[發明專利]一種起重機用永磁同步電機直交軸電感的在線監測裝置

在審

• 申請號: 201710563995.6
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107425786A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 曹小華;王鑫;魏恒;徐歡
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H02P29/024
• 分類號: H02P29/024;H02P21/14;H02P25/022
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 王守仁

技術領域

本發明涉及一種智能在線監測裝置，特別涉及一種應用于起重機這種低轉速大轉矩工況下的永磁同步電機直交軸電感的智能在線監測裝置。

背景技術

在起重機這種傳統的重工業設備中，永磁同步電機的驅動系統因其結構簡單、體積小、效率和功率因數高等優點被廣泛的應用，改善了因傳統的異步電機加減速器驅動系統帶來的轉動慣量大、效率低、噪音大、加工復雜和維護頻繁等缺點。但因起重機作業于低轉速大轉矩的特殊工況，永磁同步電機易出現磁飽和現象而影響直交軸電感，進而影響電磁轉矩，給起重機用永磁同步電機的設計與控制帶來不便。隨著傳感技術和物聯網技術的高速發展，現代工業對起重機在作業中的直交軸電感值提出了智能感知和在線監測的要求。但現階段的起重機在作業過程中并不能實現對直交軸電感狀態信息的在線智能監測，達不到最高效的控制，進而導致所設計的永磁同步電機遠遠高于實際的要求而造成大量的資源浪費，經濟性低，給企業帶來不必要的損失。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種起重機用永磁同步電機直交軸電感智能在線監測裝置，通過對永磁同步電機實時電壓值、實時電流值、實時位置角和實時角速度的在線采集和數據處理，實現起重機作業過程中對永磁同步電機直交軸電感值的智能在線監測，實時掌握電機達到磁飽和時直交軸電感的變化情況并發出報警，提醒管理人員起重機已經過載并出現磁飽和，需要及時處理，提高企業對起重機的在線智能管理能力。

本發明解決其技術問題采用以下的技術方案：

本發明提供的起重機用永磁同步電機直交軸電感的在線監測裝置，其通過對永磁同步電機實時電壓值、實時電流值、實時位置角和實時角速度的在線采集和數據處理，實現起重機作業過程中對永磁同步電機直交軸電感值的智能在線監測，實時掌握電機達到磁飽和時直交軸電感的變化情況并發出報警，提醒管理人員起重機已經過載并出現磁飽和，需要及時處理，提高企業對起重機的在線智能管理能力。

所述起重機用永磁同步電機直交軸電感的在線監測裝置，其包括通過信號線進行連接的智能感知系統、信號處理系統和輸出系統，其中：智能感知系統由多個傳感器節點組成，實現對電壓、電流和轉速轉角的檢測；信號處理系統由數據采集模塊、數據處理模塊、微控制模塊和信號輸出模塊組成，對傳感器檢測到的信號進行采樣、重構和計算，得到直交軸電感值，依據電感值對是否達到磁飽和作出判斷；輸出系統由報警單元和顯示設備組成，顯示設備輸出電感值，報警單元根據判斷結果選擇是否報警。

所述若干個傳感器節點是電壓傳感器、電流傳感器、旋轉變壓器，其中：電壓傳感器安裝在逆變器供電電源處，用于實現逆變器供電電壓的檢測；電流傳感器安裝在永磁同步電機與逆變器之間，用于實現永磁同步電機三相電流的檢測；旋轉變壓器安裝在永磁同步電機機殼內，用于實現永磁同步電機轉子位置角和角速度的檢測。

所述電壓傳感器，其與逆變器并聯，其采用型號為LV282P的霍爾電壓傳感器；電壓傳感器將檢測到的電壓信號作為輸入連入數據采集模塊。

所述電流傳感器，有三個，分別與永磁同步電動機的三相線相連，三個電流傳感器均采用型號為BLF2002S7B的霍爾電流傳感器；電流傳感器將檢測到的電流信號作為輸入連入數據采集模塊。

所述旋轉變壓器采用正余弦二對極無刷式旋轉變壓器，安裝于電機軸上旋轉變壓器將檢測到的電機位置和速度信號作為輸入連入數據采集模塊。

所述信號處理系統，其處理芯片采用TMS320LF2407A。

所述數據采集模塊用于接收傳感器節點采集到的數據，其中包括對經過降壓后的空間矢量脈寬調制信號和電機位置與速度信號的獲取，還包括對電壓、電流幅值進行采樣；該數據采集模塊中不同信號的采集采用不同的單元：采用TMS320LF2407A上集成的A/D轉換模塊對電流和電壓的數據進行采集；通過TMS320LF2407A上集成的CAP捕獲單元對空間矢量脈寬調制信號進行采集；TMS320LF2407A上集成的事件管理器中的QEP單元對電機位置和速度信號進行采集；數據采集模塊各個單元采集得到的信號就傳遞給數據處理模塊進行計算處理。

所述數據處理模塊利用采集模塊獲取的電壓、電流和空間矢量脈寬調制信號對電壓進行重構，然后結合檢測得到的電機位置與速度的信息計算出電壓與電流的直交軸分量信號，并對所得信號進行低通濾波處理以得到理想的直交軸電壓、電流信號，最后計算出直交軸電感值。該數據處理模塊采用處理芯片TMS320LF2407A的DSP系統。