一种无传感器的永磁发电机转速检测模块

技术领域

本发明创造属于发电机转速测量技术领域，尤其是涉及一种无传感器的永磁发电机转速检测模块。

背景技术

转速检测最为普遍的方法为编码器检测法，即在转动轴上安装编码器，通过旋转码盘将转速信号转换成脉冲群，通过计算计算单位时间内产生的脉冲个数可计算出转轴的转速。这种转速检测方式，成本较高且对应用条件比较苛刻，要保证编码器安装的精确性，同时也要确保系统的稳定性，而编码器又属于易损器件，编码器失效后将导致系统失去发电机转速参数，造成重大故障。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种无传感器的永磁发电机转速检测模块。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种无传感器的永磁发电机转速检测模块，包括转速频率转换子模块和频率电压转换子模块；所述转速频率转换子模块包括阻容分压滤波电路、电压比较电路、信号调理电路；所述频率电压转换子模块包括频率电压转换电路；

所述阻容分压滤波电路输入端与发电机转子三相电缆连接，阻容分压滤波电路输出端与电压比较电路输入端连接；

所述电压比较电路输入端与阻容分压滤波电路输出端连接，电压比较电路输出端与信号调理电路连接；

所述信号调理电路输入端与电压比较电路的输出端连接，信号调理电路输出端与频率电压转换电路输入端连接。

进一步的，所述阻容分压滤波电路对应设置三个，每一阻容分压滤波电路均对应连接一个发电机转子三相电缆线。

进一步的，所述阻容分压滤波电路包括阻容分压滤波电路输入端依次串联的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，所述电阻R5、R6与电容C1并联，所述电阻R6与电容C2并联，电阻R6的输入端与电压比较电路输入端连接，电阻R6输出端接地。

进一步的，所述电压比较电路包括并联的第一电压比较器子电路和第二电压比较器子电路，第一电压比较器子电路和第二电压比较器子电路的输入端均与相应三线电缆阻容分压滤波电路的输出端连接，第一电压比较器子电路和第二电压比较器子电路的输出端均与信号调理电路输入端连接。

进一步的，所述第一电压比较器子电路和第二电压比较器子电路均包括电压比较器，电压比较器的输出端依次串联有电容C3、以及二极管D1；

所述第一电压比较器子电路电压比较器的同相输入端与相应三线电缆A线阻容分压滤波电路输出端连接，反相输入端与相应三线电缆B线阻容分压滤波电路输出端连接；

所述第二电压比较器子电路电压比较器的同相输入端与相应三线电缆A线阻容分压滤波电路输出端连接，反相输入端与相应三线电缆C线阻容分压滤波电路输出端连接。

进一步的，所述信号调理电路包括电压比较电路输出端依次串联的电容C4、二极管D2、逻辑门、以及光耦，所述光耦的输出端与频率电压转换电路输入端连接。

进一步的，所述频率电压转换电路包括555芯片；

所述555芯片的触发端与光耦的输出端连接；

所述555芯片的输出端依次串联有电阻R8、缓冲器、电阻R9、电阻R10、电阻R11、运算放大器U2D、以及电阻R12；所述运算放大器U2D的同相输入端与电阻R11输出端连接、反相输入端通过稳压管接地、输出端与电阻R12连接；

所述555芯片放电端依次串联有电阻R13、R14、滑动变阻器。

进一步的，所述电阻R9与R10之间连接有电容C5，电容C5一端与R9连接，另一端接地；所述电阻R10与R11之间连接有电容C6，电容C6一端与R10连接，另一端接地；所述电阻R11与运算放大器U2D同相输入端之间连接有电容C7，电容C7一端与R11连接，另一端接地；所述电阻R12一端与运算放大器U2D输出端连接，另一端连接有电容C8，电容C8一端与R12连接，另一端接地。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造结构简单，成本低，无需使用传感器即可实现对发电机转速的检测，可以更好的适用于永磁同步发电机的转速检测，且检测准确度高，稳定可靠，具有良好的可靠性和稳定性，十分适合大规模推广和使用。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为本发明创造实施例中转速频率转换子模块的结构示意图；

图3为本发明创造实施例中频率电压转换电路的电路图；

图4为本发明创造实施例中阻容分压滤波电路的电路图；

图5为本发明创造实施例中电压比较电路的电路图；

图6为本发明创造实施例中信号调理电路的电路图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种无传感器的永磁发电机转速检测模块，如图1至图6所示，包括转速频率转换子模块和频率电压转换子模块；所述转速频率转换子模块包括阻容分压滤波电路、电压比较电路、信号调理电路；所述频率电压转换子模块包括频率电压转换电路；所述阻容分压滤波电路输入端与发电机转子三相电缆连接，阻容分压滤波电路输出端与电压比较电路输入端连接；所述电压比较电路输入端与阻容分压滤波电路输出端连接，电压比较电路输出端与信号调理电路连接；所述信号调理电路输入端与电压比较电路的输出端连接，信号调理电路输出端与频率电压转换电路输入端连接。

所述阻容分压滤波电路对应设置三个，每一阻容分压滤波电路均对应连接一个发电机转子三相电缆线。

所述阻容分压滤波电路包括阻容分压滤波电路输入端依次串联的电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，所述电阻R5、R6与电容C1并联，所述电阻R6与电容C2并联，电阻R6的输入端与电压比较电路输入端连接，电阻R6输出端接地；具体的，电容C1和C2可以起到很好的滤波作用，消除高频干扰对检测的影响，有利于提高检测的准确度。

所述电压比较电路包括并联的第一电压比较器子电路和第二电压比较器子电路，第一电压比较器子电路和第二电压比较器子电路的输入端与相应三线电缆阻容分压滤波电路的输出端连接，第一电压比较器子电路和第二电压比较器子电路的输出端与信号调理电路输入端连接；所述第一电压比较器子电路和第二电压比较器子电路均包括电压比较器，电压比较器的输出端依次串联有电容C3、以及二极管D1；所述电容C3与二极管D1之间接有电阻R7，该电阻R7一端连接电容C3，另一端接地；

所述第一电压比较器子电路的电压比较器的同相输入端与相应三线电缆A线阻容分压滤波电路输出端连接，反相输入端与相应三线电缆B线阻容分压滤波电路输出端连接；

所述第二电压比较器子电路的电压比较器的同相输入端与相应三线电缆A线阻容分压滤波电路输出端连接，反相输入端与相应三线电缆C线阻容分压滤波电路输出端连接。

所述信号调理电路包括电压比较电路输出端依次串联的电容C4、二极管D2、逻辑门(与非门)、以及光耦，所述光耦的输出端与频率电压转换电路输入端连接。

所述频率电压转换电路包括555芯片；所述555芯片的触发端与光耦的输出端连接；所述555芯片的输出端依次串联有电阻R8、缓冲器、R9、R10、R11、运算放大器U2D、以及电阻R12；所述运算放大器U2D的同相输入端与R11输出端连接，反相输入端通过稳压管接地，输出端与电阻R12连接；所述555芯片放电端依次串联有电阻R13、R14、滑动变阻器；具体的，缓冲器可以提高频率电压转换电路的驱动能力。

如图3所示，555芯片的触发端串联有二极管D3和电阻R15；555芯片的THR端、以及DIS端均通过电容C9接地，555芯片的CTRL端通过电容C10接地；所述电容C9一端与电阻R13输入端连接，另一端接地。

所述电阻R9与R10之间连接有电容C5，电容C5一端与R9连接，另一端接地；所述电阻R10与R11之间连接有电容C6，电容C6一端与R10连接，另一端接地；所述电阻R11与运算放大器U2D之间连接有电容C7，电容C7一端与R11连接，另一端接地；所述电阻R12一端与运算放大器U2D输出端连接，另一端连接有电容C8，电容C8一端与R12连接，另一端接地。

本发明创造包含两部分：

第一部分为信号转换，即将永磁发电机的转速信号转换成对应频率的低压脉冲信号，与编码器实现的方法不同之处在于，无需额外的传感器，直接将本部分模块并接在发电机转子三相电缆上，原理如下：永磁发电机转子转速与转子电压频率的关系为：f＝Pn/60，f为频率，P为磁极对数，n为转子转速。上式表明，发电机转子的转速与转子发电频率成正比关系。因为转子转速与发电频率存在这种关系，即可通过转子电压频率反推转子的转速。

具体实现方式如下：

通过阻容分压的方式将发电机转子的三相交流电压按比例缩小(如图4)，图示为三相示意，三相电路相同。分压后的三相电压通过电压跟随器后得到相对平滑的三相正弦波，由三相正弦波可知在一个周期内，三相波形有6个交点，将三相电压两两送入比较器，即AB、AC、BA、BC、CA、CB的顺序进行比较，比较电路如图5所示，比较器会进行6次翻转，在比较器输出端串联一个电容C4，即可将比较器的上升沿转换为一个窄脉冲，6次上升沿即可得到6个窄脉冲，以此实现对发电机发出电压的频率进行6倍频处理，将此倍频后的信号经逻辑门整形和光耦隔离后送入本发明创造的第二部分进行处理。

第二部分为信号调理，即将第一部分过来的脉冲信号进行调理，最终输出0～10V的电压信号；通过搭建555芯片的外围电路和运放将第一部分送过来的进行6倍频的脉冲信号转换为0-10V的电压信号，输出的电压与转速成比例关系，即可通过检测输出电压反推发电机转速；具体实现方式为：

将第一部分送过来的脉冲信号通过光耦和逻辑门(与非门)进行处理，将整形过得信号送入555芯片的触发引脚，通过调整555芯片的外围电路的参数调整555芯片的输出脉冲宽度，即555芯片输出的PWM波形频率与第一部分传送过来的一致，而脉冲宽度即占空比得到了调整，而经RC滤波后得到的电压值与占空比呈线性关系。speed即为与转速对应的模拟电压信号，对应关系为：0～27.3rpm对应0～10VDC，即可通过检测输出电压反推发电机转速。本领域技术人员如想要扩大量程，可以根据需要调整内部电路参数。

本发明创造结构简单，成本低，无需使用传感器即可实现对发电机转速的检测，可以更好的适用于永磁同步发电机的转速检测，且检测准确度高，稳定可靠，具有良好的可靠性和稳定性，十分适合大规模推广和使用。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。