[发明专利]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

说明书

技术领域：

本发明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。

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。

发明内容：

本发明提供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，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。本发明是电动阀门电机、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。

本发明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。

本发明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×b)。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：