利用交流异步电机进行阀门微步调节的装置及其实现方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用交流异步电机进行阀门微步调节的装置及其实现方法。它主要包括：交流异步电机，电动阀门控制器，减速器，阀门；交流异步电机轴通过法兰连接减速器，减速器通过法兰连接阀门；电动阀门控制器由控制器ＤＳＰ控制部分和驱动功率放大部分组成，电动阀门控制器连接减速器，同时电动阀门控制器连接交流异步电机。本发明专利技术与现有技术相比，采用交流异步电机作为动力源电机，以电机的定子电流为直接控制对象，利用全数字控制器实现阀门电动装置的精确定位精度，保证了响应的快速性；电机微步动作特性省去了复杂的机械传动装置，经由电机轴输出直接用简易的减速传动便可代替现有技术的多级复杂传动系统实现阀门的微调和定位，并且具有结构简单、响应快、抗污染能力强、可靠性高的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。技术背景 随着经济的发展、工业自动化的进步，电动阀门已经是过程自动化链的重要组成部分，其能源取用比其它的驱动方式方便，在电力、冶金、石油、矿山等工业部门得到广泛的应用。在工业场合电动阀门必须具有更高的可靠性和安全性，而电动阀门的综合性能主要取决于电动执行器的可靠性与安全性，因此执行机构的各项性能及其控制水平在很大程度上决定着电动阀门整机的技术水平。为使电动阀门发挥最大性能，在其设计过程中，不仅要重视选择阀门的参数，更要明确执行机构的具体要求。以免在安装、调试、使用过程中带来不必要的麻烦和可能产生严重后果。 我国电动阀门行业发展相对落后，目前国内研发生产的电动阀门产品在要求高精度、可靠性高的方面使用效果不佳。机械结构部分过于复杂，不便于安装、调试，且不易维修。
技术实现思路
本专利技术提供一种，采用交流异步电机作为电动阀门的动力源电机，以交流异步电机的定子电流为直接控制对象，模拟步进电机的运动控制模式，获得微小的电机定位精度，用简易的齿轮传动代替现有技术的多级复杂传动系统实现阀门的微调。本专利技术是电动阀门电机、电动阀门控制器、阀门三位一体装置，不仅能稳定实现对阀门的精确微步控制，还具有结构简单、响应快、抗污染能力强、可靠性高的优点。 本专利技术提供的利用交流异步电机进行阀门微步调节的装置主要包括交流异步电机，电动阀门控制器，减速器，阀门；交流异步电机轴通过法兰连接减速器，减速器通过法兰连接阀门；电动阀门控制器由DSP控制部分和驱动功率放大部分组成；电动阀门控制器连接减速器，同时电动阀门控制器连接交流异步电机。 所述的驱动功率放大部分包括驱动电路，信号隔离驱动电源、电压采样电路、电流采样，保护电路。保护电路包括制动保护电路、过压保护电路、欠压保护电路。 所述的信号隔离驱动电路连接DSP芯片；信号隔离驱动电路连接驱动电路(IPM)。 所述的电压采样电路连接驱动电路，同时电压采样电路连接DSP 。 所述的电流采样使用霍尔电流传感器，电机绕组穿过霍尔电流传感器。 所述的保护电路包括制动电路、过压电路、欠压电路。制动电路、过压电路、欠压电路依次相连组成保护电路。 所述的DSP控制部分包括DSP芯片，DSP外围电路，电流信号的检测电路，位置检测电路，显示和按键驱动电路。 所述的DSP外围电路是通过DSP芯片的外部存储器接口模块EMIF连接用户扩展的片外存储器，以及通过DSP芯片的JTAG接口连接外部仿真器。 所述的电流信号的检测电路是将电机绕组经过霍尔电流传感器，霍尔电流传感器 连接电阻，再连接至DSP的A/D转换通道。 所述的位置检测电路包括旋转变压器、函数发生器、高频功率放大芯片、数字转换 器。 所述的交流异步电机连接旋转变压器作为位置传感器；函数发生器连接至高频功 率放大芯片；高频功率放大芯片连接旋转变压器为其提供励磁；数字转换器连接旋转变压 器将旋转变压器产生的信号转换为数字型角度值。 所述的DSP芯片通过SPI接口连接控制LED数码管显示单元。 所述的DSP芯片通过I/O端口作为按键检测引脚连接键盘输入单元。 本专利技术提供的一种利用交流异步电机进行阀门微步调节的实现方法包括的步骤 以交流异步电机的定子电流为直接控制对象，电机采用电流矢量增量运动模式， 模拟步进电机的运动控制模式，将电流矢量离散，转子跟随电流矢量的位置前进，以此获得 微小的电机定位精度；根据用户对阀门微调的要求，设置电流离散化的步数和步距，在此基 础上为电机连接单级减速器；单级减速器连接阀门，组成结构简单、性能优越的高精度微调 的电动阀门装置。 将通入交流异步电机绕组的正弦波电流等步距离散为阶梯波； 电机绕组通入的离散电流矢量，是将电流的一个周期分为b份的阶梯波，b是6的倍数。 b的具体取值是根据所用交流异步电机的极数以及用户对阀门的微动精度要求选 取，交流异步电机每步微动可达到的精度为360° /(电机极对数Xb)。以四极交流异步 电机为例，取b为12时，电机微动每步达到的精度为15° ;b为24时，电机微动每步达到的 精度为7.5° 。 定子电流为 x代表微步运动中的步数，为0到b-1之间的任一整数；当x取零时，是电机开始 微步运动初始定子电流值。电机每微步运动一次，式中的电流就变化一次。通过运行步数 x的给定，实现电机的微步运行。 阀门电动装置的控制器中加入电流矢量控制器实现对定子电流的控制，使转子总 是跟随定子电流矢量的位置，形成微步的运动控制。控制系统结构框图如图l所示。 交流异步电机的电机轴连接减速器，减速器输出端连接阀门，实现电动阀门装置 微步调节功能。 本专利技术提供的与现有 技术相比，采用交流异步电机作为动力源电机，以电机的定子电流为直接控制对象，使电机的每步运行可以实现细微调节动作，并利用全数字控制器实现阀门电动装置的精确定位精度，保证了响应的快速性；这种电机的微步动作特性省去了复杂的机械传动装置，经由电机轴输出直接用简易的减速传动便可代替现有技术的多级复杂传动系统实现阀门的微调和定位。实际运行表明，本专利技术提供的可微步调节电动阀门装置具有结构简单、响应快、抗污染能力强、可靠性高的优点。附图说明 图1是交流异步电机定子电流定向控制系统结构图。 图2是基于交流异步电机的微步调节电动阀门装置。 图3是电动阀门装置控制系统结构框图。具体实施方案 如图2所示，本专利技术提供的基于交流异步电机的微步调节电动阀门装置主要包括交流异步电机1 ，控制器2，减速器3，阀门4，法兰5。 交流异步电机1通过法兰5连接减速器2，减速器2通过法兰5连接阀门4 ;电动阀门控制器2由DSP控制部分和驱动功率放大部分组成；电动阀门控制器2连接减速器3，同时电动阀门控制器2连接交流异步电机1。 控制器由DSP控制部分和驱动功率放大部分组成。控制系统结构如图3所示。 驱动功率放大部分包括驱动电路，信号隔离驱动电路、电压采样电路、电流采样，保护电路。 DSP连接信号隔离驱动电路；信号隔离驱动电路连接驱动电路(IPM)，为驱动电路提供开关信号决定电机绕组的导通状态。 电压采样电路连接驱动电路，同时电压采样电路连接DSP 。 电流采样使用霍尔电流传感器，电机绕组穿过霍尔电流传感器。 保护电路包括制动电路、过压电路、欠压电路。制动电路、过压电路、欠压电路依次相连组成保护电路。 DSP控制部分包括DSP(TMS320F240， TI公司)，DSP外围电路，电流信号的检测电路，位置检测电路，显示和按键驱动电路。 DSP外围电路是通过DSP的外部存储器接口模块EMIF连接用户扩展的片外存储器；通过DSP的JTAG接口连接外部仿真器。 电流信号的检测电路是将电机绕组经过霍尔电流传感器，霍尔电流传感器连接电阻，再连接至DSP的A/D转换通道。 位置检测电路包括旋转变压器、函数发生器(ICL8083， Intersil)、高频功率放大芯片(0PA547)、数字转换器(AD2S90)。 交流异步电机采用旋转变压器作为位置传感器；函数发生器产生正弦信号连接至高频功率放大芯片；高频功率放大芯片输出正弦信号连接旋转变压器为其提供励磁；数字转换器连接旋转变压器将旋转变压器产生的信号转换为数字型角度值，数字转换器再连接DSP。DSP根据检测得到转子位置，由电流矢量控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用交流异步电机进行阀门微步调节的装置，其特征在于它主要包括：交流异步电机，电动阀门控制器，减速器，阀门；交流异步电机轴通过法兰连接减速器，减速器通过法兰连接阀门；电动阀门控制器由控制器ＤＳＰ控制部分和驱动功率放大部分组成，电动阀门控制器连接减速器，同时电动阀门控制器连接交流异步电机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹤旭，董砚，李洁，雷兆明，郑易，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]