

图5是三相电压交点取样模块的电路图；

图6是电平转换模块的电路图；

图7是光耦隔离模块的电路图；

图8是整形滤波模块的电路图；

图9是整形滤波模块的流程图；

图10是数字信号处理器模块的流程图；

图11是电源模块的电路图。

具体实施方式

本发明用于发电机的转子测速，基于其三相输出电压信号的变化来测算出发电机的转速，依据的主要原理如下：

1.y1＝sin(ωx)；

2.y1＝sin(ωx+2*π/3)；

3.y1＝sin(ωx+4*π/3)；

上面三条公式是三相电压的函数式，以x的范围取0～2*π，ω取100*π为例，对上面三条公式求出两两的交点，即1与2的交点，1点3的交点，2与3的交点。

结果为π/6,3*π/6,5*π/6,7*π/6,9*π/6,11*π/6。当三相电压的频率ω改变时，交点也按一定的比例改变，频率ω与转速n一一对应关系，其关系式：

即其中，p为同步发电机的极对数。

反之，当交点（频率ω）变化时，即发电机的转速n也随之而变化。

参照图1-图11所示，用于发电机的静止式电子测速装置，包括：

相电压采样模块1，包括三个分别与发电机副绕组三相电压输出端连接的采样电路；

运放隔离模块2，包括三个分别与所述采样电路输出端连接的运放电路，用于对相电压采样模块1的采样电压运算放大和隔离；

三相电压交点取样模块3，包括六个取样电路，所述取样电路用于获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号；其中，取样电路的输入信号为经运放隔离模块2输出的三相电压中的任意两相信号，用于通过运算放大器的比较与积分电路组合对输出信号进行控制，即所述任意两相信号电平相等时输出高电平脉冲信号；

整形滤波模块4，用于对取出交点后的模拟电平整形、滤波；

数字信号处理器5，用于根据整形滤波模块4传输的信号输出转速；

电源模块6，用于为运放隔离模块2、三相电压交点取样模块3、整形滤波模块4、数字信号处理器5提供电压输入。

为调整输出幅值，三相电压交点取样模块3与整形滤波模块4之间串联有电平转换模块7，用于将三相电压交点取样模块3的输入电平由15V转换为24Ｖ，三相电压交点取样模块3由电源模块6供电。

此外，电平转换模块7与整形滤波模块4之间串联有光耦隔离模块8，以提高传输速度，光耦隔离模块8由电源模块6供电。

如图8所示，整形滤波模块4设有可调脉宽电阻以调节输入脉冲。

如图2所示，数字信号处理器5包括Ａ／Ｄ模数转换器51、ＤＳＰ处理器52、上位机53，Ａ／Ｄ模数转换器51用于将整形滤波模块4的模拟输出信号转化为数字信号，ＤＳＰ处理器52根据Ａ／Ｄ模数转换器51转化的数字信号来测试出转速，上位机53用于显示转速。

一种用于发电机的静止式电子测速装置的测速方法，所述用于发电机的静止式电子测速装置包括：相电压采样模块1，包括三个分别与发电机副绕组三相电压输出端连接的采样电路；运放隔离模块2，包括三个分别与所述采样电路输出端连接的运放电路，用于对相电压采样模块1的采样电压运算放大和隔离；三相电压交点取样模块3，包括六个取样电路，取样电路用于获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号；整形滤波模块4，用于对取出交点后的模拟电平整形、滤波；数字信号处理器5，用于根据整形滤波模块4传输的信号输出转速；电源模块6，用于为运放隔离模块2、三相电压交点取样模块3、整形滤波模块4、数字信号处理器5提供电压输入；包括以下步骤：Ａ）通过相电压采样模块1采集发电机的三相输出电压信号；Ｂ）运放隔离模块2对采集到的三相电压信号运放隔离；Ｃ）通过三相电压交点取样模块3获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号；Ｄ）整形滤波模块4对取出交点后的模拟电平整形、滤波；Ｅ）数字信号处理器5根据整形滤波后的信号输出转速。

作为本技术方案的进一步优化，步骤Ｃ在获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号后进行电平转换以调整幅值。

作为本技术方案的进一步优化，步骤Ｃ在电平转换后采用光耦隔离以提升传输速度。

如图9所示，步骤Ｄ包括：Ｄ1）输入脉冲；Ｄ2）调节脉冲；Ｄ3）反向整形脉冲；Ｄ4）脉冲滤波；Ｄ5）输出直流0～10v。

如图10所示，步骤Ｅ包括：Ｅ1）输入0-10v直流信号；Ｅ2）对输入的模拟信号进行模数转换数字信号（十六进制0000～7FFF）；Ｅ3）根据转换后的数字信号输入转速函数来输出转速；Ｅ4）显示转速。

其中，步骤E3求转速过程依据

值×0.000833；其中，n为转速，AD值为Ａ／Ｄ模数转换器51输出的结果。本实施例使用的Ａ／Ｄ模数转换器51的量程为65535，电压为20V。

其对应关系如下:

0～32767：    0V～+10V；

32768～65535：-10V～0V；

2.73是电压与转速的关系：10V对应27.3转（这个关系是通过调节电路中的滑动电阻值得出的，可以是其他的值，在这里我们把这个值固定，从而得到固定的关系）。

比如：AD值为10000， $n=\frac{10000}{65536}\×20\×2.73=8.331$ （转）。

本发明用于发电机的静止式电子测速装置及其测试方法，无需安装在发电机的输出轴上，只需测量发电机的三相输出电压信号就可以测量出发电机的转速，是一种静态电子测试方法，受环境的影响较小，安装与维护容易，成本低，故障率低。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于发电机的静止式电子测速装置，其特征在于包括：

相电压采样模块（1），包括三个分别与发电机副绕组三相电压输出端连接的采样电路；

运放隔离模块（2），包括三个分别与所述采样电路输出端连接的运放电路，用于对相电压采样模块（1）的采样电压运算放大和隔离；

三相电压交点取样模块（3），包括六个取样电路，所述取样电路用于获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号；

整形滤波模块（4），用于对取出交点后的模拟电平整形、滤波；

数字信号处理器（5），用于根据整形滤波模块（4）传输的信号输出转速；

电源模块（6），用于为运放隔离模块（2）、三相电压交点取样模块（3）、整形滤波模块（4）、数字信号处理器（5）提供电压输入。

2.根据权利要求1所述的用于发电机的静止式电子测速装置，其特征在于：所述取样电路的输入信号为经运放隔离模块（2）输出的三相电压中的任意两相信号，用于通过运算放大器的比较以控制输出，即所述任意两相信号电平相等时输出高电平信号。

3.根据权利要求1所述的用于发电机的静止式电子测速装置，其特征在于：所述三相电压交点取样模块（3）与整形滤波模块（4）之间串联有电平转换模块（7），用于将三相电压交点取样模块（3）的输入电平进行转换，所述三相电压交点取样模块（3）由电源模块（6）供电。

4.根据权利要求3所述的用于发电机的静止式电子测速装置，其特征在于：所述电平转换模块（7）与整形滤波模块（4）之间串联有光耦隔离模块（8），所述光耦隔离模块（8）由电源模块（6）供电。

5.根据权利要求1所述的用于发电机的静止式电子测速装置，其特征在于：所述数字信号处理器（5）包括Ａ／Ｄ模数转换器（５１）、ＤＳＰ处理器（５２）、上位机（５３），所述Ａ／Ｄ模数转换器（５１）用于将整形滤波模块（4）的模拟输出信号转化为数字信号，所述ＤＳＰ处理器（５２）根据Ａ／Ｄ模数转换器（５１）转化的数字信号来测试出转速，所述上位机（５３）用于显示转速。

6.一种用于发电机的静止式电子测速装置的测试方法，其中用于发电机的静止式电子测速装置包括：相电压采样模块（1），包括三个分别与发电机副绕组三相电压输出端连接的采样电路；运放隔离模块（2），包括三个分别与所述采样电路输出端连接的运放电路，用于对相电压采样模块（1）的采样电压运算放大和隔离；三相电压交点取样模块（3），包括六个取样电路，所述取样电路用于获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号；整形滤波模块（4），用于对取出交点后的模拟电平整形、滤波；数字信号处理器（5），用于根据整形滤波模块（4）传输的信号输出转速；电源模块（6），用于为运放隔离模块（2）、三相电压交点取样模块（3）、整形滤波模块（4）、数字信号处理器（5）提供电压输入；其特征在于：包括以下步骤：Ａ）通过相电压采样模块（1）采集发电机的三相输出电压信号；Ｂ）运放隔离模块（2）对采集到的三相电压信号运放隔离；Ｃ）通过三相电压交点取样模块（3）获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号；Ｄ）整形滤波模块（4）对取出交点后的模拟电平整形、滤波；Ｅ）数字信号处理器（5）根据整形滤波后的信号输出转速。

7.根据权利要求６所述的一种用于发电机的静止式电子测速装置的测试方法，其特征在于：所述步骤Ｃ在获取三相电压在一个周期内的六个交点的电压信号后进行电平转换以调整幅值。

8.根据权利要求7所述的一种用于发电机的静止式电子测速装置的测试方法，其特征在于：所述步骤Ｃ在电平转换后采用光耦隔离以提升传输速度。

9.根据权利要求６所述的一种用于发电机的静止式电子测速装置的测试方法，其特征在于：所述步骤Ｄ包括：Ｄ１）输入脉冲；Ｄ２）调节脉冲；Ｄ３）反向整形脉冲；Ｄ４）脉冲滤波；Ｄ５）输出直流。

10.根据权利要求６所述的一种用于发电机的静止式电子测速装置的测试方法，其特征在于：所述步骤Ｅ包括：Ｅ１）输入直流；Ｅ２）对输入的模拟信号进行模数转换；Ｅ３）根据转换后的数字信号输入转速函数来输出转速；Ｅ４）显示转速。

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