一種三相電動執行器過力矩保護控制裝置的製作方法
2023-09-20 09:03:30
專利名稱：一種三相電動執行器過力矩保護控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電動執行器，特別涉及一種三相電動執行器過力矩保護控制裝置及方法，過力矩保護控制裝置充分利用單片機的計算能力，通過A/D採集器、電流互感器、電壓互感器的配合使用代替傳統傳感器的檢測手段，脫離原電機學以及機械學轉矩公式，利用純數學方法歸納，通過多方位可調方式達到高控制精度充滿靈活性的過力矩保護控制效果。
背景技術：
過力矩保護是電動執行器的一個重要控制環節，它的控制精度將直接決定著執行器能否對自身和連接的閥門起到保護作用，一旦過力矩保護起不到預期的作用，那麼很可能對整個系統產生重大的不利影響。而隨著技術的發展，對執行器的要求早已超越了運轉的穩定和可靠，而進入到對控制精度的要求上。過力矩保護在控制精度中佔有極為重要的位置。最早的機械過力矩保護控制精度明顯已經達不到實際需求，而採用傳感器實行高精度測量控制，對電動執行器的內部結構的壓力是相當大的，而其耐用性以及隨著電動執行器的使用控制精度的下降都是無法保證。
發明內容鑑於上述技術等多方面的缺陷，結合電動執行器的實際需求以及發展狀況，提出一種新的過力矩保護的技術方案，一改常規所使用的電流傳感器、電壓傳感器、扭矩傳感器、轉速傳感器等方式，利用更為精巧A/D採集器配合電流、電壓互感器，脫離電機學以及機械學公式，通過純數學方式，大大簡化計算過程，採用多方位可調方式，達到靈活性的過力矩保護控制。本實用新型中的設備所採用的技術方案是:一種三相電動執行器過力矩保護控制裝置，其特徵在於，包括A/D採集器、電流信號採集電路、電壓信號採集電路和中樞控制電路，中樞控制電路主要包括過零比較電路A、過零比較電路B、單片機運算電路、傳統電氣控制電路，用於調整機械效率的變阻器和手操顯示面板；所述A/D採集器採用德州儀器公司生產的模數轉換器TLC2543的模擬量信號輸入端與電動執行器內部的電機與採集器接口電路連接；A/D採集器三個控制輸入端，片選(CS)端、輸入/輸出時鐘端(I/O CLOCK)、數據輸入端(DATA INPUT)和數據輸出端(DATAOUT)分別與單片機運算電路中的單片機的對應埠連接；所述電流信號採集電路包括三個電流互感器和一個電流轉換開關，三個電流互感器分別套裝在三相電源的三條火線上，每個電流互感器的一端分別與電流轉換開關輸入端連接，另一端接地；通過電流轉換開關選通一個電流互感器通路，被選通的電流互感器通過電流轉換開關的輸出端與Ι/v轉換電路的輸入端連接，I/V轉換電路的輸出端與中樞控制電路中的過零比較電路A的輸入端連接；電流互感器經I/V轉換電路連接過零比較電路A ;過零比較電路A與單片機的HSl.1引腳連接；[0007]所述電壓信號採集電路包括三個電壓互感器和一個電壓轉換開關，三個電壓互感器的初級連接三相電源的三條火線，三個電壓互感器的次級分別與電壓轉換開關輸入端連接，另一端接地；通過電壓轉換開關選通一個電壓互感器通路，被選通的電壓互感器通過電壓轉換開關的輸出端與中樞控制電路中的過零比較電路B的輸入端連接，另一端接地；電壓互感器經電壓轉換開關連接過零比較電路B，過零比較電路B與入單片機的HSl.0引腳連接；電機與採集器接口電路包括一個IOK可變電阻，可變電阻與電機0-5V電壓輸出端連接，可變電阻可變端的阻值與電動執行器的運轉的角位移值對應；可變電阻可變端為採集器接口電路的0-5V電壓信號輸出端；單片機運算電路主要由單片機80C196KC構成；單片機運算電路的單片機80C196KC輸出埠連接繼電器驅動電路，繼電器的常開/常閉觸點串接在電動執行器控制板電源通道中，通過繼電器控制電動執行器控制板電源開關； 單片機運算電路中的單片機80C196KC控制繼電器，繼電器控制電動執行器。本實用新型所達到的有益效果:對電動執行器的過力矩保護控制，一改以往必須採用機械或者電機學方式來計算過力矩和保護控制的方法，採取全新的計算控制方式，通過純數學的歸納計算方式，既減輕了對電動執行器箱體內部空間的壓力，又進一步強化了過力矩保護的精度控制，提高了可調整控制精度的靈活性，有效的解決了伴隨電動執行器的長期使用使機械效率的下降帶來控制精度下降的問題，提高了電動執行器的耐用性。
圖1、本實用新型裝置結構示意圖；圖2、電流互感器接線圖；圖3、電壓互感器接線圖；圖4、IV轉換電路圖5、電機與採集器接口電路；圖6、A/D採集器與單片機接口電路；圖7、裝置全保護過程示意圖；圖8、過零比較電路圖；圖9、單片機部分埠簡圖；圖10、轉矩與相位角關係曲線圖；圖11、電機相電流、相電壓矢量圖。
具體實施方式
為了更清楚的理解本實用新型，結合附圖和實施例詳細描述本實用新型:如圖1至圖11所示，三相電動執行器過力矩保護控制裝置，包括A/D採集器1、電流信號採集電路2、電壓信號採集電路3和中樞控制電路，中樞控制電路主要包括過零比較電路A51、過零比較電路B52、單片機運算電路6、傳統電氣控制電路7，用於調整機械效率的變阻器8和手操顯示面板；[0026]A/D採集器I採用德州儀器公司生產的模數轉換器TLC2543的模擬量信號輸入端與電動執行器內部的電機與採集器接口電路連接；A/D採集器三個控制輸入端，片選CS端、輸入/輸出時鐘端I/O CLOCK、數據輸入端DATA INPUT和數據輸出端DATA OUT分別與單片機運算電路6中的單片機的對應埠連接；電流信號採集電路2包括三個電流互感器和一個電流轉換開關，三個電流互感器分別套裝在三相電源的三條火線上，每個電流互感器的一端分別與電流轉換開關輸入端連接，另一端接地；通過電流轉換開關選通一個電流互感器通路，被選通的電流互感器通過電流轉換開關的輸出端與Ι/v轉換電路的輸入端連接，I/V轉換電路的輸出端與中樞控制電路中的過零比較電路A51的輸入端連接；電流互感器輸出的電流信號經I/V轉換電路轉換為電壓信號並傳送給過零比較電路A51 ;然後送入單片機的HSl.1引腳；所述電壓信號採集電路3包括三個電壓互感器和一個電壓轉換開關，三個電壓互感器的初級連接三相電源的三條火線，三個電壓互感器的次級分別與電壓轉換開關輸入端連接，另一端接地；通過電壓轉換開關選通一個電壓互感器通路，被選通的電壓互感器通過電壓轉換開關的輸出端與中樞控制電路中的過零比較電路B52的輸入端連接，另一端接地；電壓互感器輸出的電壓信號經電壓轉換開關傳送給過零比較電路B52，然後送入單片機的HSl.0引腳;電機與採集器接口電路包括一個IOK可變電阻，可變電阻與電機0-5V電壓輸出端連接，可變電阻可變端的阻值與電動執行器的運轉的角位移值對應；可變電阻可變端為採集器接口電路的0-5V電壓信號輸出端；過零比較電路A51由整流二極體、電阻和運算放大器LM324組成；過零比較電路B52由整流·二極體、電阻和運算放大器LM324組成；I/V轉換電路4主要由精密電流環接收器晶片RCV420和單電源運算放大器0PA237組成單片機運算電路6主要由單片機80C196KC構成；單片機運算電路6的單片機80C196KC輸出埠連接繼電器驅動電路，繼電器的常開/常閉觸點串接在電動執行器控制板電源通道中，通過繼電器控制電動執行器控制板電源開關；單片機運算電路(6)的單片機80C196KC經過運算得到表示相位角的信號，同時A/D採集器從採集器接口電路獲得採集到0-5V電壓信號，經模數轉換後將數據傳送給單片機80C196KC ;通過單片機運算電路6進行處理，單片機80C196KC輸出控制指令，控制繼電器工作狀態，進而控制電動執行器運行狀態。本實用新型的工作原理:電動執行器的輸出轉矩公式T=Ttw *7，通過電機學已知，電機轉矩公式Γ=式中:K為比例常數；Φ為電機氣隙旋轉磁通的幅值；1為電機中轉子電流的幅值；Θ為轉子電流和旋轉磁通之間的相位差。如果能夠通過Ι、Φ、Θ中的一、兩個變量來獲得轉矩Τ，則既可降低電路的硬體成本又可減少微處理器的計算工作量，作為過載保護來講，由此帶來的測量精度下降，是完全可以接受的。依據這樣的思想，通過對電動執行器中電機的空載與滿載的相位角變化，發現T與Θ的關係具有較高的靈敏度，且在執行器輸出額定轉矩與空載轉矩之間，θ的變化範圍為:20°〈 Θ〈90°，可以作為測量T的依據。圖10為轉矩與相位角的關係曲線圖，由圖1Oa可以看出在正常380V供電電壓下轉矩T與相位差Θ之間實際上是二次曲線關係，同時經過我廠的大量測試數據表明，轉矩還與電機的供電電壓有關係，如圖1Ob所示，如果以380V供電電壓為標準電壓的話，則T與Θ的關係曲線為標準曲線，在其他電壓下T與Θ的關係曲線均可以看做是標準曲線沿Θ軸的左右平移。進而得到
權利要求1.一種三相電動執行器過力矩保護控制裝置，其特徵在於，包括A/D採集器、電流信號採集電路、電壓信號採集電路和中樞控制電路，中樞控制電路主要包括過零比較電路A、過零比較電路B、單片機運算電路、傳統電氣控制電路，用於調整機械效率的變阻器和手操顯示面板； 所述A/D採集器採用德州儀器公司生產的模數轉換器TLC2543的模擬量信號輸入端與電動執行器內部的電機與採集器接口電路連接；A/D採集器三個控制輸入端，片選CS端、輸入/輸出時鐘端I/O CLOCK、數據輸入端DATA INPUT和數據輸出端DATA OUT分別與單片機運算電路中的單片機的對應埠連接； 所述電流信號採集電路包括三個電流互感器和一個電流轉換開關，三個電流互感器分別套裝在三相電源的三條火線上，每個電流互感器的一端分別與電流轉換開關輸入端連接，另一端接地；通過電流轉換開關選通一個電流互感器通路，被選通的電流互感器通過電流轉換開關的輸出端與I/V轉換電路的輸入端連接，I/V轉換電路的輸出端與中樞控制電路中的過零比較電路A的輸入端連接；電流互感器經I/V轉換電路連接過零比較電路A ;過零比較電路A與單片機的HSl.1引腳連接； 所述電壓信號採集電路包括三個電壓互感器和一個電壓轉換開關，三個電壓互感器的初級連接三相電源的三條火線，三個電壓互感器的次級分別與電壓轉換開關輸入端連接，另一端接地；通過電壓轉換開關選通一個電壓互感器通路，被選通的電壓互感器通過電壓轉換開關的輸出端與中樞控制電路中的過零比較電路B的輸入端連接，另一端接地；電壓互感器經電壓轉換開關連接過零比較電路B，過零比較電路B與入單片機的HSl.0引腳連接； 電機與採集器接口電路包括一個IOK可變電阻，可變電阻與電機0-5V電壓輸出端連接，可變電阻可變端的阻值與電動執行器的運轉的角位移值對應；可變電阻可變端為採集器接口電路的0-5V電壓信號輸出端； 單片機運算電路主要由單片機80C196KC構成； 單片機運算電路的單片機80C196KC輸出埠連接繼電器驅動電路，繼電器的常開/常閉觸點串接在電動執行器控制板電源通道中，通過繼電器控制電動執行器控制板電源開關; 單片機運算電路中的單片機80C196KC控制繼電器，繼電器控制電動執行器。
2.如權利要求1所述一種三相電動執行器過力矩保護控制裝置，其特徵在於，過零比較電路A由整流二極體、電阻和運算放大器LM324組成，過零比較電路B由整流二極體、電阻和運算放大器LM324組成。
3.如權利要求1所述一種三相電動執行器過力矩保護控制裝置，其特徵在於，I/V轉換電路主要由精密電流環接收器晶片RCV420和單電源運算放大器0PA237組成。
專利摘要本實用新型涉及三相電動執行器過力矩保護控制裝置，裝置包括A/D採集器、電流信號採集電路、電壓信號採集電路和中樞控制電路，中樞控制電路主要包括過零比較電路A、過零比較電路B、單片機運算電路、用於調整機械效率的變阻器；將與過力矩保護裝置配套的電動執行器的過力矩信號數據輸入到中樞控制電路的單片機程序中，作為與實際採集的過力矩信號比較用的標準信號數據，通過純數學的歸納計算方式，既減輕了對電動執行器箱體內部空間的壓力，又進一步強化了過力矩保護的精度控制，提高了可調整控制精度的靈活性，有效的解決了伴隨電動執行器的長期使用使機械效率的下降帶來控制精度下降的問題，提高了電動執行器的耐用性。
文檔編號H02H7/08GK202997514SQ20122057976
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者李偉剛, 賈福民, 劉璘, 劉素豔, 艾雲江, 孟麗麗, 劉尉臣, 邢衛強, 陳海奇 申請人:天津津伯儀表技術有限公司