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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 異步電動(dòng)機(jī)無接觸式轉(zhuǎn)速測量儀
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 本作品通過檢測被測速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒諧波頻率來獲得其轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子鐵心在氣隙中產(chǎn)生的齒諧波會在定子繞組中感應(yīng)出齒諧波電勢。由于齒諧波電勢幅值和頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，因而轉(zhuǎn)速可通過檢測齒諧波幅值或頻率實(shí)現(xiàn)。在異步電機(jī)中氣隙形狀及磁通分布可以得到氣隙磁場中的轉(zhuǎn)子齒諧波疊加在鏈接定轉(zhuǎn)子的主磁通上，并在定子繞組上感應(yīng)出與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有關(guān)的齒諧波電勢。由于定子相電壓中齒諧波的含量很少，所以需要從相電壓中消除基波成分。一般采用相電壓相加來消除基波。三相電壓相加所得的電壓正比于轉(zhuǎn)差頻率，可用于辨識電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前異步電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法主要有：接觸式轉(zhuǎn)速計(jì)和傳統(tǒng)無接觸式轉(zhuǎn)速計(jì)。前者需要有速度傳感器安裝在轉(zhuǎn)軸上才能進(jìn)行測量，使用不方便，局限性很大；而后者常用的有光電編碼器和電磁測速計(jì)，這兩種方法或需要電機(jī)有外露的旋轉(zhuǎn)部分或要固定到電機(jī)殼體內(nèi)部，成本較高且不適合作為測量儀表。此外還有利用電機(jī)機(jī)殼振動(dòng)頻率測量轉(zhuǎn)速等方法更是方法復(fù)雜可靠性不高。 該作品所設(shè)計(jì)的測速系統(tǒng)既不需要與轉(zhuǎn)軸接觸，也不需要電機(jī)有外露的旋轉(zhuǎn)部分，更不需要固定到電機(jī)殼體內(nèi)部，是真正的無接觸。此類測速系統(tǒng)的關(guān)鍵是速度的辨識：通過直接計(jì)算、參數(shù)辨識、狀態(tài)估計(jì)、間接測量等手段，從電機(jī)定子邊較易測量的量如定子電壓、定子電流中計(jì)算出與速度有關(guān)的量，從而得到轉(zhuǎn)子速度。 作品通過檢測被測速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒諧波頻率來獲得其轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子鐵心在氣隙中產(chǎn)生的齒諧波會在定子繞組中感應(yīng)出齒諧波電勢。由于齒諧波電勢幅值和頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，因而轉(zhuǎn)速可通過檢測齒諧波幅值或頻率實(shí)現(xiàn)。在異步電機(jī)中氣隙形狀及磁通分布可以得到氣隙磁場中的轉(zhuǎn)子齒諧波疊加在鏈接定轉(zhuǎn)子的主磁通上，并在定子繞組上感應(yīng)出與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有關(guān)的齒諧波電勢。由于定子相電壓中齒諧波的含量很少，所以需要從相電壓中消除基波成分，通過相電壓相加來消除基波。三相電壓相加所得的電壓正比于轉(zhuǎn)差頻率，可用于辨識電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 在理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以DSP為核心的硬件電路，包括DSP最小系統(tǒng)電路、相電流信號處理電路、led數(shù)碼管顯示電路、CF卡電路、按鍵、指示燈電路和電源電路等6部分。電路上電后，先初始化相關(guān)外設(shè)，然后開始啟動(dòng)AD采樣，建立兩個(gè)內(nèi)存緩沖區(qū)。交替使用。當(dāng)有一個(gè)緩沖區(qū)滿后，開始對采集的信號進(jìn)行傅立葉變換，以尋找齒諧波頻率點(diǎn)，即可得到電機(jī)轉(zhuǎn)速，并顯示出來。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明的目：現(xiàn)場對異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測定或調(diào)速系統(tǒng)中電機(jī)轉(zhuǎn)速的適時(shí)檢測。 基本思路：異步電動(dòng)機(jī)中當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子鐵心在氣隙中產(chǎn)生的齒諧波會在定子繞組中感應(yīng)出齒諧波電勢。由于齒諧波電勢幅值和頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，因而轉(zhuǎn)速可通過檢測齒諧波幅值或頻率來獲得。 創(chuàng)新點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵：設(shè)計(jì)高精度定子電流采集電路，采樣后的信號由高速數(shù)字信號處理器（DSP）進(jìn)行傅立葉變換計(jì)算，得到的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。 主要技術(shù)指標(biāo)：可用于測試300r/min以上的轉(zhuǎn)速，誤差低于10r/min。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 目前異步電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法主要有：接觸式轉(zhuǎn)速計(jì)和傳統(tǒng)無接觸式轉(zhuǎn)速計(jì)。前者使用不方便，局限性很大；而后者成本較高且不適合作為測量儀表。此外還有利用電機(jī)機(jī)殼振動(dòng)頻率測量轉(zhuǎn)速等方法更是方法復(fù)雜可靠性不高。 而本作品通過檢測被測速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒諧波頻率來獲得其轉(zhuǎn)速。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子鐵心在氣隙中產(chǎn)生的齒諧波會在定子繞組中感應(yīng)出齒諧波電勢。由于齒諧波電勢幅值和頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，因而轉(zhuǎn)速可通過檢測齒諧波幅值或頻率實(shí)現(xiàn)。在異步電機(jī)中氣隙形狀及磁通分布可以得到氣隙磁場中的轉(zhuǎn)子齒諧波疊加在鏈接定轉(zhuǎn)子的主磁通上，并在定子繞組上感應(yīng)出與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有關(guān)的齒諧波電勢。由于定子相電壓中齒諧波的含量很少，所以需要從相電壓中消除基波成分。一般采用相電壓相加來消除基波。三相電壓相加所得的電壓正比于轉(zhuǎn)差頻率，可用于辨識電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 應(yīng)用該方法研制的測速裝置既不需要轉(zhuǎn)軸接觸，也不需要電機(jī)有外露的旋轉(zhuǎn)部分，更不需要固定到電機(jī)殼體內(nèi)部，真正做到無接觸測速。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實(shí)物、樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 使用說明：通過測速儀外部的傳感器與被測電機(jī)的三相外接電源相連，輸入電機(jī)的轉(zhuǎn)子槽數(shù)，采樣的信號經(jīng)內(nèi)部的DSP計(jì)算，儀器的顯示屏就會顯示該電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速。 作品的優(yōu)勢：1、對被測電機(jī)有無軸伸沒有要求，也不需要在電機(jī)機(jī)殼內(nèi)部固定傳感器等，簡單易用； 2、測量精度高，誤差低于10r/min。 作品的適用范圍：用于測試300r/min以上的轉(zhuǎn)速。 推廣前景及效益預(yù)測：作品能單獨(dú)用于運(yùn)行現(xiàn)場的轉(zhuǎn)速測量，還可將核心技術(shù)用于電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速適時(shí)測試。而測速和調(diào)速系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用使得作品的推廣前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益顯著。
同類課題研究水平概述
- 隨著近年來電力電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，高性能異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)正在得到廣泛的應(yīng)用，而調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要對電機(jī)的適時(shí)檢測。但很多時(shí)候是通過安裝于速度傳感器來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的測量。由于速度傳感器的安裝、維護(hù)以及低速性能等方面的問題，影響了異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的簡便性、廉價(jià)性和系統(tǒng)的可靠性。無速度傳感器異步電機(jī)的測速成為越來越被關(guān)注的研究課題。 無速度傳感器控制系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵是速度的辨識，用直接計(jì)算、參數(shù)辨識、狀態(tài)估計(jì)、間接測量等手段，從電機(jī)定子邊較易測量的量，如定子電壓、定子電流中計(jì)算出與速度有關(guān)的量，從而得到轉(zhuǎn)子速度，并將其運(yùn)用到速度反饋控制系統(tǒng)之中。 目前異步電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法主要有：接觸式轉(zhuǎn)速計(jì)和傳統(tǒng)無接觸式轉(zhuǎn)速計(jì)。前者需要有速度傳感器安裝在轉(zhuǎn)軸上才能進(jìn)行測量，使用不方便，局限性很大；而后者常用的有光電編碼器和電磁測速計(jì)，這兩種方法或需要電機(jī)有外露的旋轉(zhuǎn)部分或要固定到電機(jī)殼體內(nèi)部，成本較高且不適合作為測量儀表。此外還有利用電機(jī)機(jī)殼振動(dòng)頻率測量轉(zhuǎn)速等方法更是方法復(fù)雜可靠性不高。與上述方法相比較，利用齒諧波頻率獲得轉(zhuǎn)速的新型無接觸測速方法成本低，使用方便，安全。 M.Ishida和K.Iwata提出的利用轉(zhuǎn)子齒諧波辨識轉(zhuǎn)差頻率的方法，異步電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子和轉(zhuǎn)子鐵心在氣隙中產(chǎn)生的齒諧波會在定子繞組中感應(yīng)出齒諧波電勢。由于齒諧波電勢幅值和頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)，因而轉(zhuǎn)速可通過檢測齒諧波幅值或頻率來獲得。異步電機(jī)氣隙磁場中的轉(zhuǎn)子齒諧波疊加在鏈接定轉(zhuǎn)子的主磁通上，并在定子繞組上感應(yīng)出與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有關(guān)的齒諧波電勢。由于定子相電壓中齒諧波的含量很少，所以需要從相電壓中消除基波成分。一般采用相電壓相加來消除基波。三相電壓相加所得的電壓正比于轉(zhuǎn)差頻率，可用于測量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。先期理論推導(dǎo)，然后設(shè)計(jì)硬件電路，主要是高精度定子電流（一相即可）采集電路，采樣后的信號由高速數(shù)字信號處理器（DSP）進(jìn)行傅立葉變換計(jì)算，并將結(jié)果顯示出來。
