电机旋转角度测量设备及方法技术

提供一种电机旋转角度测量设备及方法。一种电机旋转角度测量设备可包括：信号调理电路，用于接收电机的三相输出电压，并分别生成第一方波信号、第二方波信号和第三方波信号；处理器，用于在电机的一个旋转周期内，每当检测到第一方波信号、第二方波信号和第三方波信号中的任一方波信号的跳变时，产生一个6倍频脉冲，并且基于当前6倍频脉冲与上一6倍频脉冲之间的时间间隔以及预设的补偿细分系数k，在当前6倍频脉冲与下一6倍频脉冲之间产生补偿脉冲，并累计补偿脉冲的个数，其中，所述补偿脉冲的个数与电机的旋转角度相关。本发明专利技术的电机旋转角度测量设备能够提高电机旋转角度测量的精度、可靠性和稳定性，并且降低成本。

【技术实现步骤摘要】
电机旋转角度测量设备及方法
本专利技术涉及一种电机旋转角度测量设备及方法，更具体地讲，涉及一种非接触式且能够准确测量电机旋转角度的设备和方法。
技术介绍
目前，在很多工程
，需要对同步电机(发电机和电动机)旋转角度进行测量，以便更好地观察同步电机运行过程中的模态，控制电机的运行过程和状态，提高电机机组的工作效率，延长电机组的寿命。同步电机旋转角度测量的方法分为：接触式和非接触式。接触式的同步电机旋转角度测量方法主要有：通过各种机构或者结构(比如，主轴联轴器)将电机的旋转过程传递到测量设备上，对电机的旋转角度进行测量，得出电机当前相对于零度参考点所旋转过的角度。这类方法采用的旋转角度测量设备有绝对位置型光电旋转编码器、旋转变压器、电位器。光电旋转编码器在旋转角度测量领域应用广泛，测量分辨率高，但该设备需要专门的同步串行接口(SSI，SynchronousSerialInterface)设备才能获得测量结果，而且光电旋转编码器抗低速抖动和抗冲击能力差，同步电机运行在低速时它的测量结果噪声大，精度差，寿命短。旋转变压器可以很好的克服光电旋转编码器的缺点，但是旋转变压器应用过程中需要配备专业的调制解调器，相对成本较高。用电位器测量同步电机的旋转角度，寿命有限，可靠性差，后期维护成本较高。将电机旋转过程传递到测量设备上的各种机构或者结构(比如，主轴联轴器)，在工程应用时，还存在一定的维护量，在一定程度上降低了转角测量的可靠性、增加了系统成本。接触式的测量方法既增加了同步电机旋转角度测量成本，又降低了系统的可靠性，对安装，维护使用带来诸多不便。非接触式的同步电机旋转角度测量方法主要有：磁性旋转角度传感器，其通过在旋转部件上安装磁铁，利用专门的霍尔感应芯片，感知磁铁旋转过的角度，从而测量同步电机旋转角度，但是同步电机在工作过程中会产生比较强的电磁干扰，从而影响到霍尔感应芯片，导致测量结果数据毛刺大。在电机旋转部件上安装齿形盘、或者利用同步电机旋转部件圆周上的多个机械结构特征检测点(比如，螺栓)，采用接近开关或类似传感器对同步电机旋转角度进行测量。这种方法的好处是不需要专门的同步电机旋转测量设备，相对成本较低，应用简单，但是这种测量方法分辨率低，输出精度和测量结果更新速度受限于齿形盘或者同步电机旋转部件圆周上的特征检测点数量，同时在同步电机低速运行时，旋转角度测量结果的更新响应速度缓慢，测量结果存在较大的相位差。
技术实现思路
为了解决如上所述的电机旋转角度测量过程中出现的精度低、可靠性差、成本高的问题，本专利技术提供一种电机旋转角度测量设备和方法。提供本
技术实现思路
以简化的形式介绍对在以下的具体实施方式中进一步描述的构思的选择。根据本专利技术构思的一方面，提供一种电机旋转角度测量设备，包括：信号调理电路，用于接收电机的三相输出电压UA、UB和UC，并分别生成与UA-UB相应的第一方波信号、与UB-UC相应的第二方波信号和与UC-UA相应的第三方波信号；处理器，用于在所述电机的一个旋转周期内，每当检测到所述第一方波信号、所述第二方波信号和所述第三方波信号中的任一方波信号的跳变时，产生一个6倍频脉冲，并且基于当前6倍频脉冲与上一6倍频脉冲之间的时间间隔以及预设的补偿细分系数k，在当前6倍频脉冲与下一6倍频脉冲之间产生补偿脉冲，并累计所述补偿脉冲的个数，其中，所述补偿脉冲的个数与电机的旋转角度相关。可选地，电机旋转角度测量设备还可包括：计算模块，用于每当补偿脉冲的个数更新时，基于更新后的累计的补偿脉冲的个数、所述预设的补偿细分系数k和所述电机的极对数，来计算所述电机的旋转角度。可选地，所述处理器通过将所述当前6倍频脉冲与上一6倍频脉冲之间的时间间隔除以所述预设的补偿细分系数k来获得特定间隔，其中，所述处理器在检测到所述下一6倍频脉冲之前，以所述特定间隔产生补偿脉冲，并累计补偿脉冲的个数，直到产生k-1个补偿脉冲为止，在检测到所述下一6倍频脉冲时，将所述下一6倍频脉冲作为补偿脉冲，并累计补偿脉冲的个数。可选地，电机旋转角度测量设备还可包括：拨码开关，用于调节所述预设的补偿细分系数k。其中，所述拨码开关通过改变拨码开关的值来调节所述预设的补偿细分系数k，当所述拨码开关的值为dm时，所述预设的补偿细分系数k等于2dm。可选地，所述计算模块根据以下等式计算所述电机的旋转角度θ：其中，n为更新后的累计的补偿脉冲的个数，P为所述电机的极对数。可选地，在所述电机上设置有零度参考点，其中，所述零度参考点指示所述电机的一个旋转周期的起始点，当所述零度参考点接近于设置在所述电机旋转角度测量设备外部的传感器时，所述传感器产生零度参考点复位信号，其中，所述处理器响应于所述零度参考点复位信号，将脉冲补偿的个数清零。可选地，所述电机旋转角度测量设备还包括：传感器接口，用于从所述传感器接收所述零度参考点复位信号，并且将所述零度参考点复位信号调整为满足所述处理器工作所要求的电压的信号。可选地，所述电机旋转角度测量设备还包括：数字模拟转换器，用于根据以下等式获得与补偿脉冲的个数对应的电压值Vout：Vout＝(n/2m)×Vref，其中，n为更新后的累计的补偿脉冲的个数，m为所述数字模拟转换器将补偿脉冲的个数转换为电压值时的量化位数，Vref为所述数字模拟转换器的参考电压。可选地，当所述电机的旋转速度小于预定值时，所述处理器不产生补偿脉冲而仅将6倍频脉冲作为补偿脉冲。根据本专利技术构思的另一方面，提供一种电机旋转角度测量方法包括：在电机的一个旋转周期内，每当检测到第一方波信号、第二方波信号和第三方波信号中的任一方波信号的跳变时，产生一个6倍频脉冲，并且基于当前6倍频脉冲与上一6倍频脉冲之间的时间间隔以及预设的补偿细分系数k，在当前6倍频脉冲与下一6倍频脉冲之间产生补偿脉冲，并累计所述补偿脉冲的个数，其中，所述补偿脉冲的个数与所述电机的旋转角度相关，其中，所述第一方波信号对应于所述电机的三相输出电压UA、UB和UC中的UA与UB之间的差UA-UB，所述第二方波信号对应于所述电机的三相输出电压UA、UB和UC中的UB与UC之间的差UB-UC，所述第三方波信号对应于所述电机的三相输出电压UA、UB和UC中的UC与UA之间的差UC-UA。可选地，所述电机旋转角度测量方法还包括：每当补偿脉冲的个数更新时，基于更新后的累计的补偿脉冲的个数、所述预设的补偿细分系数k和所述电机的极对数，来计算所述电机的旋转角度。可选地，所述在当前6倍频脉冲与下一6倍频脉冲之间产生补偿脉冲，并累计补偿脉冲的个数的步骤包括：通过将所述当前6倍频脉冲与上一6倍频脉冲之间的时间间隔除以所述预设的补偿细分系数k来获得特定间隔；在检测到所述下一6倍频脉冲之前，以所述特定间隔产生补偿脉冲，并累计补偿脉冲的个数，直到产生k-1个补偿脉冲为止；在检测到所述下一6倍频脉冲时，将所述下一6倍频脉冲作为补偿脉冲，并累计补偿脉冲的个数。可选地，所述电机旋转角度测量方法还包括接收由拨码开关调节的所述预设的补偿细分系数k，其中，当所述拨码开关的值为dm时，所述预设的补偿细分系数k等于2dm。可选地，所述计算电机旋转角度的步骤包括根据以下等式计算电机旋转角度θ：其中，n为更新后的累计的补偿脉冲的个数，P为电机的极对数。可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电机旋转角度测量设备，其特征在于，包括：信号调理电路，用于接收电机的三相输出电压UA、UB和UC，并分别生成与UA‑UB相应的第一方波信号、与UB‑UC相应的第二方波信号和与UC‑UA相应的第三方波信号；处理器，用于在所述电机的一个旋转周期内，每当检测到所述第一方波信号、所述第二方波信号和所述第三方波信号中的任一方波信号的跳变时，产生一个6倍频脉冲，并且基于当前6倍频脉冲与上一6倍频脉冲之间的时间间隔以及预设的补偿细分系数k，在当前6倍频脉冲与下一6倍频脉冲之间产生补偿脉冲，并累计所述补偿脉冲的个数，其中，所述补偿脉冲的个数与电机的旋转角度相关。

【技术特征摘要】
1.一种电机旋转角度测量设备，其特征在于，包括：信号调理电路，用于接收电机的三相输出电压UA、UB和UC，并分别生成与UA-UB相应的第一方波信号、与UB-UC相应的第二方波信号和与UC-UA相应的第三方波信号；处理器，用于在所述电机的一个旋转周期内，每当检测到所述第一方波信号、所述第二方波信号和所述第三方波信号中的任一方波信号的跳变时，产生一个6倍频脉冲，并且基于当前6倍频脉冲与上一6倍频脉冲之间的时间间隔以及预设的补偿细分系数k，在当前6倍频脉冲与下一6倍频脉冲之间产生补偿脉冲，并累计所述补偿脉冲的个数，其中，所述补偿脉冲的个数与电机的旋转角度相关。2.如权利要求1所述的电机旋转角度测量设备，其特征在于，还包括：计算模块，用于每当补偿脉冲的个数更新时，基于更新后的累计的补偿脉冲的个数、所述预设的补偿细分系数k和所述电机的极对数，来计算所述电机的旋转角度。3.如权利要求1所述的电机旋转角度测量设备，其特征在于，所述处理器通过将所述当前6倍频脉冲与上一6倍频脉冲之间的时间间隔除以所述预设的补偿细分系数k来获得特定间隔，其中，所述处理器在检测到所述下一6倍频脉冲之前，以所述特定间隔产生补偿脉冲，并累计补偿脉冲的个数，直到产生k-1个补偿脉冲为止，在检测到所述下一6倍频脉冲时，将所述下一6倍频脉冲作为补偿脉冲，并累计补偿脉冲的个数。4.如权利要求1所述的电机旋转角度测量设备，其特征在于，还包括：拨码开关，用于调节所述预设的补偿细分系数k，其中，所述拨码开关通过改变拨码开关的值来调节所述预设的补偿细分系数k，其中，当所述拨码开关的值为dm时，所述预设的补偿细分系数k等于2dm。5.如权利要求2所述的电机旋转角度测量设备，其特征在于，所述计算模块根据以下等式计算所述电机的旋转角度θ：其中，n为更新后的累计的补偿脉冲的个数，P为所述电机的极对数。6.如权利要求1所述的电机旋转角度测量设备，其特征在于，在所述电机上设置有零度参考点，其中，所述零度参考点指示所述电机的一个旋转周期的起始点，当所述零度参考点接近于设置在所述电机旋转角度测量设备外部的传感器时，所述传感器产生零度参考点复位信号，其中，所述处理器响应于所述零度参考点复位信号，将脉冲补偿的个数清零。7.如权利要求6所述的电机旋转角度测量设备，其特征在于，还包括：传感器接口，用于从所述传感器接收所述零度参考点复位信号，并且将所述零度参考点复位信号调整为满足所述处理器工作所要求的电压的信号。8.如权利要求1所述的电机旋转角度测量设备，其特征在于，还包括：数字模拟转换器，用于根据以下等式获得与补偿脉冲的个数对应的电压值Vout：Vout＝(n/2m)×Vref，其中，n为更新后的累计的补偿脉冲的个数，m为所述数字模拟转换器将补偿脉冲的个数转换为电压值时的量化位数，Vref为所述数字模拟转换器的参考电压。9.如权利要求1所述的电机旋转角度测量设备，其特征在于，当所述电机的旋转速度小于预定值时，所述处理器不产生补偿脉冲而仅将6倍频脉冲作为补偿脉冲。10.一种电机旋转角度测量方法，其特征在于，包括：在电机的一个旋转周期...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄波，霍江明，
申请(专利权)人：新疆金风科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆,65