专利名称：用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，属于电机控制技术领域。
背景技术：
在三相电动机控制过程中，主回路的空间矢量驱动已成为一种成熟的技术。将三相电动机主回路的空间矢量驱动方法应用于单相异步电动机的控制中时，在控制的运行过程中，由于其空间矢量状态不能被实时的显示出来，因此，无法直接获得具体的运行情况和控制效果。
发明内容
本发明是为了解决在米用二相电动机主回路的空间矢量驱动方法控制单相异步电动机时，其空间矢量状态不能被实时显示的问题，提供一种用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置。本发明所述用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，它包括A相电压转换电路、B相电压转换电路、微处理器和显示器，A相电压转换电路用于采集A相绕组的电压信号，B相电压转换电路用于采集B相绕组的电压信号，A相电压转换电路的正幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器的第一模拟量信号输入端，A相电压转换电路的负幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器的第二模拟量信号输入端，B相电压转换电路的正幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器的第三模拟量信号输入端，B相电压转换电路的负幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器的第四模拟量信号输入端，微处理器的第一正负幅值合成信号输出端连接显不器的纵坐标信号输入端，微处理器的第二正负幅值合成信号输出端连接显不器的横坐标信号输入端。A相电压转换电路与B相电压转换电路的结构相同，以A相电压转换电路为例说明电压转换电路的结构，所述A相电压转换电路由分压电路、正向整流电路、反向整流电路、第一变压器和第二变压器组成，分压电路用于将A相绕组的电压信号分压引出，分压电路的正向电压信号输出端连接正向整流电路的输入端，正向整流电路的信号输出端连接第一变压器的电压信号输入端，分压电路的反向电压信号输出端连接反向整流电路的输入端，反向整流电路的信号输出端连接第二变压器的电压信号输入端，第一变压器的电压信号输出端为A相电压转换电路的正幅值信号的共地单极信号输出端，第二变压器的电压信号输出端为A相电压转换电路的负幅值信号的共地单极信号输出端。所述微处理器由四个共地A/D转换单元和两个正负幅值合成单元组成，四个共地A/D转换单元的模拟量信号输入端分别为微处理器的四个模拟量信号输入端，其中两个共地A/D转换单元分别用于将A相绕组的正、负幅值信号转换成数字信号并输出给一个正负幅值合成单元，该正负幅值合成单元的合成信号输出端为微处理器的第一正负幅值合成信号输出端，另外两个共地A/D转换单元分别用于将B相绕组的正、负幅值信号转换成数字信号并输出给另一个正负幅值合成单元，该另一个正负幅值合成单元的合成信号输出端为微处理器的第二正负幅值合成信号输出端。所述分压电 路由两个电阻串联组成；正向整流电路采用二极管正向整流实现，反向整流电路采用二极管反向整流实现。所述微处理器为型号为C8051F020的单片机。所述显示器为规格为12864的液晶显示器。所述正负幅值合成单元用于将输入的两路交流幅值信号按正交合成一个轨迹量。本发明的优点是本发明通过电压转换电路实现对单相异步电机的两相线圈绕组电压信号的采集，再在微处理器内部分别将两相电压信号进行垂直合成，进而通过显示器进行实时显示，实现了单相异步电动机控制过程中空间矢量状态的在线显示。本发明实现了对单相异步电动机空间矢量状态的在线监控，结构简单，信号处理方式直接，使单相异步电动机的控制过程的具体的运行情况和控制效果能够被时时掌控。
图I为本发明的结构框图；图2为本发明的电路原理图；图3为本发明在使用过程中与被测电机连接的原理示意图；图4为微处理器对数据进行处理的流程示意图；图5为现有单相感应电机的模型示意图；图6为现有单相感应电机所采用的逆变器的结构示意图；图7为电压空间矢量和电压源型逆变电路原理图；图8为逆变器在一个完整的输出周期内输出的工作状态轨迹图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图I至图8说明本实施方式，本实施方式所述用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，它包括A相电压转换电路I、B相电压转换电路
2、微处理器3和显不器4, A相电压转换电路I用于采集A相绕组的电压信号，B相电压转换电路2用于采集 B相绕组的电压信号，A相电压转换电路I的正幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器3的第一模拟量信号输入端，A相电压转换电路I的负幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器3的第二模拟量信号输入端，
B相电压转换电路2的正幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器3的第三模拟量信号输入端，B相电压转换电路2的负幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器3的第四模拟量信号输入端，微处理器3的第一正负幅值合成信号输出端连接显不器4的纵坐标信号输入端， 微处理器3的第二正负幅值合成信号输出端连接显不器4的横坐标信号输入端。本发明所述的单相异步电动机是一类应用时间最早、应用范围最广的、单相电源供电并且小功率应用的电动机。它的两组定子线圈，主线圈Lq和辅助线圈Ld通常以正交的方式放置，加到两个线圈的定子电源应有90度的相位差，以保证形成定子旋转磁场使转子转动。如图5所示，它的转子绕组用α和β表示，ω为转子角速度。α相绕组的轴线与辅助线圈Ld的轴线的夹角Θ角为空间位移变量。
产生两线圈正交控制电压的方法有两种第一种方法是辅助线圈Ld串联某些电气元件再与主线圈Lq并联，只需一个定子控制电压，因此可使用单相交流电源；第二种方法是两个线圈分别加入正交的定子控制电压，这也就是两相交流电源分别控制。现有技术中，对单相异步电动机实行两相分别控制方式，其控制电路参见图6所示。由于电力电子技术和微处理器技术的不断发展，从单相交流电源整流逆变为多相交流电能的技术已经成熟，为单相异步电动机的两相分别控制技术提供了技术基础。而单相交流电机的两相分别控制技术可以省去电容器、便于调速、便于使用和三相交流电机类似的控制技术，因此已广泛应用于单项感应电机的控制中。在单项异步电机的两相分别控制中，主要是采用空间矢量控制。如图7所示的三相逆变桥中六个开关管能形成八种允许的开关组合情况，即VTl、VT4、VT6导通，VTl、VT3、 VT6 导通，VT2、VT3、VT6 导通，VT2、VT3、VT5 导通，VT2、VT4、VT5 导通，VT1、VT4、VT5 导通， VT1、VT3、VT5导通和VT2、VT4、VT6导通八种导通情况。如把上臂器件导通用数字I表示， 下桥臂器件导通用数字O表示，则上述八种工作状态按照ABC相序依次排列时可分别表示为图 8 所示，V3 100, V2 =IlO7V1 010, V6 011,V5 001,V4 :101 以及 V7 :000 和 V8 =Ill0 从逆变器的正常工作情况来分析，前六种工作状态是有效的，最后两个状态是无效的，因为逆变器此时此刻根本没有任何输出电压，逆变器完全没有起到任何效果。逆变器，在输出的每一个完整周期内分别有六种有效的工作状态，并且这六种工作状态各出现一次。所以逆变器每隔2 31 /6的时刻就变换一次有效地工作状态,称之为“换相”，而在2 π /6的时刻内时，其相位则保持不变。设工作周期从V3 100状态开始，这时VTl、 VT4、VT6导通，电动机定子A点电位为正，B和C点为负，它们对直流电源中点的电压都是幅值为VDC/2的直流电压，而三相电压空间矢量的相位分别位于A、B、C三根轴线上。跟随逆变器有效工作状态的转换，电压空间矢量的幅值是不发生变化的，而相位每次旋转一个 2 π /6，直到一个完整转换周期结束，如图8所示，六个空间矢量刚好能做到首尾顺次相连， 这样一来，一个完整变换周期中六个电压空间矢量值共旋转2 π个弧度值，则形成了一个封闭的循环六边形图形。至于V8 :111和V7 :000分别都是无效的工作状态，他们的值可给予零矢量值，它们的幅值也是零，更加没有相位，可认为它们存在于六边形图形中心点位置上。
具体实施方式
二 下面结合图I说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，A相电压转换电路I与B相电压转换电路2的结构相同，以A相电压转换电路I为例说明电压转换电路的结构，所述A相电压转换电路I由分压电路1-1、正向整流电路1-2、反向整流电路1-3、 第一变压器1-4和第二变压器1-5组成，分压电路1-1用于将A相绕组的电压信号分压引出，分压电路1-1的正向电压信号输出端连接正向整流电路1-2的输入端，正向整流电路1-2的信号输出端连接第一变压器1-4的电压信号输入端，分压电路1-1的反向电压信号输出端连接反向整流电路1-3的输入端，反向整流电路1-3的信号输出端连接第二变压器1-5的电压信号输入端，
第一变压器1-4的电压信号输出端为A相电压转换电路I的正幅值信号的共地单极信号输出端，第二变压器1-5的电压信号输出端为A相电压转换电路I的负幅值信号的共地单极信号输出端。
具体实施方式
三下面结合图I说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，所述微处理器3由四个共地A/D转换单元3-1和两个正负幅值合成单元 3_2组成，四个共地A/D转换单元3-1的模拟量信号输入端分别为微处理器3的四个模拟量信号输入端，其中两个共地A/D转换单元3-1分别用于将A相绕组的正、负幅值信号转换成数字信号并输出给一个正负幅值合成单元3-2，该正负幅值合成单元3-2的合成信号输出端为微处理器3的第一正负幅值合成信号输出端，另外两个共地A/D转换单元3-1分别用于将B相绕组的正、负幅值信号转换成数字信号并输出给另一个正负幅值合成单元3-2，该另一个正负幅值合成单元3-2的合成信号输出端为微处理器3的第二正负幅值合成信号输出端。电机定子绕组的电压信号首先经分压电路1-1引出。虽然单相异步电动机的两个绕组所加的电压量是正交的，但是经分压电路所取出的每个量都是标量。为便于将这两路交流输入信号加到微处理器3中，每路信号都通过正向和反向整流分解成单极性的电压分量，再经过变压器变为四个共地的输入量。这样，可以使用微处理器3内部的共地的A/D转换器把输入的模拟量转换为数字量。再把四路数字信号合成为对应的两路测量数据。把这两路测量数据分别作为液晶显示器的横坐标数据和纵坐标数据进行显示。在这种情况下， 这两路测量数据的显示关系是正交的。如图2所示，首先，单相异步电动机两相绕组的每相绕组的电压信号经分压电路 R1^ R2和分压电路R3、R4引出。第一个绕组的交流信号通过D1的正向整流和D2的反向整流分解成单极性的电压分量，再经过两个变压器转换为共地正极性信号后输入到单片机的 ΑΙ0. O、ΑΙ0. I、ΑΙ0. 2和ΑΙ0. 3端子。这四个端子是单片机C8051F020的内部的A/D转换器的输入端，也是共地的。进入单片机后的信号处理过程如下的流程4所示。单片机在定义所用到的变量并声明所用函数后，将四路模拟输入信号转换为数字信号后存入相应的单元。再把四路输入数字量按原来的成对的方式合成为对应的两路测量数据。最后把这两路测量数据分别作为液晶显示器的横坐标数据和纵坐标数据进行显示。如果不停止在线监控的话，则返回到系统和各部件初始化这个操作之后继续循环进行上述的同样信号处理过程。
具体实施方式
四下面结合图I和图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式
一、二或三的进一步说明，所述分压电路1-1由两个电阻串联组成；正向整流电路1-2采用二极管正向整流实现，反向整流电路1-3采用二极管反向整流实现。
具体实施方式
五下面结合图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、
二、三或四的进一步说明，所述微处理器3为型号为C8051F020的单片机。
具体实施方式
六下面结合图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、
二、三、四或五的进一步说明，所述显示器4为规格为12864的液晶显示器。
具体实施方式
七下面结合图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、
二、三、四、五或六的进一步说明，所述正负幅值合成单元3-2用于将输入的两路交流幅值信号按正交合成一个轨迹量。 12864液晶显示器是一种具有4位/8位并行、2线3线串行多种接口方式，内部含有国际一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128*64，内置 8912个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8*4行16*16点阵汉字。 也可完成图形显示。低电压低功耗是该显示器的又一显著特点。该液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多。且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。12864液晶显示器引脚如下表所示表12864液晶显示器引脚说明
管脚名称_W_功能概述_
1VSSOV电源地
2VCC3—5 V电源正
3VO—对比度(亮度)调节
4RS(CS)RfL数据/指令片选
5RAV(SID) H/L读 / 写片选
6E(SCLK)H/L使能信号7DBOH/L三态数据线
8DBlH/L三态数据线
9DB2H/L三态数据线
10DB3H/L三态数据线
11DB4H/L三态数据线
12DB5H/L三态数据线
13DB6H/L三态数据线
14DB7H/L三态数据线
权利要求
1.一种用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，其特征在于它包括A相电压转换电路(I)、B相电压转换电路(2)、微处理器(3)和显示器(4)，A相电压转换电路(I)用于采集A相绕组的电压信号，B相电压转换电路(2)用于采集 B相绕组的电压信号，A相电压转换电路⑴的正幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器(3)的第一模拟量信号输入端，A相电压转换电路(I)的负幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器(3)的第二模拟量信号输入端，B相电压转换电路(2)的正幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器(3)的第三模拟量信号输入端，B相电压转换电路(2)的负幅值信号的共地单极信号输出端连接微处理器(3)的第四模拟量信号输入端，微处理器(3)的第一正负幅值合成信号输出端连接显示器(4)的纵坐标信号输入端， 微处理器(3)的第二正负幅值合成信号输出端连接显不器(4)的横坐标信号输入端。
2.根据权利要求I所述的用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，其特征在于=A相电压转换电路(I)与B相电压转换电路⑵的结构相同，以A相电压转换电路(I) 为例说明电压转换电路的结构，所述A相电压转换电路(I)由分压电路(1-1)、正向整流电路(1-2)、反向整流电路 (1-3)、第一变压器(1-4)和第二变压器(1-5)组成，分压电路(1-1)用于将A相绕组的电压信号分压引出，分压电路(1-1)的正向电压信号输出端连接正向整流电路(1-2)的输入端，正向整流电路(1-2)的信号输出端连接第一变压器(1-4)的电压信号输入端，分压电路(1-1)的反向电压信号输出端连接反向整流电路(1-3)的输入端，反向整流电路(1-3)的信号输出端连接第二变压器(1-5)的电压信号输入端，第一变压器(1-4)的电压信号输出端为A相电压转换电路⑴的正幅值信号的共地单极信号输出端，第二变压器(1-5)的电压信号输出端为A相电压转换电路⑴的负幅值信号的共地单极信号输出端。
3.根据权利要求2所述的用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，其特征在于所述微处理器(3)由四个共地A/D转换单元(3-1)和两个正负幅值合成单元(3-2) 组成，四个共地A/D转换单元(3-1)的模拟量信号输入端分别为微处理器(3)的四个模拟量信号输入端，其中两个共地A/D转换单元(3-1)分别用于将A相绕组的正、负幅值信号转换成数字信号并输出给一个正负幅值合成单元(3-2)，该正负幅值合成单元(3-2)的合成信号输出端为微处理器(3)的第一正负幅值合成信号输出端，另外两个共地A/D转换单元(3-1)分别用于将B相绕组的正、负幅值信号转换成数字信号并输出给另一个正负幅值合成单元(3-2)，该另一个正负幅值合成单元(3-2)的合成信号输出端为微处理器(3)的第二正负幅值合成信号输出端。
4.根据权利要求2所述的用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，其特征在于所述分压电路(1-1)由两个电阻串联组成；正向整流电路(1-2)采用二极管正向整流实现，反向整流电路(1-3)采用二极管反向整流实现。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，其特征在于所述微处理器(3)为型号为C8051F020的单片机。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，其特征在于所述显示器(4)为规格为12864的液晶显示器。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，其特征在于所述正负幅值合成单元(3-2)用于将输入的两路交流幅值信号按正交合成一个轨迹量。
全文摘要
用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示装置，属于电机控制技术领域。它解决了在采用三相电动机主回路的空间矢量驱动方法控制单相异步电动机时，其空间矢量状态不能被实时显示的问题。它包括A相电压转换电路、B相电压转换电路、微处理器和显示器，两相电压转换电路的正、负幅值信号的共地单极信号输出端分别连接微处理器的第一模拟量信号输入端、第二模拟量信号输入端、第三模拟量信号输入端和第四模拟量信号输入端，微处理器的第一正负幅值合成信号输出端连接显示器的纵坐标信号输入端，微处理器的第二正负幅值合成信号输出端连接显示器的横坐标信号输入端。本发明适用于单相异步电动机的在线空间矢量状态显示。
文档编号G01R13/00GK102624318SQ20121012097
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者王丁 申请人:黑龙江大学