电机保护装置的制作方法

本实用新型涉及电机保护技术，尤其涉及一种电机保护装置

背景技术：

电机，电气控制是联系物理世界的重要部件，中国智造时代，电机的应用更加广泛，同时也对电机控制、检测、保护提出了更高的要求，业界希望电机具有更加高效节能、更高精度、更加安全可靠。为实现以上目标，高性能电机控制算法、高性能微控制器都进行了研究和应用。

以往电机电压电流采集及保护装置主要使用微控制单元(Microcontroller Unit；以下简称MCU)控制模数转换器(Analog-to-Digital Converter；以下简称ADC)采集及保护，MCU控制ADC采集电机的电压电流信号，经过滤波、计算变化率、和保护值进行大小比较、电机控制算法等处理后将得到的电机控制信号发送给逆变器驱动电路，从而对电机进行电流电压控制。

然而现有技术使用的MCU，在进行上述控制处理时采用的是串联的运算机制，一般采样及保护时间几兆赫兹(几百微妙)，采样频率低，保护响应慢，因此，当电压电流信号异常时，容易造成电机保护装置对电机保护不及时，从而造成电机损坏。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种电机保护装置，其中包括的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array；以下简称FPGA)控制电路内有大量的逻辑门和触发器，在FPGA控制电路中执行采样命令、计算电流电压变化率、和保护值比较、进行逻辑保护、发送保护状态给MCU等逻辑处理时可以并联同时进行，大大减小了采样时间和保护时间，使得电机保护效果更加稳定显著。

本实用新型提供一种电机保护装置，该电机保护装置包括：传感器、信号调理电路、现场可编程门阵列FPGA控制电路和微控制单元MCU控制电路；

传感器和信号调理电路的输入端连接，传感器用于检测电机的电压电流数据，电压电流数据包括电机的电压值和电流值；

信号调理电路的输出端和FPGA控制电路连接，以将传感器所检测到的电压电流数据转换为FPGA控制电路的输入信号；

FPGA控制电路包括并联连接的数据保护单元和数据变化率保护单元，数据保护单元用于根据输入信号和第一保护阈值确定电机的数值保护状态；数据变化率保护单元用于根据输入信号确定输入信号的变化率，并根据输入信号的变化率和第二保护阈值确定电机的数值变化率保护状态；

MCU控制电路和FPGA控制电路电连接，以根据数据保护单元输出的电流电压值和数值保护状态以及数据变化率保护单元输出的数值变化率保护状态对电机的逆变器驱动电路进行保护控制。

进一步地，FPGA控制电路还包括滤波单元，滤波单元的输入端与信号调理电路的输出端连接，以对输入信号进行滤波，数据保护单元和数据变化率单元并联连接在滤波单元的输出端。

进一步地，信号调理电路包括运算放大器。

进一步地，信号调理电路还包括：模数转换器，模数转换器的模拟输入端与运算放大器连接，模数转换器的数字输出端为信号调理电路的输出端。

进一步地，模数转换器通过并行输出引脚与FPGA控制电路连接。

进一步地，传感器包括电压传感器和电流传感器。

进一步地，电机保护装置还包括电源单元和程序配置单元，电源单元和FPGA控制电路的供电接口连接，以为FPGA控制电路提供不间断电源；程序配置单元和FPGA控制电路的数据输入接口连接，以向FPGA控制电路下载程序。

进一步地，MCU控制电路通过FPGA控制电路与逆变器控制电路连接。

本实施例提供一种电机保护装置，该电机保护装置包括：传感器、信号调理电路、现场可编程门阵列FPGA控制电路和微控制单元MCU控制电路；传感器和信号调理电路的输入端连接，传感器用于检测电机的电压电流数据，电压电流数据包括电机的电压值和电流值；信号调理电路的输出端和FPGA控制电路连接，以将传感器所检测到的电压电流数据转换为FPGA控制电路的输入信号；FPGA控制电路包括并联连接的数据保护单元141和数据变化率保护单元，数据保护单元用于根据输入信号和第一保护阈值确定电机的数值保护状态；数据变化率保护单元用于根据输入信号确定输入信号的变化率，并根据输入信号的变化率和第二保护阈值确定电机的数值变化率保护状态；MCU控制电路和FPGA控制电路电连接，以根据电机的数值保护状态和数值变化率保护状态对电机的逆变器驱动电路进行保护控制，本实施例提供的电机保护装置中FPGA控制电路内有大量的逻辑门和触发器，在FPGA控制电路中执行采样命令、计算电流电压变化率、和保护值比较、进行逻辑保护、发送保护状态给MCU等逻辑处理时可以并联同时进行，大大减小了采样时间和保护时间，使得电机保护效果更加稳定显著。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型电机保护装置实施例一结构示意图；

图2为本实用新型电机保护装置实施例二的结构示意；

图3为本实用新型电机保护装置实施例二FPGA控制电路和模数转换器连接的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

图1为本实用新型电机保护装置实施例一的结构示意图，如图1所示，本实用新型提供一种电机保护装置1，该电机保护装置包括：传感器12、信号调理电路13、现场可编程门阵列FPGA控制电路14和微控制单元MCU控制电路15；传感器12和信号调理电路13的输入端连接，传感器12用于检测电机的电压电流数据，电压电流数据包括电机的电压值和电流值；信号调理电路13的输出端和FPGA控制电路14连接，以将传感器所检测到的电压电流数据转换为FPGA控制电路14的输入信号；FPGA控制电路14包括并联连接的数据保护单元141和数据变化率保护单元142，数据保护单元用于根据输入信号和第一保护阈值确定电机的数值保护状态；数据变化率保护单元用于根据输入信号确定输入信号的变化率，并根据输入信号的变化率和第二保护阈值确定电机的数值变化率保护状态；MCU控制电路15和FPGA控制电路14电连接，以根据所述数据保护单元输出的电流电压值和所述数值保护状态以及所述数据变化率保护单元输出的所述数值变化率保护状态对所述电机的逆变器驱动电路进行保护控制。

具体的，电机在运转状态下，电路中的电流电压受到各种情况的干扰，产生不稳定的状态，从而影响电机正常使用，本申请中的电机保护装置1包括：传感器12、信号调理电路13、现场可编程门阵列FPGA控制电路14和微控制单元MCU控制电路15，其中，传感器12包括电流传感器和电压传感器，传感器12的输入端和电机2连接，输出端和信号调理电路13的输入端连接，传感器12采集电机2在运行状态下的电压、电流值，并将采集到的电流、电压信号传输给信号调理电路13，信号调理电路13的输出端和FPGA控制电路14连接，FPGA控制电路14控制信号调理电路13和传感器12执行采样、传输信号等命令，信号调理电路13将传感器12采集到的电压电流模拟信号进行处理，得到FPGA控制电路14能够处理的电流电压数字信号，并传输给FPGA控制电路14，FPGA控制电路14分别和MCU控制电路15、逆变器驱动电路3连接，FPGA控制电路14包括数据保护单元141和数据变化率保护单元142，数据保护单元141和数据变化率保护单元142并联运行，FPGA控制电路14通过数据保护单元141和数据变化率保护单元142分别根据电流电压值和电流电压变化率对信号调理电路13传输的数字信号进行逻辑处理，得到对电机的保护状态，并将电流电压值及保护状态传输给MCU控制电路15，MCU控制电路15根据电流电压值及电机的保护状态执行电机算法，得到可以控制逆变器驱动电路3的脉冲信号，并通过FPGA控制电路14传输给逆变器驱动电路3，FPGA控制电路14对MCU控制电路15输出的脉冲信号进行检测，逆变器驱动电路3根据检测后的的脉冲信号进行电机的驱动及保护。本实施例提供一种电机保护装置1，该电机保护装置包括：传感器12、信号调理电路13、现场可编程门阵列FPGA控制电路14和微控制单元MCU控制电路15；传感器12和信号调理电路13的输入端连接，传感器12用于检测电机的电压电流数据，电压电流数据包括电机的电压值和电流值；信号调理电路13的输出端和FPGA控制电路14连接，以将传感器所检测到的电压电流数据转换为FPGA控制电路14的输入信号；FPGA控制电路14包括并联连接的数据保护单元141和数据变化率保护单元142，数据保护单元用于根据输入信号和第一保护阈值确定电机的数值保护状态；数据变化率保护单元用于根据输入信号确定输入信号的变化率，并根据输入信号的变化率和第二保护阈值确定电机的数值变化率保护状态；MCU控制电路15和FPGA控制电路14电连接，以根据所述数据保护单元输出的电流电压值和所述数值保护状态以及所述数据变化率保护单元输出的所述数值变化率保护状态对所述电机的逆变器驱动电路进行保护控制，本实施例提供的电机保护装置1中FPGA控制电路14内有大量的逻辑门和触发器，在FPGA控制电路14中执行采样命令、计算电流电压变化率、和保护值比较、进行逻辑保护、发送保护状态给MCU等逻辑处理时可以并联同时进行，大大减小了采样时间和保护时间，使得电机保护效果更加稳定显著。

实施例2

图2为本实用新型电机保护装置实施例二的结构示意图，如图2所示，信号调理电路13内还包括信号放大器131和模数转换器132，FPGA控制电路14内还包括滤波单元143，FPGA控制电路14外部连接有电源单元16和程序配置单元17。

具体的，信号放大器131的输出端和模数转换器132的输入端连接，模数转换器132的输出端即为信号调理电路13的输出端，信号放大器131将从电流电压传感器12接收到的电流电压信号采样放大处理，得到模数转换器132所需要要的信号值，信号放大器131配合模数转换器132使得得到的电流电压信号更准确，如图3所示,模数转换器132通过并行输出引脚与所述FPGA控制电路连接，其中DB0～DB15表示模数转换器输出并行数据接口，用于模数转换器132向FPGA控制电路14传输电流电压信号；RESET表示清零重置；CONVST表示模数转换，用于FPGA控制电路14向模数转换器132发送转换电压电流信号指令；CS表示片选，用于FPGA控制电路14向模数转换器132发送开关信号；RD表示采样，用于FPGA控制电路14向模数转换器132发送接收采样转换后的电流电压信号指令；BUSY表示忙碌，用于模数转换器132向FPGA控制电路14发送正在作业忙碌的信号。FPGA控制电路14控制模数转换器132执行采样、转换、传输信号等命令，模数转化器132完成信号采集、转换后将包含电压电流值的数字信号传输给滤波单元143，滤波单元143以对电流电压信号中特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除，得到一个特定频率的电流电压信号，或消除一个特定频率后的电流电压信号，滤波单元143将滤波后的电流电压信号传输给数据保护单元141和数据变化率保护单元142，数据保护单元141将得到的电流电压值信号和标准电流电压值进行对比得到对电机的保护状态，数据变化率保护单元142根据电流电压值信号得到电流电压变化率并和标准电流电压变化率进行对比得到对电机的保护状态，FPGA控制电路14将对电机的滤波后电压电流值和电机的保护状态发送给MCU控制电路15，MCU控制电路15通过电机算法得到控制逆变器驱动电路3的脉冲信号，并通过FPGA控制电路14对脉冲信号进行检测，逆变器驱动电路3根据检测后的脉冲信号进行电机的驱动及保护。具体的，FPGA控制电路14外部连接有电源单元16和程序配置单元17，其中电源单元17给FPGA控制电路供电，程序配置单元17根据FPGA控制电路控制模数转换器和自身的各种运算的处理逻辑加载适合的程序。同时，可以根据实际需求加载不同的程序实现FPGA控制电路不同的控制运算功能。

本实施例中提供的电机保护装置中信号调理电路13内还包括信号放大器131和模数转换器132，FPGA控制电路14内还包括滤波单元143，FPGA控制电路14外部连接有电源单元16和程序配置单元17。信号放大器131和滤波单元143增加了信号处理过程中的准确性，程序配置单元17可以根据实际需求自由编程，实现了电机保护装置功能的多样性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。