[发明专利]一种起重机用永磁同步电机直交轴电感的在线监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能在线监测装置，特别涉及一种应用于起重机这种低转速大转矩工况下的永磁同步电机直交轴电感的智能在线监测装置。

背景技术

在起重机这种传统的重工业设备中，永磁同步电机的驱动系统因其结构简单、体积小、效率和功率因数高等优点被广泛的应用，改善了因传统的异步电机加减速器驱动系统带来的转动惯量大、效率低、噪音大、加工复杂和维护频繁等缺点。但因起重机作业于低转速大转矩的特殊工况，永磁同步电机易出现磁饱和现象而影响直交轴电感，进而影响电磁转矩，给起重机用永磁同步电机的设计与控制带来不便。随着传感技术和物联网技术的高速发展，现代工业对起重机在作业中的直交轴电感值提出了智能感知和在线监测的要求。但现阶段的起重机在作业过程中并不能实现对直交轴电感状态信息的在线智能监测，达不到最高效的控制，进而导致所设计的永磁同步电机远远高于实际的要求而造成大量的资源浪费，经济性低，给企业带来不必要的损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种起重机用永磁同步电机直交轴电感智能在线监测装置，通过对永磁同步电机实时电压值、实时电流值、实时位置角和实时角速度的在线采集和数据处理，实现起重机作业过程中对永磁同步电机直交轴电感值的智能在线监测，实时掌握电机达到磁饱和时直交轴电感的变化情况并发出报警，提醒管理人员起重机已经过载并出现磁饱和，需要及时处理，提高企业对起重机的在线智能管理能力。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的起重机用永磁同步电机直交轴电感的在线监测装置，其通过对永磁同步电机实时电压值、实时电流值、实时位置角和实时角速度的在线采集和数据处理，实现起重机作业过程中对永磁同步电机直交轴电感值的智能在线监测，实时掌握电机达到磁饱和时直交轴电感的变化情况并发出报警，提醒管理人员起重机已经过载并出现磁饱和，需要及时处理，提高企业对起重机的在线智能管理能力。

所述起重机用永磁同步电机直交轴电感的在线监测装置，其包括通过信号线进行连接的智能感知系统、信号处理系统和输出系统，其中：智能感知系统由多个传感器节点组成，实现对电压、电流和转速转角的检测；信号处理系统由数据采集模块、数据处理模块、微控制模块和信号输出模块组成，对传感器检测到的信号进行采样、重构和计算，得到直交轴电感值，依据电感值对是否达到磁饱和作出判断；输出系统由报警单元和显示设备组成，显示设备输出电感值，报警单元根据判断结果选择是否报警。

所述若干个传感器节点是电压传感器、电流传感器、旋转变压器，其中：电压传感器安装在逆变器供电电源处，用于实现逆变器供电电压的检测；电流传感器安装在永磁同步电机与逆变器之间，用于实现永磁同步电机三相电流的检测；旋转变压器安装在永磁同步电机机壳内，用于实现永磁同步电机转子位置角和角速度的检测。

所述电压传感器，其与逆变器并联，其采用型号为LV282P的霍尔电压传感器；电压传感器将检测到的电压信号作为输入连入数据采集模块。

所述电流传感器，有三个，分别与永磁同步电动机的三相线相连，三个电流传感器均采用型号为BLF2002S7B的霍尔电流传感器；电流传感器将检测到的电流信号作为输入连入数据采集模块。

所述旋转变压器采用正余弦二对极无刷式旋转变压器，安装于电机轴上旋转变压器将检测到的电机位置和速度信号作为输入连入数据采集模块。

所述信号处理系统，其处理芯片采用TMS320LF2407A。

所述数据采集模块用于接收传感器节点采集到的数据，其中包括对经过降压后的空间矢量脉宽调制信号和电机位置与速度信号的获取，还包括对电压、电流幅值进行采样；该数据采集模块中不同信号的采集采用不同的单元：采用TMS320LF2407A上集成的A/D转换模块对电流和电压的数据进行采集；通过TMS320LF2407A上集成的CAP捕获单元对空间矢量脉宽调制信号进行采集；TMS320LF2407A上集成的事件管理器中的QEP单元对电机位置和速度信号进行采集；数据采集模块各个单元采集得到的信号就传递给数据处理模块进行计算处理。

所述数据处理模块利用采集模块获取的电压、电流和空间矢量脉宽调制信号对电压进行重构，然后结合检测得到的电机位置与速度的信息计算出电压与电流的直交轴分量信号，并对所得信号进行低通滤波处理以得到理想的直交轴电压、电流信号，最后计算出直交轴电感值。该数据处理模块采用处理芯片TMS320LF2407A的DSP系统。