一种具有传输信号断线报警的测速发电机V/I变送电路

一种具有传输信号断线报警的测速发电机v/i变送电路
技术领域
1.本发明属于工业测控领域，涉及一种电路，特别涉及一种具有传输信号断线报警的测速发电机v/i变送电路，适用于需要对转速进行模拟量实时检测的应用场合。


背景技术：

2.在各类模拟量转速检测与电机控制系统中，永磁直流测速发电机得到大量应用。目前该项检测技术主要采用简单的电阻分压方法，即：根据被测的转速范围以及后续仪表或系统所用的电压信号制(如：0～
±
5v、0～
±
10v)，将直流测速发电机输出的电枢电压经电阻分压成与所用的电压信号制对应的幅度。该方法的优点主要是电路简单，存在的问题在于：不适于远距离传输信号，尤其是当传输线路出现断路(或检测电路负载开路)时无法告警使后续电机控制系统无法及时保护导致“飞车”故障，危及人身与设备的安全。因此，设计一种具有传输信号断线(或检测电路负载开路)报警、且能远距离传输的直流测速发电机速度变送电路，将具有广泛的应用前景。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提出一种具有传输信号断线报警的测速发电机v/i变送电路，本发明电路的核心是利用局部正反馈式的v/i变送电路，因该局部正反馈式v/i变送电路在空载会饱和，据此可发出信号传输断线或负载开路的报警信号，使后续的电机控制系统能及时进行安全保护控制，且该本发明电路中的v/i转换采用功率运放，避免了传统v/i变送电路输出级中因三极管导致的非线性和漂移，提高了测速精度。本发明电路简单、可靠性高、成本低、安全性好、易于产品化。
4.一种具有传输信号断线报警的测速发电机v/i变送电路，包括连接件cn1、测速发电机tg、跟随器ic1、功率运放ic2、反馈运放ic3、上比较器ic4、下比较器ic5、三极管vt1、正稳压管wd1、负稳压管wd2、上测速电阻r1、下测速电阻r2、负端电阻r3、负反馈电阻r4、正端电阻r5、正反馈电阻r6、输出电阻r7、正偏电阻r8、负偏电阻r9、上拉电阻r10、射极电阻r11、报警电阻r12、外接负载电阻rl、测速电容c1、滤波电容c2、正电源电容c3和负电源电容c4，测速发电机tg的正端a1端与上测速电阻r1的一端连接，上测速电阻r1的另一端与下测速电阻r2的一端、测速电容c1的一端、跟随器ic1的正输入端in+端连接，测速发电机tg的负端a2端、下测速电阻r2的另一端、测速电容c1的另一端均接地，跟随器ic1的负输入端in
‑
端与跟随器ic1的输出端out端、正端电阻r5的一端连接，跟随器ic1的正电源端+v端与电路正电源端+vcc端连接，跟随器ic1的负电源端
‑
v端与电路负电源端
‑
vss端连接，正端电阻r5的另一端与正反馈电阻r6的一端、功率运放ic2的正输入端in+端连接，功率运放ic2的负输入端in
‑
端与负端电阻r3的一端、负反馈电阻r4的一端连接，负端电阻r3的另一端接地，负反馈电阻r4的另一端与输出电阻r7的一端、功率运放ic2的输出端out连接，功率运放ic2的正电源端+v端与电路正电源端+vcc端连接，功率运放ic2的负电源端
‑
v端与电路负电源端
‑
vss端连接，输出电阻r7的另一端与反馈运放ic3的正输入端in+端、上比较器ic4的负输入端
in
‑
端、下比较器ic5的正输入端in+端、滤波电容c2的一端、连接件cn1的电路输出端iout端及外接负载电阻rl的一端连接，外接负载电阻rl的另一端与cn1的地端gnd端，滤波电容c2的另一端接地，反馈运放ic3的负输入端in
‑
端与ic3的输出端out端、正反馈电阻r6的另一端连接，反馈运放ic3的正电源端+v端与电路正电源端+vc端连接，反馈运放ic3的负电源端
‑
v端与电路负电源端
‑
vss端连接，上比较器ic4的正输入端in+端与正稳压管wd1的阴极、正偏电阻r8的一端连接，正稳压管wd1的阳极接地，正偏电阻r8的另一端与电路正电源端+vcc端连接，上比较器ic4的输出端out端与ic5的输出端out端、三极管vt1的基极、上拉电阻r10的一端、射极电阻r11的一端连接，上拉电阻r10的另一端与电路正电源端+vcc端连接，上比较器ic4的正电源端+v端与电路正电源端+vcc端连接，上比较器ic4的负电源端
‑
v端与电路负电源端
‑
vss端连接，三极管vt1的集电极接地，三极管vt1的射极与射极电阻r11的另一端、报警电阻r12的一端、连接件cn1的报警输出端ualm端连接，报警电阻r12的另一端与电路正电源端+vcc端连接，下比较器ic5的正输入端in+端与负稳压管wd2的阳极、负偏电阻r9的一端连接，负偏电阻r9的另一端与电路负电源端
‑
vss端连接，负稳压管wd2的阴极接地，下比较器ic5的正电源端+v端与电路正电源端+vcc端连接，下比较器ic5的负电源端
‑
v端与电路负电源端
‑
vss端连接，连接件cn1的正供电端+vcc端与电路正电源端+vcc端、正电源电容c3的一端连接，连接件cn1的负供电端
‑
vss端与电路负电源端
‑
vss端、负电源电容c4的一端连接，连接件cn1的地端gnd端以及正电源电容c3的另一端、负电源电容c4的另一端均接地。
5.作为优选，电路参数配合关系如下：
6.e：测速发电机tg的输出电势，e＝c
e
n，n、n
max
：被测转速及其最大值，c
e
：电势系数，r
a
：测速发电机tg的电枢电阻，l
a
：测速发电机tg的电枢电感；i0、i
0max
：电路输出电流信号及其最大值，稳态时i0＝k
ni
n，k
ni
：速度
‑
电流变换系数；u
i
、u
imax
：跟随器ic1输出的测速信号及其最大值；vcc、vss：分别为电路正、负电源电压，|vcc|＝|vss|；τ
n
：测速时间常数；
7.r1、r2>>r
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0008][0009]
r3＝r5，r4＝r6
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0010][0011][0012][0013][0014]
本发明的有益效果如下：
[0015]
本发明电路方案，采用具有空载饱和特性的局部正反馈式的v/i变送电路，据此可发出信号传输断线或负载开路的报警信号，使后续的电机控制系统能及时进行安全保护控
制，且该本发明电路中的v/i转换采用功率运放，避免了传统v/i变送电路中因三极管导致的非线性和温度漂移。本发明电路简单、可靠性高、成本低、安全性好、易于产品化，应用范围广泛。
附图说明
[0016]
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
[0017]
下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0018]
如图1所示，一种具有传输信号断线报警的测速发电机v/i变送电路。
[0019]
一种具有传输信号断线报警的测速发电机v/i变送电路包括连接件cn1、测速发电机tg、跟随器ic1、功率运放ic2、反馈运放ic3、上比较器ic4、下比较器ic5、三极管vt1、正稳压管wd1、负稳压管wd2、上测速电阻r1、下测速电阻r2、负端电阻r3、负反馈电阻r4、正端电阻r5、正反馈电阻r6、输出电阻r7、正偏电阻r8、负偏电阻r9、上拉电阻r10、射极电阻r11、报警电阻r12、外接负载电阻rl、测速电容c1、滤波电容c2、正电源电容c3、负电源电容c4，测速发电机tg的正端a1端与上测速电阻r1的一端连接，上测速电阻r1的另一端与下测速电阻r2的一端、测速电容c1的一端、跟随器ic1的正输入端in+端连接，测速发电机tg的负端a2端、下测速电阻r2的另一端、测速电容c1的另一端均接地，跟随器ic1的负输入端in
‑
端与跟随器ic1的输出端out端、正端电阻r5的一端连接，跟随器ic1的正电源端+v端与电路正电源端+vcc端连接，跟随器ic1的负电源端
‑
v端与电路负电源端
‑
vss端连接，正端电阻r5的另一端与正反馈电阻r6的一端、功率运放ic2的正输入端in+端连接，功率运放ic2的负输入端in
‑
端与负端电阻r3的一端、负反馈电阻r4的一端连接，负端电阻r3的另一端接地，负反馈电阻r4的另一端与输出电阻r7的一端、功率运放ic2的输出端out连接，功率运放ic2的正电源端+v端与电路正电源端+vcc端连接，功率运放ic2的负电源端
‑
v端与电路负电源端
‑
vss端连接，输出电阻r7的另一端与反馈运放ic3的正输入端in+端、上比较器ic4的负输入端in
‑
端、下比较器ic5的正输入端in+端、滤波电容c2的一端、连接件cn1的电路输出端iout端及外接负载电阻rl的一端连接，外接负载电阻rl的另一端与cn1的地端gnd端，滤波电容c2的另一端接地，反馈运放ic3的负输入端in
‑
端与ic3的输出端out端、正反馈电阻r6的另一端连接，反馈运放ic3的正电源端+v端与电路正电源端+vc端连接，反馈运放ic3的负电源端
‑
v端与电路负电源端
‑
vss端连接，上比较器ic4的正输入端in+端与正稳压管wd1的阴极、正偏电阻r8的一端连接，正稳压管wd1的阳极接地，正偏电阻r8的另一端与电路正电源端+vcc端连接，上比较器ic4的输出端out端与ic5的输出端out端、三极管vt1的基极、上拉电阻r10的一端、射极电阻r11的一端连接，上拉电阻r10的另一端与电路正电源端+vcc端连接，上比较器ic4的正电源端+v端与电路正电源端+vcc端连接，上比较器ic4的负电源端
‑
v端与电路负电源端
‑
vss端连接，三极管vt1的集电极接地，三极管vt1的射极与射极电阻r11的另一端、报警电阻r12的一端、连接件cn1的报警输出端ualm端连接，报警电阻r12的另一端与电路正电源端+vcc端连接，下比较器ic5的正输入端in+端与负稳压管wd2的阳极、负偏电阻r9的一端连接，负偏电阻r9的另一端与电路负电源端
‑
vss端连接，负稳压管wd2的阴极接地，下比较器ic5的正电源端+v端与电路正电源端+vcc端连接，下比较器ic5的负电源端
‑
v端与电路负
电源端
‑
vss端连接，连接件cn1的正供电端+vcc端与电路正电源端+vcc端、正电源电容c3的一端连接，连接件cn1的负供电端
‑
vss端与电路负电源端
‑
vss端、负电源电容c4的一端连接，连接件cn1的地端gnd端与正电源电容c3的另一端、负电源电容c4的另一端均接地。
[0020]
本发明所使用的包括跟随器ic1、功率运放ic2、反馈出运放ic3、上比较器ic4、下比较器ic5、三极管vt1等在内的所有器件均采用现有的成熟器件产品，可通过市场取得。例如：跟随器和反馈运放采用tlc2262，功率运放采用njm4556，比较器采用lm293，三极管采用8550等。
[0021]
本发明中的主要电路参数配合关系如下：
[0022]
令：e：测速发电机tg的输出电势(单位：v)，e＝c
e
n，n、n
max
：被测转速及其最大值(单位：rpm)，c
e
：电势系数(单位：v/rpm)，r
a
：测速发电机tg的电枢电阻(单位：ω)，l
a
：测速发电机tg的电枢电感(单位：h)；i0、i
0max
：电路输出电流信号及其最大值(单位：a)，稳态时i0＝k
ni
n，k
ni
：速度
‑
电流变换系数(单位：a/rpm)；u
i
、u
imax
：跟随器ic1输出的测速信号及其最大值(单位：v)；vcc、vss：分别为电路正、负电源电压(单位：v)，|vcc|＝|vss|；τ
n
：测速时间常数(单位：s)。
[0023]
r1、r2>>r
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0024][0025]
r3＝r5，r4＝r6
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0026][0027][0028][0029][0030]
本发明工作过程如下：
[0031]
如图1所示，且在上述电路参数配合下。
[0032]
(1)测速发电机v/i变送过程：直流测速发电机tg的输出电势e(e＝c
e
n)经上测速电阻r1、下测速电阻r2分压及跟随器ic1阻抗变换后提高了分压精度，跟随器ic1输出的测速信号u
i
经由功率运放ic2、反馈运放ic3、输出电阻r7、外接负载电阻rl组成的局部正反馈式的高精度v/i变送电路，输出能远距离传输的电流信号i0(单位：a)，且该变送电路输出级没有传统v/i变送电路中的三极管，克服了三极管的非线性与温度漂移，提高了测速精度。输出与转速成正比的电流信号i0，如式(4)所示，稳态时i0＝k
ni
n。本发明电路输出的电流信号i0经连接件cn1的电路输出端iout端输出，负载电阻rl接在连接件cn1的电路输出端iout端与地端gnd端之间。
[0033]
(2)传输信号断线报警过程：上述由功率运放ic2、反馈运放ic3、输出电阻r7、外接负载电阻rl组成的局部正反馈式的高精度v/i变送电路，当输出电流信号传输线断线或空
载(r
l
→
∞)时，则导致功率运放ic2的饱和，即图1中|u
01
＝u
02
|
→
|vcc|＝|vss|，进而使三极管vt1饱和，三极管vt1的射极为低电平，经连接件cn1的报警输出端ualm端输出低电平有效的报警信号，当后续的电机控制系统收到此低电平报警信号后即进行安全保护控制。