[实用新型]直流电动机脉冲调宽功率传感器

说明书

本实用新型涉及一种电动机功率传感器，尤其是适用于PWM调制的直流伺服电动机的功率检测。

目前，已经公开的电功率传感器主要有二类：（1）用电流信号和电压信号的模拟量经过模拟乘法器进行运算求值，输出和被检测功率成正比的电压模拟信号的传感器，如日本横河株式会社生产的2885功率转换器；（2）经过模数转换器对电压和电流信号进行采样，然后输入到微处理器进行数字运算，再把算得的功率值以数字信号或模拟信号输出，如中国发明专利公报一九九三年一月六日公开的“测量电功率和电能的方法及装置”（公开号：CN1067744A）即属此类。但是，在测量PWM调制直流伺服电动机的功率时，第一类功率传感器的输出，实际上是电流信号对电压脉冲信号幅值的线性调制，输出信号必须经过滤波才能得到实用的功率信号。由于模拟乘法器都不可避免地存在非线性误差，而且在滤波过程中也滤掉了许多有用的动态信息，因此用第一类传感器检测PWM调制的直流伺服电动机的功率时，不仅成本高，而且精度低。另一方面，由于PWM调制的电压信号是高频脉冲信号，而第二类传感器的采样频率较低，也不适合于PWM调制直流伺服电动机的功率在线实时检测。

本实用新型的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种简单而有效的检测PWM调制直流伺服电动机功率的传感器。

本实用新型是通过下述方式实现的，它包括一个电压耦合器1，电流耦合器2和脉冲调宽电路3。其中电压耦合器1由分压电阻R₁、R₂、光电耦合器CD及电阻R₃组成，其输入端和电动机电路并联，输出端和脉冲调宽电路3相连接，它输入电动机脉冲电压V（t），输出脉冲电压信号V₁（t）。V（t）和V₁（t）成正比，但彼此实现了光电隔离。电流耦合器2由LEM电流传感器4和外接电阻R₄组成，其输入端和电动机电路串联，输出端和脉冲调宽电路3相连接，输入电动机电流i（t），输出电流信号i_i（t），i（t）和i_i（t）成正比例，但彼此实现了电磁隔离。脉冲调宽电路3用输入的电流信号i_i（t）对电压脉冲信号进行线性调宽，输出的脉冲信号V_O（t）的脉冲宽度和电动机在电压V（t）的一个开闭周期内的平均功率成正比。脉冲调宽电路3包括由运算放大器A₁、A₂和电阻R₅、R₆、R₇组成的电压跟随放大器，由运算放大器A₃和电阻R₈、积分电容C组成的积分电路；由稳压电源E、电阻R₉和运算放大器A₃、积分电容C组成的反向积分电路；由电压比较器A₅组成的参考比较电路；由电压比较器A₄组成的比较电路，以及集成电子模拟开关K₁、K₂、K₃及其逻辑控制电路。电压跟随放大器的输入端和电流耦合器的输出端相连接，输入电流耦合器的输出信号i_i（t），其输出电压V_ii（t）通过电子开关K₁接到积分电路的输入端。电子开关K₂位于反向积分电路的电阻R₉和积分电容C之间，积分电容C的输出电压V和比较器A₅的正向输入端相连，比较器A₅输出参考电压信号V_SO，同时，V通过电子开关K₃和比较器A₄的正向输入端相连，比较器A₄输出矩形电压脉冲信号V_O，为脉冲调宽电路的输出信号。电子开关K₁的逻辑控制电路由V_i输入到上升沿触发的J－K触发器B₁的cp端，V_O通过一个非门和触发器B₁的端相连，V_O通过一个非门和一个高电平再经过与门和触发器B₁的J端相连，触发器B₁的K端置低电平组成。电子开关K₂、K₃的逻辑控制电路相同，是由V₁输入到下降沿触发的J－K触发器B₂的cp端，V和触发器B₂的端相连，V和一个高电平经过一个与门与触发器B₂的J端相连，触发器B₂的K端接低电平组成。触发器输出高电平时，控制相应的电子开关闭合；触发器输出低电平时，控制相应的电子开关断开。