专利名称：一种三相电动执行器过力矩保护控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动执行器，特别涉及一种三相电动执行器过力矩保护控制装置及方法，过力矩保护控制装置充分利用单片机的计算能力，通过A/D采集器、电流互感器、电压互感器的配合使用代替传统传感器的检测手段，脱离原电机学以及机械学转矩公式，利用纯数学方法归纳，通过多方位可调方式达到高控制精度充满灵活性的过力矩保护控制效果。
背景技术：
过力矩保护是电动执行器的一个重要控制环节，它的控制精度将直接决定着执行器能否对自身和连接的阀门起到保护作用，一旦过力矩保护起不到预期的作用，那么很可能对整个系统产生重大的不利影响。而随着技术的发展，对执行器的要求早已超越了运转的稳定和可靠，而进入到对控制精度的要求上。过力矩保护在控制精度中占有极为重要的位置。最早的机械过力矩保护控制精度明显已经达不到实际需求，而采用传感器实行高精度测量控制，对电动执行器的内部结构的压力是相当大的，而其耐用性以及随着电动执行器的使用控制精度的下降都是无法保证。
发明内容鉴于上述技术等多方面的缺陷，结合电动执行器的实际需求以及发展状况，提出一种新的过力矩保护的技术方案，一改常规所使用的电流传感器、电压传感器、扭矩传感器、转速传感器等方式，利用更为精巧A/D采集器配合电流、电压互感器，脱离电机学以及机械学公式，通过纯数学方式，大大简化计算过程，采用多方位可调方式，达到灵活性的过力矩保护控制。本实用新型中的设备所采用的技术方案是:一种三相电动执行器过力矩保护控制装置，其特征在于，包括A/D采集器、电流信号采集电路、电压信号采集电路和中枢控制电路，中枢控制电路主要包括过零比较电路A、过零比较电路B、单片机运算电路、传统电气控制电路，用于调整机械效率的变阻器和手操显示面板；所述A/D采集器采用德州仪器公司生产的模数转换器TLC2543的模拟量信号输入端与电动执行器内部的电机与采集器接口电路连接；A/D采集器三个控制输入端，片选(CS)端、输入/输出时钟端(I/O CLOCK)、数据输入端(DATA INPUT)和数据输出端(DATAOUT)分别与单片机运算电路中的单片机的对应端口连接；所述电流信号采集电路包括三个电流互感器和一个电流转换开关，三个电流互感器分别套装在三相电源的三条火线上，每个电流互感器的一端分别与电流转换开关输入端连接，另一端接地；通过电流转换开关选通一个电流互感器通路，被选通的电流互感器通过电流转换开关的输出端与Ι/v转换电路的输入端连接，I/V转换电路的输出端与中枢控制电路中的过零比较电路A的输入端连接；电流互感器经I/V转换电路连接过零比较电路A ;过零比较电路A与单片机的HSl.1引脚连接；[0007]所述电压信号采集电路包括三个电压互感器和一个电压转换开关，三个电压互感器的初级连接三相电源的三条火线，三个电压互感器的次级分别与电压转换开关输入端连接，另一端接地；通过电压转换开关选通一个电压互感器通路，被选通的电压互感器通过电压转换开关的输出端与中枢控制电路中的过零比较电路B的输入端连接，另一端接地；电压互感器经电压转换开关连接过零比较电路B，过零比较电路B与入单片机的HSl.0引脚连接；电机与采集器接口电路包括一个IOK可变电阻，可变电阻与电机0-5V电压输出端连接，可变电阻可变端的阻值与电动执行器的运转的角位移值对应；可变电阻可变端为采集器接口电路的0-5V电压信号输出端；单片机运算电路主要由单片机80C196KC构成；单片机运算电路的单片机80C196KC输出端口连接继电器驱动电路，继电器的常开/常闭触点串接在电动执行器控制板电源通道中，通过继电器控制电动执行器控制板电源开关； 单片机运算电路中的单片机80C196KC控制继电器，继电器控制电动执行器。本实用新型所达到的有益效果:对电动执行器的过力矩保护控制，一改以往必须采用机械或者电机学方式来计算过力矩和保护控制的方法，采取全新的计算控制方式，通过纯数学的归纳计算方式，既减轻了对电动执行器箱体内部空间的压力，又进一步强化了过力矩保护的精度控制，提高了可调整控制精度的灵活性，有效的解决了伴随电动执行器的长期使用使机械效率的下降带来控制精度下降的问题，提高了电动执行器的耐用性。
图1、本实用新型装置结构示意图；图2、电流互感器接线图；图3、电压互感器接线图；图4、IV转换电路图5、电机与采集器接口电路；图6、A/D采集器与单片机接口电路；图7、装置全保护过程示意图；图8、过零比较电路图；图9、单片机部分端口简图；图10、转矩与相位角关系曲线图；图11、电机相电流、相电压矢量图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本实用新型，结合附图和实施例详细描述本实用新型:如图1至图11所示，三相电动执行器过力矩保护控制装置，包括A/D采集器1、电流信号采集电路2、电压信号采集电路3和中枢控制电路，中枢控制电路主要包括过零比较电路A51、过零比较电路B52、单片机运算电路6、传统电气控制电路7，用于调整机械效率的变阻器8和手操显示面板；[0026]A/D采集器I采用德州仪器公司生产的模数转换器TLC2543的模拟量信号输入端与电动执行器内部的电机与采集器接口电路连接；A/D采集器三个控制输入端，片选CS端、输入/输出时钟端I/O CLOCK、数据输入端DATA INPUT和数据输出端DATA OUT分别与单片机运算电路6中的单片机的对应端口连接；电流信号采集电路2包括三个电流互感器和一个电流转换开关，三个电流互感器分别套装在三相电源的三条火线上，每个电流互感器的一端分别与电流转换开关输入端连接，另一端接地；通过电流转换开关选通一个电流互感器通路，被选通的电流互感器通过电流转换开关的输出端与Ι/v转换电路的输入端连接，I/V转换电路的输出端与中枢控制电路中的过零比较电路A51的输入端连接；电流互感器输出的电流信号经I/V转换电路转换为电压信号并传送给过零比较电路A51 ;然后送入单片机的HSl.1引脚；所述电压信号采集电路3包括三个电压互感器和一个电压转换开关，三个电压互感器的初级连接三相电源的三条火线，三个电压互感器的次级分别与电压转换开关输入端连接，另一端接地；通过电压转换开关选通一个电压互感器通路，被选通的电压互感器通过电压转换开关的输出端与中枢控制电路中的过零比较电路B52的输入端连接，另一端接地；电压互感器输出的电压信号经电压转换开关传送给过零比较电路B52，然后送入单片机的HSl.0引脚;电机与采集器接口电路包括一个IOK可变电阻，可变电阻与电机0-5V电压输出端连接，可变电阻可变端的阻值与电动执行器的运转的角位移值对应；可变电阻可变端为采集器接口电路的0-5V电压信号输出端；过零比较电路A51由整流二极管、电阻和运算放大器LM324组成；过零比较电路B52由整流·二极管、电阻和运算放大器LM324组成；I/V转换电路4主要由精密电流环接收器芯片RCV420和单电源运算放大器0PA237组成单片机运算电路6主要由单片机80C196KC构成；单片机运算电路6的单片机80C196KC输出端口连接继电器驱动电路，继电器的常开/常闭触点串接在电动执行器控制板电源通道中，通过继电器控制电动执行器控制板电源开关；单片机运算电路(6)的单片机80C196KC经过运算得到表示相位角的信号，同时A/D采集器从采集器接口电路获得采集到0-5V电压信号，经模数转换后将数据传送给单片机80C196KC ;通过单片机运算电路6进行处理，单片机80C196KC输出控制指令，控制继电器工作状态，进而控制电动执行器运行状态。本实用新型的工作原理:电动执行器的输出转矩公式T=Ttw *7，通过电机学已知，电机转矩公式Γ=式中:K为比例常数；Φ为电机气隙旋转磁通的幅值；1为电机中转子电流的幅值；Θ为转子电流和旋转磁通之间的相位差。如果能够通过Ι、Φ、Θ中的一、两个变量来获得转矩Τ，则既可降低电路的硬件成本又可减少微处理器的计算工作量，作为过载保护来讲，由此带来的测量精度下降，是完全可以接受的。依据这样的思想，通过对电动执行器中电机的空载与满载的相位角变化，发现T与Θ的关系具有较高的灵敏度，且在执行器输出额定转矩与空载转矩之间，θ的变化范围为:20°〈 Θ〈90°，可以作为测量T的依据。图10为转矩与相位角的关系曲线图，由图1Oa可以看出在正常380V供电电压下转矩T与相位差Θ之间实际上是二次曲线关系，同时经过我厂的大量测试数据表明，转矩还与电机的供电电压有关系，如图1Ob所示，如果以380V供电电压为标准电压的话，则T与Θ的关系曲线为标准曲线，在其他电压下T与Θ的关系曲线均可以看做是标准曲线沿Θ轴的左右平移。进而得到
权利要求1.一种三相电动执行器过力矩保护控制装置，其特征在于，包括A/D采集器、电流信号采集电路、电压信号采集电路和中枢控制电路，中枢控制电路主要包括过零比较电路A、过零比较电路B、单片机运算电路、传统电气控制电路，用于调整机械效率的变阻器和手操显示面板； 所述A/D采集器采用德州仪器公司生产的模数转换器TLC2543的模拟量信号输入端与电动执行器内部的电机与采集器接口电路连接；A/D采集器三个控制输入端，片选CS端、输入/输出时钟端I/O CLOCK、数据输入端DATA INPUT和数据输出端DATA OUT分别与单片机运算电路中的单片机的对应端口连接； 所述电流信号采集电路包括三个电流互感器和一个电流转换开关，三个电流互感器分别套装在三相电源的三条火线上，每个电流互感器的一端分别与电流转换开关输入端连接，另一端接地；通过电流转换开关选通一个电流互感器通路，被选通的电流互感器通过电流转换开关的输出端与I/V转换电路的输入端连接，I/V转换电路的输出端与中枢控制电路中的过零比较电路A的输入端连接；电流互感器经I/V转换电路连接过零比较电路A ;过零比较电路A与单片机的HSl.1引脚连接； 所述电压信号采集电路包括三个电压互感器和一个电压转换开关，三个电压互感器的初级连接三相电源的三条火线，三个电压互感器的次级分别与电压转换开关输入端连接，另一端接地；通过电压转换开关选通一个电压互感器通路，被选通的电压互感器通过电压转换开关的输出端与中枢控制电路中的过零比较电路B的输入端连接，另一端接地；电压互感器经电压转换开关连接过零比较电路B，过零比较电路B与入单片机的HSl.0引脚连接； 电机与采集器接口电路包括一个IOK可变电阻，可变电阻与电机0-5V电压输出端连接，可变电阻可变端的阻值与电动执行器的运转的角位移值对应；可变电阻可变端为采集器接口电路的0-5V电压信号输出端； 单片机运算电路主要由单片机80C196KC构成； 单片机运算电路的单片机80C196KC输出端口连接继电器驱动电路，继电器的常开/常闭触点串接在电动执行器控制板电源通道中，通过继电器控制电动执行器控制板电源开关; 单片机运算电路中的单片机80C196KC控制继电器，继电器控制电动执行器。
2.如权利要求1所述一种三相电动执行器过力矩保护控制装置，其特征在于，过零比较电路A由整流二极管、电阻和运算放大器LM324组成，过零比较电路B由整流二极管、电阻和运算放大器LM324组成。
3.如权利要求1所述一种三相电动执行器过力矩保护控制装置，其特征在于，I/V转换电路主要由精密电流环接收器芯片RCV420和单电源运算放大器0PA237组成。
专利摘要本实用新型涉及三相电动执行器过力矩保护控制装置，装置包括A/D采集器、电流信号采集电路、电压信号采集电路和中枢控制电路，中枢控制电路主要包括过零比较电路A、过零比较电路B、单片机运算电路、用于调整机械效率的变阻器；将与过力矩保护装置配套的电动执行器的过力矩信号数据输入到中枢控制电路的单片机程序中，作为与实际采集的过力矩信号比较用的标准信号数据，通过纯数学的归纳计算方式，既减轻了对电动执行器箱体内部空间的压力，又进一步强化了过力矩保护的精度控制，提高了可调整控制精度的灵活性，有效的解决了伴随电动执行器的长期使用使机械效率的下降带来控制精度下降的问题，提高了电动执行器的耐用性。
文档编号H02H7/08GK202997514SQ20122057976
公开日2013年6月12日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者李伟刚, 贾福民, 刘璘, 刘素艳, 艾云江, 孟丽丽, 刘尉臣, 邢卫强, 陈海奇 申请人:天津津伯仪表技术有限公司