一种起重机用永磁同步电机直交轴电感的在线监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术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，是一种针对应用于港口大型起重机械所使用的在线监测装置，起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。本发明专利技术实用性强，保证了直交轴电感监测的实时性，实现了起重机用永磁同步电机磁饱和的辨识与报警。

An on-line monitoring device for the direct inductance of a permanent magnet synchronous motor used in a crane

The present invention provides a permanent magnet synchronous motor crane on-line monitoring device of direct axis inductance, is a kind of on-line monitoring device applied to the port crane machinery used by online acquisition and data processing based on the real-time voltage of permanent magnet synchronous motor, real-time current value, real-time position angle and angle in real time the speed of implementation of crane operation process of permanent magnet synchronous motor on-line monitoring intelligent direct and cross axis inductance value, real-time control of the motor to change the magnetic saturation when the direct and cross axis inductance and alarm, to remind the management personnel and the crane has overload magnetic saturation, the need for timely treatment, improve enterprise online intelligent management of the crane ability. The invention has strong practicability and ensures the real-time performance of the direct inductance monitoring of the direct axis, and realizes the identification and alarm of the magnetic saturation of the permanent magnet synchronous motor used for the crane.

【技术实现步骤摘要】
一种起重机用永磁同步电机直交轴电感的在线监测装置
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术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。所述微控制模块通过对计算出的直交轴电感值进行分析，判断出电机是否达到磁饱和；该微控制模块采用型号为89C55的8位微处理器，与DSP通过串行通信接口进行通信。本专利技术装置与现有技术相比具有以下主要的优点：1.保证了直交轴电感监测的实时性：现有技术主要以离线测量为主，缺乏实时性。本装置中包含电压传感器、电流传感器和旋转变压器，因此，可以实现起重机中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，利用所采集的信号计间接计算出实时的直交轴电感值，从而能够实现对起重机作业过程中永磁同步电机状态的智能感知与直交轴电感的实时监测，保证了参数辨识的实时性。2.实现了起重机用永磁同步电机磁饱和的辨识与报警：磁饱和会影响电机控制的平稳性和使用的安全性，为了提高电机的控制性能，需要对磁饱和状态进行精确辨识，然而，现有技术对起重机达到磁饱和状态监测不足。本装置以电感值为依据，判断电机是否达到磁饱和，能够实现当因机器故障或负载超载出现磁饱和现象时，通过对直交轴电感的监测实现对该异常状态的识别与报警，并利用达到饱和的电感的临界值来实现更高效的控制。实现与物联网控制系统的互联和对起重机用永磁同步电机直交轴电感的在线监测，为起重机管理提供数据支持。提高了起重机用永磁同步电机直交轴电感的在线监测能力，降低了因起重机工作状态异常而导致的经济损失。如图1所示，为通过实验得出的直交轴电感值随负载电流的增加而变化的实时曲线，实验说明该装置能够实现起重机用永磁同步电机直交轴电感的在线监测。附图说明图1是本专利技术的直交轴电感值的实时变化曲线。图2是本专利技术的结构示意图。图3是本专利技术的具体实施布置示意图。图4是本专利技术的报警系统具体控制流程图。具体实施方式本专利技术是一种针对应用于港口大型起重机械所使用的永磁同步电机，公开了一套电机直交轴电感的在线监测装置。该装置包括智能感知系统、信号处理系统和输出系统三大部分。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、报警单元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。下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但不限定本专利技术。本专利技术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，其结构如图2所示，包括智能传感系统、信号处理系统和输出系统，它们通过信号线进行连接。所述智能传感系统，用于实现起重机运行过程中计算永磁同步电机直交轴电感值所需的各种参数的在线检测，其结构如图3所示，由若干个传感器节点(电压传感器、电流传感器、旋转变压器)组成，其中：电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种起重机用永磁同步电机直交轴电感的在线监测装置，其特征是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。

【技术特征摘要】
1.一种起重机用永磁同步电机直交轴电感的在线监测装置，其特征是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。2.根据权利要求1所述的在线监测装置，其特征是该装置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。3.根据权利要求2所述的在线监测装置，其特征是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。4.根据权利要求3所述的在线监测装置，其特征是所述电压传感器，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。5.根据权利要求3所述的在线监测装置，其特征是所述电流传感器，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹小华，王鑫，魏恒，徐欢，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42