基本信息
- 项目名称：
- 异步电动机无接触式转速测量仪
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本作品通过检测被测速电动机的转子齿谐波频率来获得其转速。当电机转子旋转时，定子和转子铁心在气隙中产生的齿谐波会在定子绕组中感应出齿谐波电势。由于齿谐波电势幅值和频率与电机转速有关，因而转速可通过检测齿谐波幅值或频率实现。在异步电机中气隙形状及磁通分布可以得到气隙磁场中的转子齿谐波叠加在链接定转子的主磁通上，并在定子绕组上感应出与转子转速有关的齿谐波电势。由于定子相电压中齿谐波的含量很少，所以需要从相电压中消除基波成分。一般采用相电压相加来消除基波。三相电压相加所得的电压正比于转差频率，可用于辨识电动机的转速。
- 详细介绍：
- 目前异步电机转速测量方法主要有：接触式转速计和传统无接触式转速计。前者需要有速度传感器安装在转轴上才能进行测量，使用不方便，局限性很大；而后者常用的有光电编码器和电磁测速计，这两种方法或需要电机有外露的旋转部分或要固定到电机壳体内部，成本较高且不适合作为测量仪表。此外还有利用电机机壳振动频率测量转速等方法更是方法复杂可靠性不高。 该作品所设计的测速系统既不需要与转轴接触，也不需要电机有外露的旋转部分，更不需要固定到电机壳体内部，是真正的无接触。此类测速系统的关键是速度的辨识：通过直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段，从电机定子边较易测量的量如定子电压、定子电流中计算出与速度有关的量，从而得到转子速度。 作品通过检测被测速电动机的转子齿谐波频率来获得其转速。当电机转子旋转时，定子和转子铁心在气隙中产生的齿谐波会在定子绕组中感应出齿谐波电势。由于齿谐波电势幅值和频率与电机转速有关，因而转速可通过检测齿谐波幅值或频率实现。在异步电机中气隙形状及磁通分布可以得到气隙磁场中的转子齿谐波叠加在链接定转子的主磁通上，并在定子绕组上感应出与转子转速有关的齿谐波电势。由于定子相电压中齿谐波的含量很少，所以需要从相电压中消除基波成分，通过相电压相加来消除基波。三相电压相加所得的电压正比于转差频率，可用于辨识电动机的转速。 在理论推导的基础上，设计了以DSP为核心的硬件电路，包括DSP最小系统电路、相电流信号处理电路、led数码管显示电路、CF卡电路、按键、指示灯电路和电源电路等6部分。电路上电后，先初始化相关外设，然后开始启动AD采样，建立两个内存缓冲区。交替使用。当有一个缓冲区满后，开始对采集的信号进行傅立叶变换，以寻找齿谐波频率点，即可得到电机转速，并显示出来。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明的目：现场对异步电动机转速的测定或调速系统中电机转速的适时检测。 基本思路：异步电动机中当转子旋转时，定子和转子铁心在气隙中产生的齿谐波会在定子绕组中感应出齿谐波电势。由于齿谐波电势幅值和频率与电机转速有关，因而转速可通过检测齿谐波幅值或频率来获得。 创新点和技术关键：设计高精度定子电流采集电路，采样后的信号由高速数字信号处理器（DSP）进行傅立叶变换计算，得到的电动机转速。 主要技术指标：可用于测试300r/min以上的转速，误差低于10r/min。
科学性、先进性
- 目前异步电机转速测量方法主要有：接触式转速计和传统无接触式转速计。前者使用不方便，局限性很大；而后者成本较高且不适合作为测量仪表。此外还有利用电机机壳振动频率测量转速等方法更是方法复杂可靠性不高。 而本作品通过检测被测速电动机的转子齿谐波频率来获得其转速。当电机转子旋转时，定子和转子铁心在气隙中产生的齿谐波会在定子绕组中感应出齿谐波电势。由于齿谐波电势幅值和频率与电机转速有关，因而转速可通过检测齿谐波幅值或频率实现。在异步电机中气隙形状及磁通分布可以得到气隙磁场中的转子齿谐波叠加在链接定转子的主磁通上，并在定子绕组上感应出与转子转速有关的齿谐波电势。由于定子相电压中齿谐波的含量很少，所以需要从相电压中消除基波成分。一般采用相电压相加来消除基波。三相电压相加所得的电压正比于转差频率，可用于辨识电动机的转速。 应用该方法研制的测速装置既不需要转轴接触，也不需要电机有外露的旋转部分，更不需要固定到电机壳体内部，真正做到无接触测速。
获奖情况及鉴定结果
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
作品可展示的形式
- 实物、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：通过测速仪外部的传感器与被测电机的三相外接电源相连，输入电机的转子槽数，采样的信号经内部的DSP计算，仪器的显示屏就会显示该电机的运行转速。 作品的优势：1、对被测电机有无轴伸没有要求，也不需要在电机机壳内部固定传感器等，简单易用； 2、测量精度高，误差低于10r/min。 作品的适用范围：用于测试300r/min以上的转速。 推广前景及效益预测：作品能单独用于运行现场的转速测量，还可将核心技术用于电机的调速系统中的转速适时测试。而测速和调速系统的广泛应用使得作品的推广前景广阔，经济效益显著。
同类课题研究水平概述
- 随着近年来电力电子工业和计算机技术的发展，高性能异步电机调速系统正在得到广泛的应用，而调速系统的实现需要对电机的适时检测。但很多时候是通过安装于速度传感器来实现转速的测量。由于速度传感器的安装、维护以及低速性能等方面的问题，影响了异步电机调速系统的简便性、廉价性和系统的可靠性。无速度传感器异步电机的测速成为越来越被关注的研究课题。 无速度传感器控制系统的技术关键是速度的辨识，用直接计算、参数辨识、状态估计、间接测量等手段，从电机定子边较易测量的量，如定子电压、定子电流中计算出与速度有关的量，从而得到转子速度，并将其运用到速度反馈控制系统之中。 目前异步电机转速测量方法主要有：接触式转速计和传统无接触式转速计。前者需要有速度传感器安装在转轴上才能进行测量，使用不方便，局限性很大；而后者常用的有光电编码器和电磁测速计，这两种方法或需要电机有外露的旋转部分或要固定到电机壳体内部，成本较高且不适合作为测量仪表。此外还有利用电机机壳振动频率测量转速等方法更是方法复杂可靠性不高。与上述方法相比较，利用齿谐波频率获得转速的新型无接触测速方法成本低，使用方便，安全。 M.Ishida和K.Iwata提出的利用转子齿谐波辨识转差频率的方法，异步电动机中，当转子旋转时，定子和转子铁心在气隙中产生的齿谐波会在定子绕组中感应出齿谐波电势。由于齿谐波电势幅值和频率与电机转速有关，因而转速可通过检测齿谐波幅值或频率来获得。异步电机气隙磁场中的转子齿谐波叠加在链接定转子的主磁通上，并在定子绕组上感应出与转子转速有关的齿谐波电势。由于定子相电压中齿谐波的含量很少，所以需要从相电压中消除基波成分。一般采用相电压相加来消除基波。三相电压相加所得的电压正比于转差频率，可用于测量电动机转速。先期理论推导，然后设计硬件电路，主要是高精度定子电流（一相即可）采集电路，采样后的信号由高速数字信号处理器（DSP）进行傅立叶变换计算，并将结果显示出来。
