交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置，為克服：1.若采集直流母線電壓換算得到的交流變頻電機(jī)（3）的端電壓誤差較大；2.若直接測(cè)量交流變頻電機(jī)（3）的端電壓，需要極高的數(shù)字采樣頻率和高速的數(shù)字信號(hào)處理這是普通控制器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，該測(cè)量裝置由傳感器，采樣電阻，1號(hào)積分器和2號(hào)積分器組成；傳感器的輸出端與采樣電阻的一端電線連接，采樣電阻的另一端同時(shí)和1號(hào)積分器與2號(hào)積分器的一端電線連接，采樣電阻、1號(hào)積分器與2號(hào)積分器焊接在同一塊電路板上。傳感器的輸入端接逆變器（2）的PWM電壓側(cè)即接交流變頻電機(jī)（3）的端電壓側(cè)；1號(hào)積分器與2號(hào)積分器的另一端同時(shí)與電機(jī)控制器（4）中的I/O口電線連接。
【專利說(shuō)明】交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量機(jī)構(gòu)，更確切地說(shuō)，本實(shí)用新型涉及一種交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻電機(jī)在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用。在交流變頻電機(jī)系統(tǒng)中，控制算法是決定系統(tǒng)性能的核心，而傳感器采集信號(hào)的準(zhǔn)確度將直接影響到控制算法的效果。由于交流變頻電機(jī)的端電壓為高頻高壓的PWM形式，目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量，所以，目前工業(yè)界一般使用電壓傳感器測(cè)量逆變器輸入端電壓(如圖1中Vdc)代替電機(jī)端電壓(如圖1中Vac)。由于這種測(cè)量方法無(wú)法精確考慮逆變器的電壓損失，所以測(cè)量的電壓誤差較大，如何精確獲得電機(jī)端電壓近年來(lái)受到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。
[0003]交流變頻電機(jī)端電壓的測(cè)量精度不但影響電機(jī)控制性能，而且對(duì)電機(jī)無(wú)位置傳感器技術(shù)的發(fā)展有著重要意義。所謂電機(jī)無(wú)位置傳感器技術(shù)就是利用電機(jī)的電壓、電流信息估計(jì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信息的一種方法。在可靠性要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合，利用無(wú)位置傳感器技術(shù)可以節(jié)約成本，省去購(gòu)買、安裝轉(zhuǎn)子位置傳感器的工作；在可靠性要求較高的場(chǎng)合，無(wú)位置傳感器技術(shù)可以作為位置傳感器的備份，在位置傳感器失效的情況下使系統(tǒng)正常工作。顯然，電機(jī)端電壓測(cè)量的精度就會(huì)影響到轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的精度，事實(shí)上，無(wú)法得到準(zhǔn)確的端電壓正是影響無(wú)位置傳感器技術(shù)目前無(wú)法大面積推廣的一個(gè)重要因素。
[0004]經(jīng)文獻(xiàn)檢索和調(diào)研，端電壓測(cè)量精度對(duì)無(wú)位置傳感器技術(shù)性能的影響也是在近5年內(nèi)才被國(guó)外學(xué)者所重視，目前國(guó)內(nèi)外均無(wú)直接準(zhǔn)確測(cè)量交流變頻電機(jī)機(jī)端PWM電壓的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在:1.若采集直流母線電壓，換算得到的端電壓無(wú)法精確考慮逆變器的壓降，誤差較大；2.若直接測(cè)量電機(jī)端電壓，由于PWM方波的特性，需要極高的數(shù)字采樣頻率和高速的數(shù)字信號(hào)處理，普通控制器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，提供了 一種交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:所述的交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置包括傳感器，采樣電阻，I號(hào)積分器和2號(hào)積分器；
[0007]傳感器的輸出端與米樣電阻的一端電線連接，米樣電阻的另一端同時(shí)和I號(hào)積分器與2號(hào)積分器的一端電線連接。
[0008]技術(shù)方案中所述的傳感器選用HV-C04系列的傳感器，采樣電阻選用型號(hào)為0201的貼片電阻，I號(hào)積分器與2號(hào)積分器選用型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器。HV-C04系列的傳感器的輸出端Vc與型號(hào)為0201的貼片電阻的一端電線連接,型號(hào)為0201的貼片電阻0201的另一端和型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器的Uin端與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器的Uin端電線連接，型號(hào)為0201的貼片電阻、型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器焊接在同一塊電路板上。
[0009]技術(shù)方案中所述的傳感器選用LV25-P系列的傳感器，采樣電阻選用型號(hào)為0402的貼片電阻，I號(hào)積分器與2號(hào)積分器選用型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器與型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器；
[0010]LV25-P系列的傳感器的輸出端OUT與型號(hào)為0402的貼片電阻的一端電纜連接，型號(hào)為0402的貼片電阻的另一端和型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器的Uin端與型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器的Uin端電線連接,型號(hào)為0402的貼片電阻、型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器與型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器焊接在同一塊電路板上。
[0011]技術(shù)方案中所述的交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置的輸入端通過(guò)傳感器與逆變器的PWM電壓側(cè)即交流變頻電機(jī)的端電壓側(cè)電線連接；
[0012]所述的I號(hào)積分器與2號(hào)積分器的另一端同時(shí)與電機(jī)控制器中的I/O 口電線連接；即型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器與型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器的Uout端和電機(jī)控制器中控制板的I/O 口米用電線連接或者型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器的Uout端與電機(jī)控制器中控制板的I/O 口采用電線連接。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比本實(shí)用新型的有益效果是:
[0014]1.參閱圖1，由于交流變頻電機(jī)的端電壓為高頻高壓的PWM形式，目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量，所以，目前工業(yè)界一般使用電壓傳感器測(cè)量逆變器輸入直流母線端電壓Vdc代替電機(jī)端電壓Vac。若測(cè)量逆變器輸入端的直流母線電壓，換算得到的端電壓無(wú)法精確考慮逆變器的壓降，誤差較大，參閱圖3，本實(shí)用新型改進(jìn)了現(xiàn)有方案，在逆變器的輸出端增加了利用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)模擬電路的高精度電壓測(cè)量裝置，這樣可準(zhǔn)確測(cè)量出逆變器輸出端電壓(即電機(jī)端電壓)，避免由于逆變器壓降導(dǎo)致的測(cè)量電壓誤差，從而提高電機(jī)的控制性倉(cāng)泛。
[0015]2.電機(jī)的端電壓除了對(duì)電機(jī)的控制性能有決定性的影響外，對(duì)電機(jī)的一些應(yīng)用技術(shù)也有很大影響，例如在無(wú)位置傳感器中利用電機(jī)端電壓來(lái)確定轉(zhuǎn)子位置，而電機(jī)端電壓測(cè)量的精度影響到轉(zhuǎn)子位置估計(jì)的精度，這是無(wú)位置傳感器技術(shù)目前無(wú)法大面積推廣的一個(gè)重要因素，本實(shí)用新型提出的測(cè)量電機(jī)端電壓的方法得到了準(zhǔn)確的端電壓，有利于無(wú)位置傳感器技術(shù)的推廣。
[0016]3.由于交流變頻電機(jī)的端電壓為高頻高壓的PWM形式，一般頻率約為5-20KHZ，而決定該信號(hào)幅值的特性則為此高頻的方波信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)高電平脈寬所占時(shí)間的比例。
[0017]如:電機(jī)電壓PWM頻率為IOkHzJP PWM周期為lOOus，若電壓采樣頻率高達(dá)1MHz，則其測(cè)量精度時(shí)間精度為lus，可見(jiàn)其測(cè)量誤差高達(dá)1%，而這樣高的采樣頻率將占用大量單片機(jī)的資源，實(shí)際應(yīng)用非常困難。
[0018]而本實(shí)用新型的電路將利用模擬電路，對(duì)IOOus內(nèi)PWM電壓進(jìn)行積分，顯然該積分值與實(shí)際輸出電壓成正比，那么只需在IOOus后測(cè)量該積分值，即可準(zhǔn)確得到相應(yīng)的電機(jī)端電壓幅值，此時(shí)單片機(jī)的采樣頻率只需10kHz，且精度由硬件積分器的性能決定，不占用單片機(jī)軟件資源。所以本實(shí)用新型在提高電壓采樣精度的情況下，將大幅度降低控制系統(tǒng)所需的采樣頻率，降低系統(tǒng)成本。
[0019]因此，通過(guò)本實(shí)用新型的測(cè)量裝置電路，普通工業(yè)電機(jī)的控制系統(tǒng)用較低的采樣頻率就可獲得電機(jī)的端電壓，有助于電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0021]圖1是交流變頻電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意框圖；
[0022]圖2是傳統(tǒng)交流變頻電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意框圖；
[0023]圖3是采用本實(shí)用新型所述的交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置的交流變頻電機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成示意框圖；
[0024]圖4是本實(shí)用新型所述的交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0025]圖5是本實(shí)用新型所述的交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置各種信號(hào)曲線圖；
[0026]圖中:1.直流電源，2.逆變器，3.交流變頻電機(jī)，4.電機(jī)控制器，5.電壓測(cè)量裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的描述:
[0028]參閱圖2，傳統(tǒng)交流變頻電機(jī)控制系統(tǒng)包括直流電源1、逆變器2、交流變頻電機(jī)3、電機(jī)控制器4，直流電源I輸出端通過(guò)直流母線與逆變器2的輸入端相連，逆變器2的輸出端通過(guò)三相動(dòng)力線與電機(jī)3相連；
[0029]傳統(tǒng)交流變頻電機(jī)控制系統(tǒng)是測(cè)量逆變器直流側(cè)電壓值Vdc，利用逆變器直流側(cè)電壓值Vdc計(jì)算交流變頻電機(jī)機(jī)端電壓值Vac作為電機(jī)控制器4的電壓反饋信號(hào)。這種傳統(tǒng)方法計(jì)算得到的交流變頻電機(jī)機(jī)端電壓值無(wú)法準(zhǔn)確考慮逆變器2的非線性效應(yīng)，從而造成反饋的電機(jī)機(jī)端電壓Vac誤差相對(duì)較大，不利于高性能電機(jī)控制。
[0030]參閱圖3，本實(shí)用新型在傳統(tǒng)交流變頻電機(jī)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了電壓測(cè)量裝置5，電壓測(cè)量裝置5串聯(lián)在逆變器2與電機(jī)控制器4之間，電壓測(cè)量裝置5的輸入端接逆變器2的PWM電壓(即電機(jī)3端電壓)側(cè)，電壓測(cè)量裝置5的輸出端與電機(jī)控制器4輸入端電線連接。電壓測(cè)量裝置5用來(lái)測(cè)量逆變器2輸出電壓值Vac，此值消除了間接測(cè)量電機(jī)端電壓信號(hào)時(shí)逆變器2的影響，可以更為準(zhǔn)確的得到電機(jī)3端電壓。
[0031 ] 參閱圖4，本實(shí)用新型提出的電壓測(cè)量裝置5是由傳感器，采樣電阻，I號(hào)積分器和2號(hào)積分器組成，其中積分器主要是利用運(yùn)算放大器的積分電路實(shí)現(xiàn)，I號(hào)積分器和2號(hào)積分器硬件結(jié)構(gòu)完全相同且并行工作。
[0032]傳感器的作用將逆變器2輸出高壓轉(zhuǎn)化成低壓電信號(hào)，低壓電信號(hào)才能被AD采樣模塊使用。選擇傳感器時(shí)主要考慮被測(cè)電壓范圍，輸出信號(hào)，具體實(shí)施時(shí)可以選擇HV-C04系列的傳感器；
[0033]積分器的作用是利用運(yùn)算放大器的積分電路得到電壓模擬量，這是本實(shí)用新型的核心，積分器的性能決定采集到電壓的精度，積分器的設(shè)計(jì)中還應(yīng)該具備使能和重置功能，具體實(shí)施時(shí)積分器可以采用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的積分電路也可選用現(xiàn)成的積分器。
[0034]傳感器的輸出端通過(guò)電線接采樣電阻的一端，采樣電阻的另一端接入積分器，兩積分器同時(shí)用電線接電機(jī)控制器4的I/O 口，采樣電阻和I號(hào)積分器與2號(hào)積分器焊接在同一塊電路板上。
[0035]實(shí)施方案一,HV-C04系列傳感器的輸出端Vc與型號(hào)為0201的貼片電阻的一端電線連接，型號(hào)為0201的貼片電阻的另一端同時(shí)和型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器的Uin端與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器的Uin端電線連接,型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器的Uout端與電機(jī)控制器中控制板的I/O 口電線連接，型號(hào)為0201的貼片電阻、型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器焊接在同一塊電路板上。
[0036]實(shí)施方案二，LV25-P系列傳感器的輸出端OUT與型號(hào)為0402的貼片電阻一端電線連接，型號(hào)為0402的貼片電阻的另一端同時(shí)與型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器的Uin端和型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器的Uin端電線連接,型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器和型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器的Uout端與電機(jī)控制器中控制板的I/O 口電線連接，型號(hào)為0402的貼片電阻、型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器與型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器焊接在同一塊電路板上。
[0037]使用本實(shí)用新型所述的電壓測(cè)量裝置的交流變頻電機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理:
[0038]直流電源I通過(guò)直流母線將直流電壓供給逆變器2，逆變器2對(duì)輸入的直流電壓進(jìn)行變換，變換得到的三相方波PWM電壓供交流變頻電機(jī)3工作。
[0039]電機(jī)控制器4采集電壓測(cè)量裝置5測(cè)量到的交流變頻電機(jī)3端電壓值Vac用于交流變頻電機(jī)3 (即與需求電壓作對(duì)比調(diào)節(jié)逆變器2的輸出電壓值或者進(jìn)行無(wú)位置傳感器轉(zhuǎn)子位置估計(jì)等工作中)，使交流變頻電機(jī)3達(dá)到需求工作狀態(tài)。
[0040]參閱圖5，本實(shí)用新型所述的交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置的工作原理:
[0041]電機(jī)控制器設(shè)置I/O管腳發(fā)出使能控制信號(hào)，分時(shí)使能I號(hào)積分器和2號(hào)積分器，I號(hào)積分器和2號(hào)積分器按周期交替工作，在第一個(gè)周期T使能I號(hào)積分器(圖中使能I號(hào)積分器曲線)，I號(hào)積分器將傳感器采集到的高速的方波PWM電壓信號(hào)進(jìn)行單周期采樣-積分-保持，積分器的輸出電壓信號(hào)如圖中I號(hào)積分器輸出曲線所示；第二個(gè)周期使I號(hào)積分器重置，I號(hào)積分器保持積分值，使能2號(hào)積分器(圖中使能2號(hào)積分器曲線)，2號(hào)積分器將傳感器采集到高速的方波PWM電壓信號(hào)進(jìn)行單周期采樣-積分-保持，積分器的輸出電壓信號(hào)如圖中2號(hào)積分器輸出曲線所示。
[0042]電機(jī)控制器設(shè)置I/O管腳發(fā)出米樣控制信號(hào)對(duì)I號(hào)積分器和2號(hào)積分器輸出值的分時(shí)采樣控制(采樣控制信號(hào)圖中的采樣信號(hào)I和采樣信號(hào)2)，得到總輸出電壓值(圖中總輸出曲線)，此電壓值即是電機(jī)端電壓值。
[0043]利用電壓測(cè)量裝置可以準(zhǔn)確得到電機(jī)端電壓，而且積分器采用高性能的運(yùn)算放大器的積分電路實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)單可靠，成本低。
【權(quán)利要求】
1.一種交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置，其特征在于，所述的交流變頻電機(jī)機(jī)端電壓測(cè)量裝置包括傳感器，采樣電阻，I號(hào)積分器和2號(hào)積分器； 傳感器的輸出端與米樣電阻的一端電線連接，米樣電阻的另一端同時(shí)和I號(hào)積分器與2號(hào)積分器的一端電線連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置，其特征在于，所述的傳感器選用HV-C04系列的傳感器,米樣電阻選用型號(hào)為0201的貼片電阻，I號(hào)積分器與2號(hào)積分器選用型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器； HV-CO4系列的傳感器的輸出端Vc與型號(hào)為0201的貼片電阻的一端電線連接,型號(hào)為0201的貼片電阻0201的另一端和型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器的Uin端與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器的Uin端電線連接,型號(hào)為0201的貼片電阻、型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器焊接在同一塊電路板上。
3.按照權(quán)利要求1所述的交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置，其特征在于，所述的傳感器選用LV25-P系列的傳感器,米樣電阻選用型號(hào)為0402的貼片電阻，I號(hào)積分器與2號(hào)積分器選用型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器與型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器； LV25-P系列的傳感器的輸出端OUT與型號(hào)為0402的貼片電阻的一端電線連接,型號(hào)為0402的貼片電阻的另一端和型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器的Uin端與型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器的Uin端電線連接,型號(hào)為0402的貼片電阻、型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器與型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器焊接在同一塊電路板上。
4.按照權(quán)利要求1所述的交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置，其特征在于，所述的交流變頻電機(jī)的機(jī)端電壓測(cè)量裝置的輸入端通過(guò)傳感器與逆變器(2)的PWM電壓側(cè)即交流變頻電機(jī)(3)的端電壓側(cè)電線連接； 所述的I號(hào)積分器與2號(hào)積分器的另一端同時(shí)與電機(jī)控制器(4)中的I/O 口電線連接；即型號(hào)為OEM的I號(hào)積分器與型號(hào)為OEM的2號(hào)積分器的Uout端和電機(jī)控制器(4)中控制板的I/O 口米用電線連接或者型號(hào)為DIN的I號(hào)積分器與型號(hào)為DIN的2號(hào)積分器的Uout端與電機(jī)控制器(4)中控制板的I/O 口采用電線連接。
【文檔編號(hào)】G01R19/25GK203732614SQ201320865048
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】張建, 袁新枚, 紀(jì)淑玲, 陳浩, 盧瀟, 王闖, 陳宏羽, 刁慶華 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)