[发明专利]交流变频电机的机端电压测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量机构，更确切地说，本发明涉及一种交流变频电机的机端电压测量仪。

背景技术

随着电力电子技术的飞速发展，交流变频电机在工业界得到了广泛应用。在交流变频电机系统中，控制算法是决定系统性能的核心，而传感器采集信号的准确度将直接影响到控制算法的效果。由于交流变频电机的端电压为高频高压的PWM形式，目前无法实现传感器实时测量，所以，目前工业界一般使用电压传感器测量逆变器输入端电压（如图1中Vdc所示）代替电机端电压（如图1中Vac所示）。由于这种测量方法无法精确考虑逆变器的电压损失，所以测量的电压误差较大，如何精确获得电机端电压近年来受到了国内外的广泛关注。

交流变频电机端电压的测量精度不但影响电机控制性能，而且对电机无位置传感器技术的发展有着重要意义。所谓电机无位置传感器技术就是利用电机的电压、电流信息估计电机转子位置信息的一种方法。在可靠性要求不高的应用场合，利用无位置传感器技术可以节约成本，省去购买、安装转子位置传感器的工作；在可靠性要求较高的场合，无位置传感器技术可以作为位置传感器的备份，在位置传感器失效的情况下使系统正常工作。显然，电机端电压测量的精度就会影响到转子位置估计的精度，事实上，无法得到准确的端电压正是影响无位置传感器技术目前无法大面积推广的一个重要因素。

经文献检索和调研，端电压测量精度对无位置传感器技术性能的影响也是在近5年内才被国外学者所重视，目前国内外均无直接准确测量交流变频电机机端PWM电压的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的若采集直流母线电压，换算得到的端电压无法精确考虑逆变器的压降，误差较大和若直接测量电机端电压，由于PWM方波的特性，需要极高的数字采样频率和高速的数字信号处理，普通控制器无法实现的问题，提供了一种交流变频电机的机端电压测量仪。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的交流变频电机的机端电压测量仪包括有传感器、采样电阻、AD采样模块与FPGA。

传感器的输入端与逆变器的输出端电线连接，传感器的输出端与采样电阻的一端电缆连接，采样电阻的另一端与AD采样模块的信号输入端电线连接，AD采样模块的信号输出端与FPGA输入端通过I/O口连接。

技术方案中所述的传感器选用HV-C04系列的传感器，采样电阻选用型号为0201的贴片电阻，AD采样模块选用型号为AD574A的ADC芯片，FPGA即现场可编程逻辑门阵列；HV-C04系列传感器的输出端Vc与型号为0201的贴片电阻的一端电线连接，型号为0201的贴片电阻的另一端与型号为AD574A的ADC芯片的Vi脚电线连接，型号为AD574A的ADC芯片的R口与D口和FPGA的IN口电线连接；型号为0201的贴片电阻、型号为AD574A的ADC芯片与FPGA是焊接在同一块电路板上的。

技术方案中所述的传感器选用LV25-P系列的传感器，采样电阻选用型号为0402的贴片电阻，AD采样模块选用型号为ADC0809的ADC芯片，FPGA即现场可编程逻辑门阵列；LV25-P系列传感器的输出端OUT与型号为0402的贴片电阻的一端电线连接，型号为0402的贴片电阻的另一端和型号为ADC0809的ADC芯片的IN0脚与IN1脚电线连接，型号为ADC0809的ADC芯片的D0口与D1口和FPGA的IN口电线连接；型号为0402的贴片电阻、型号为ADC0809的ADC芯片与FPGA是焊接在同一块电路板上的。

技术方案中所述的交流变频电机的机端电压测量仪的输入口通过传感器与逆变器输出端电线连接，交流变频电机的机端电压测量仪的输出口通过FPGA即现场可编程逻辑门阵列与电机控制器的输入端用电线连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.参阅图1，由于交流变频电机的端电压为高频高压的PWM形式，目前无法实现传感器实时测量，所以，目前工业界一般使用电压传感器测量逆变器输入直流母线端电压Vdc代替交流变频电机端电压Vac。参阅图2，若测量逆变器输入端的直流母线电压，换算得到的交流变频电机端电压无法精确考虑逆变器的压降，误差较大。参阅图3，本发明改进了现有方案，在逆变器的输出端增加了基于FPGA的高速AD采样电压测量仪，这样可准确测量出逆变器输出端电压（即交流变频电机端电压），避免由于逆变器压降导致的测量电压误差，从而提高电机的控制性能。