利用永磁同步电机进行阀门微步调节的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种利用永磁同步电机进行阀门微步调节的装置。它主要包括：永磁同步电机，电动阀门控制器，减速器，阀门；永磁同步电机轴通过法兰连接减速器，减速器通过法兰连接阀门；电动阀门控制器由控制器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永磁同步电机。本实用新型专利技术与现有技术相比，采用永磁同步电机作为动力源电机，以电机的定子电流为直接控制对象，利用全数字控制器实现阀门电动装置的精确定位精度，保证了响应的快速性；电机微步动作特性省去了复杂的机械传动装置，经由电机轴输出直接用简易的减速传动便可代替现有技术的多级复杂传动系统实现阀门的微调和定位，并且具有结构简单、响应快、抗污染能力强、可靠性高的优点。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种利用永磁同步电机进行阀门微步调节的装置。 技术背景电动阀门是现代工业自动化重要的部分，在流体控制行业电动阀门有着重要的作 用，因其动力源容易取得，比起气动、液动等不同驱动方式的设备使用更为普遍。如今随着 工业自动化的发展，当阀门能保证性能和寿命的情况下，电动阀门的安全性与可靠性取决 于电动阀门的执行机构，因此执行机构的性能、控制水平是电动阀门整机技术水平的综合 表现。更重要的是在电动阀门的设计、选型的过程中若只重视阀门的参数，忽略或没有明 确执行机构的相关要求，不仅使电动阀门发挥不出最佳的性能，而且在安装、调试、使用过 程中也会带来不必要的麻烦，甚至给生产造成严重的后果。我国电动阀门起步较晚，基础相对薄弱，国内研发生产的产品在要求高精度、可靠 性高的方面需待改进。多数电动阀门的执行机构的传动机构部分复杂，不便于安装、调试， 且不易维修。
技术实现思路
本技术提供一种利用永磁同步电机进行阀门微步调节的装置，采用永磁同步 电机作为电动阀门的动力源电机，以永磁同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。本技术是电动阀门电机、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。本技术提供的利用永磁同步电机进行阀门微步调节的装置主要包括永磁同 步电机，电动阀门控制器，减速器，阀门；永磁同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永磁同步电机。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。所述的永磁同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。本专利技术提供的一种利用永磁同步电机进行阀门微步调节的实现方法包括的步 骤以永磁同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。将通入永磁同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永磁同步电机的极数以及用户对阀门的微动精度要求选 取，永磁同步电机每步微动可达到的精度为360° /(电机极对数Xb)。以四极永磁同步 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 χ代表微步运动中的步数，为0到b-Ι之间的任一整数；当χ取零时，是电机开始 微步运动初始定子电流值。电机每微步运动一次，式中的电流就变化一次。通过运行步数 X的给定，实现电机的微步运行。阀门电动装置的控制器中加入电流矢量控制器实现对定子电流的控制，使转子总 是跟随定子电流矢量的位置，形成微步的运动控制。控制系统结构框图如图1所示。永磁同步电机的电机轴连接减速器，减速器输出端连接阀门，实现电动阀门装置 微步调节功能。本专利技术提供的利用永磁同步电机进行阀门微步调节的装置及其实现方法与现有 技术相比，采用永磁同步电机作为动力源电机，以电机的定子电流为直接控制对象，使电机的每步运行可以实现细微调节动作，并利用全数字控制器实现阀门电动装置的精确定位精 度，保证了响应的快速性；这种电机的微步动作特性省去了复杂的机械传动装置，经由电机 轴输出直接用简易的减速传动便可代替现有技术的多级复杂传动系统实现阀门的微调和 定位。实际运行表明，本专利技术提供的可微步调节电动阀门装置具有 结构简单、响应快、抗污 染能力强、可靠性高的优点。附图说明图1是永磁同步电机定子电流定向控制系统结构图。图2是基于永磁同步电机的微步调节电动阀门装置。图3是电动阀门装置控制系统结构框图。具体实施方案如图2所示，本技术提供的基于永磁同步电机的微步调节电动阀门装置主要 包括永磁同步电机1，控制器2，减速器3，阀门4，法兰5。永磁同步电机1通过法兰5连接减速器2，减速器2通过法兰5连接阀门4 ；电动 阀门控制器2由DSP控制部分和驱动功率放大部分组成；电动阀门控制器2连接减速器3， 同时电动阀门控制器2连接永磁同步电机1。控制器由DSP控制部分和驱动功率放大部分组成。控制系统结构如图3所示。驱动功率放大部分包括驱动电路，信号隔离驱动电路、电压采样电路、电流采样， 保护电路。DSP连接信号隔离驱动电路；信号隔离驱动电路连接驱动电路(IPM)，为驱动电路 提供开关信号决定电机绕组的导通状态。电压采样电路连接驱动电路，同时电压采样电路连接DSP。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。 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。DSP控制部分包括DSP(TMS320F240，TI公司)，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。DSP外围电路是通过DSP的外部存储器接口模块EMIF连接用户扩展的片外存储 器；通过DSP的JTAG接口连接外部仿真器。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。位置检测电路包括旋转变压器、函数发生器(ICL8083，Intersil)、高频功率放大 芯片(0PA547)、数字转换器(AD2S90)。永磁同步电机采用旋转变压器作为位置传感器；函数发生器产生正弦信号连接至 高频功率放大芯片；高频功率放大芯片输出正弦信号连接旋转变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用永磁同步电机进行阀门微步调节的装置，其特征在于它主要包括：永磁同步电机，电动阀门控制器，减速器，阀门；永磁同步电机轴通过法兰连接减速器，减速器通过法兰连接阀门；电动阀门控制器由控制器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永磁同步电机。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹤旭，董砚，李洁，郑易，何林，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]