本發(fā)明涉及機(jī)械電子測量中的電機(jī)安全性保護(hù)模型，特別是一種應(yīng)用于大功率電機(jī)的工作過程中安全性保護(hù)裝置及其對應(yīng)的相關(guān)性能分析。

背景技術(shù)：

電機(jī)是現(xiàn)代工業(yè)必不可少的，電動機(jī)是第二次科技革命中的最重要的發(fā)明之一，它至今仍在我們的社會生產(chǎn)、生活中起著極為重要的作用，機(jī)床、水泵，需要電動機(jī)帶動；電力機(jī)車、電梯，需要電動機(jī)牽引。家庭生活中的電扇、冰箱、洗衣機(jī)，甚至各種電動玩具都離不開電動機(jī)。電動機(jī)已經(jīng)應(yīng)用在現(xiàn)代社會生活的各個方面。

電機(jī)是一種電動旋轉(zhuǎn)式能量轉(zhuǎn)換器件，電動機(jī)是利用通電線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場中受力運(yùn)動的方向跟電流方向和磁感線(磁場方向)方向有關(guān)。電動機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。通長電機(jī)內(nèi)部有定子和轉(zhuǎn)子，定子的作用主要提供對應(yīng)的磁場，而轉(zhuǎn)子則相當(dāng)于一個移動的通電導(dǎo)線。當(dāng)定子與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后電機(jī)軸便會發(fā)生轉(zhuǎn)動，帶動外部機(jī)構(gòu)運(yùn)動，為外部機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)提供能量。

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動后，由于外部載荷以及機(jī)械傳動的受力不穩(wěn)定導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部的定子線圈便會產(chǎn)生熱量，同時其轉(zhuǎn)速也會發(fā)生相應(yīng)的波動，這種波動和熱量在一定范圍內(nèi)是電機(jī)可以承受的，一旦過大就會對電機(jī)產(chǎn)生急劇的損害。當(dāng)然其輸入電流也是主要的影響因素，其電流的輸入變化過大會對電機(jī)傳動油巨大影響。面對上述的一系列危害我們需要對電機(jī)進(jìn)行一定的保護(hù)，特別是對其電流的波動，轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定以及定子熱量的檢測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于大功率電機(jī)傳動軸的安全性保護(hù)裝置，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作靈活，可以根據(jù)現(xiàn)場靈活實(shí)用，便于使用者了解和分析其電機(jī)工作狀態(tài)。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種應(yīng)用于大功率電機(jī)傳動軸的安全性保護(hù)裝置，其特征在于包括溫度檢測裝置、轉(zhuǎn)速檢測裝置、電流檢測裝置、信號轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)據(jù)接收處理裝置、外部顯示裝置與控制裝置；溫度檢測裝置安裝在定子線圈的絕緣層處；通過導(dǎo)線將三種檢測裝置與三個信號轉(zhuǎn)換裝置分別連接，再將三個信號轉(zhuǎn)換裝置與一個數(shù)據(jù)接收處理裝置連接，外部顯示裝置和控制裝置與數(shù)據(jù)接收處理裝置相連；信號轉(zhuǎn)換裝置包括單片機(jī)，電流檢測裝置包括電流傳感器，溫度檢測裝置包括溫度傳感器，轉(zhuǎn)速檢測裝置由磁力圓輪和磁力感應(yīng)器組成。

其中磁力圓輪固定在電機(jī)軸上隨著電機(jī)軸不斷轉(zhuǎn)動，磁力感應(yīng)器固定在磁力圓輪上方，定時接收數(shù)據(jù)；磁力圓輪上對應(yīng)分布等間距位置的磁鐵且剛好圍成一個圓周。

當(dāng)單片機(jī)通電以后，單片機(jī)內(nèi)部程序?qū)纹瑱C(jī)的數(shù)據(jù)、串口、顯示、定時器初始化，初始化完成后進(jìn)入一個while死循環(huán)，開始進(jìn)入主程序，對應(yīng)的三個檢測裝置同時采集信號，設(shè)定其范圍與額定電壓之間存在一定的誤差，如果超過設(shè)定值，保護(hù)裝置會對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，外部顯示裝置也會顯示其電機(jī)的輸入電壓，供工作人員觀察電機(jī)狀態(tài)；同時，設(shè)定安全散熱量范圍，若超過該范圍，保護(hù)裝置也會對電機(jī)進(jìn)行限功率的措施，外部顯示裝置也會顯示其電機(jī)的定子線圈的發(fā)熱量，供工作人員了解電機(jī)的負(fù)載情況；也可以根據(jù)其額定轉(zhuǎn)速來設(shè)定其轉(zhuǎn)速變動范圍來防止電機(jī)轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定對電機(jī)的危害，外部顯示裝置也會顯示其電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速狀態(tài)，讓工作人員了解外部載荷的變化。

轉(zhuǎn)速檢測裝置檢測信號，通過電橋放大該信號，然后該信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成TTL電平信號傳遞給信號轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)部的單片機(jī)，通過單片機(jī)所編寫的軟件進(jìn)行控制與顯示處理，最后將轉(zhuǎn)換過的的信號顯示在顯示屏上。

溫度檢測裝置檢測信號，通過電橋放大該信號，然后該信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成TTL電平信號傳遞給信號轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)部的單片機(jī)，通過單片機(jī)所編寫的軟件進(jìn)行控制與顯示處理，最后將轉(zhuǎn)換過的信號顯示在顯示屏上。

電流檢測裝置檢測信號，該信號直接經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成TTL電平信號傳遞給信號轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)部的單片機(jī)，通過單片機(jī)所編寫的軟件進(jìn)行控制與顯示處理，最后將轉(zhuǎn)換過的的信號顯示在顯示屏上。

本發(fā)明通過對電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)速狀態(tài)，溫度狀態(tài)以及外部電流對其產(chǎn)生的影響進(jìn)行合理的接收，采集，轉(zhuǎn)換，顯示，來直觀的反應(yīng)電機(jī)的所處狀態(tài)，穩(wěn)定程度，快速，有效，合理的對電機(jī)進(jìn)行安全性保護(hù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的位置安裝及輪廓圖。

圖2是電機(jī)傳動保護(hù)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖3是應(yīng)用本發(fā)明的單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)行流程圖。

圖4是轉(zhuǎn)速檢測裝置信號裝換裝置的流程圖。

圖5是溫度檢測裝置信號裝換裝置的流程圖。

圖6是電流檢測裝置信號裝換裝置的流程圖。

附圖標(biāo)號：溫度檢測裝置1、轉(zhuǎn)速檢測裝置2、電流檢測裝置3、信號轉(zhuǎn)換裝置、電機(jī)定子線圈4、數(shù)據(jù)接收處理裝置5、外部顯示裝置6、控制裝置7、電機(jī)傳動軸8。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，本發(fā)明由溫度檢測裝置1、轉(zhuǎn)速檢測裝置2、電流檢測裝置3、信號轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)據(jù)接收處理裝置5、外部顯示裝置6與控制裝置7構(gòu)成。

轉(zhuǎn)速檢測裝置2由磁力圓輪和磁力感應(yīng)器組成，且安裝位置在外部機(jī)械連接處即外伸電機(jī)軸處。磁力圓輪固定在電機(jī)傳動軸8上，磁力感應(yīng)器位置固定，定時接收數(shù)據(jù)。由于磁力圓輪上的磁鐵等間距排列。因此，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動時會發(fā)生磁力的大小變化利用這種變化來檢測軸的實(shí)際轉(zhuǎn)速。由于該傳感器產(chǎn)生的信號為電變化信號且該信號的變化量過小。因此，需要通過高靈敏度的信號裝換裝置來對其微弱電信號進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)換。

磁力圓輪上有對應(yīng)分布了10個等間距位置的強(qiáng)性磁鐵且剛好圍成一個圓周，該磁鐵的磁性不會對電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生任何影響。同時，固定在上方的磁力感應(yīng)器會感應(yīng)到大小不同的磁感應(yīng)力。然后利用單片機(jī)的性能來采集其轉(zhuǎn)速。

溫度檢測裝置1主要由溫度傳感器組成，電機(jī)是由定子產(chǎn)生強(qiáng)磁場來使通電的轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生一定的扭轉(zhuǎn)力，來帶動電機(jī)工作。但是，當(dāng)外部載荷過大或機(jī)械傳動不穩(wěn)定就會使定子產(chǎn)生一定的磁場能使定子發(fā)熱。熱量少時，可以通過散熱片進(jìn)行散熱。但是，溫度急劇累計(jì)就會燒毀電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為了避免電機(jī)過量發(fā)熱，保護(hù)其安全性能。通過安裝在定子線圈4絕緣層處的溫度檢測裝置1來檢測線圈產(chǎn)生的變化溫度，防止溫度的急劇變化。由于該傳感器產(chǎn)生的信號為電變化信號且該信號的變化量過小。因此，需要通過高靈敏度的信號裝換裝置來對其微弱電信號進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)換。

其定子的發(fā)熱量Q與其輸入電流，電阻及時間的平方成正比的對應(yīng)關(guān)系。因此，通過溫度檢測裝置1其內(nèi)部的溫度變化導(dǎo)致其對應(yīng)的傳感器的電阻值發(fā)生變化其內(nèi)部連接的電壓值也會發(fā)生變化。利用單片機(jī)的設(shè)置程序可以直接有效的將其發(fā)熱量顯示給工作人員。一般設(shè)定的熱量大于其正常量的35％為其危險程度。其對應(yīng)的報警裝置會發(fā)出危險信號。以便工作人員采取措施防止危險事情發(fā)生。

電流檢測裝置3主要由高精度的電流傳感器組成，電機(jī)運(yùn)行中輸入電流的變化會對電機(jī)的運(yùn)行效率以及電機(jī)內(nèi)部的發(fā)熱量有直接的影響。同時，機(jī)械傳動的一些不穩(wěn)定因素也會導(dǎo)致電流的變化，特別是一些急劇的電流變化會嚴(yán)重縮短電機(jī)壽命。為了使電機(jī)處于正常的工作狀態(tài)。需要對其輸入電流進(jìn)行檢測并控制。由于該傳感器產(chǎn)生的信號為電變化信號且該變化比較明顯。因此，用一般的信號轉(zhuǎn)換裝置即可對其信號裝換。

由于存在三個檢測裝置的檢測信號的處理，普通單片機(jī)的功能單一，因此，采用了單片機(jī)STC89C52系列。STC89C52系列將宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)作為數(shù)據(jù)的接收與處理裝置5，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。其內(nèi)部的8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16位定時器/計(jì)數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)(兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu))，全雙工串行口。具備的異步通信以及多串口滿足其設(shè)計(jì)需求。同時，工作范圍在-40～+85℃(工業(yè)級)/0～75℃(商業(yè)級)滿足其工作要求。STC89C52單片機(jī)的引腳與外部設(shè)備引腳進(jìn)行合理連接，并合理設(shè)計(jì)其電路模式。利用C語言進(jìn)行其內(nèi)部程序的編寫。

由于控制的中心部分為單片機(jī)，單片機(jī)只能識別數(shù)字信號。因此，我們需要將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在選擇信號裝換裝置中，由于電信號的微弱程度不一樣。因此，選擇了兩個高精度的信號轉(zhuǎn)換裝置和一個精度一般的信號裝換裝置。由于該裝置在運(yùn)用時不需要再添加放大電路，性能穩(wěn)定，精度高，集成度高，響應(yīng)速度快，抗干擾能力強(qiáng)，節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)。因此，選擇了HX711作為A/D轉(zhuǎn)換裝置。由于該A/D轉(zhuǎn)換裝置不能直接識別其傳遞的信號因此要對其進(jìn)行引腳的配置優(yōu)化。

本發(fā)明采用了晶訊聯(lián)公司的64*32的漢字屏JLX12864G-080-PL作為外部顯示裝置6顯示信息，可以直觀的將要測定的信息直接反饋給設(shè)計(jì)者，有效的節(jié)約了設(shè)計(jì)者的時間，將該設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念更好的展現(xiàn)給大家。該顯示裝置6上可以讀取電機(jī)傳動軸8的實(shí)時轉(zhuǎn)速，定子線圈4的內(nèi)部溫度以及輸入電機(jī)電流的變化程度。

以0-9數(shù)字按鍵、復(fù)位按鍵、重置按鍵，這12個按鍵為控制裝置7的設(shè)計(jì)核心來將電機(jī)傳動的動態(tài)特性以一定方式顯示出來，對應(yīng)的可以輸入其額定轉(zhuǎn)速與額定電流進(jìn)行對比。從而，設(shè)定一個電流值范圍與轉(zhuǎn)速范圍來對其電機(jī)進(jìn)行保護(hù)。一般設(shè)定的熱量大于其正常量的35％為其危險程度，其對應(yīng)的報警裝置會發(fā)出危險信號。一般設(shè)定其轉(zhuǎn)速的保護(hù)范圍在額定轉(zhuǎn)速的2％-4％。超過其設(shè)定范圍便會發(fā)生報警信號，以便引起操作人員的注意，同時顯示屏上也會有提示。

利用蜂鳴器，通過單片機(jī)內(nèi)部程序控制信號來反饋給蜂鳴器使其出現(xiàn)報警信號，進(jìn)而使蜂鳴器工作。通過鍵盤來設(shè)定其對應(yīng)的額定電流以及對應(yīng)的額定轉(zhuǎn)速，同時也設(shè)定熱量的保護(hù)范圍。傳遞給單片機(jī)讓單片機(jī)來檢測其各個位置的信號特征，以便直接的檢測，保護(hù)電機(jī)，延長電機(jī)工作壽命。

如圖3所示，當(dāng)單片機(jī)通電以后，單片機(jī)內(nèi)部程序?qū)纹瑱C(jī)的數(shù)據(jù)、串口、顯示、定時器初始化，初始化完成后進(jìn)入一個while死循環(huán)，開始進(jìn)入主程序，對應(yīng)的三個感應(yīng)裝置同時采集信號，通過設(shè)定其范圍與額定的電壓之間存在一定的誤差，其設(shè)定值是額定電壓的-5％—+5％。如果超過其保護(hù)裝置會對電機(jī)進(jìn)行保護(hù)，外部顯示裝置6也會顯示其電機(jī)的輸入電壓，供工作人員觀察電機(jī)狀態(tài)。同時，設(shè)定其安全散熱量的25％，若超過該范圍其保護(hù)裝置也會對電機(jī)進(jìn)行限功率的措施，外部顯示裝置6也會顯示其電機(jī)的定子線圈的發(fā)熱量，供工作人員了解電機(jī)的負(fù)載情況。也根據(jù)其額定轉(zhuǎn)速來設(shè)定其轉(zhuǎn)速變動范圍的-5％—+5％來防止電機(jī)轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定對其電機(jī)的危害，外部顯示裝置也會顯示其電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速狀態(tài)，讓工作人員了解外部載荷的變化。通過三個感應(yīng)器的同時工作和外部顯示其對應(yīng)狀態(tài)有效地保護(hù)電機(jī)的正常工作，延長其電機(jī)壽命，同時也使工作人員了解電機(jī)的實(shí)時工作狀態(tài)，避免緊急情況發(fā)生。

如圖4所示，轉(zhuǎn)速檢測裝置2檢測信號，感應(yīng)到對應(yīng)的信號，當(dāng)信號過強(qiáng)時，其對應(yīng)的信號由于信號變化過小要通過電橋放大信號。然后，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換裝置將其對應(yīng)的電信號轉(zhuǎn)換成TTL電平信號傳遞給單片機(jī)；通過單片機(jī)所編寫的軟件進(jìn)行控制與顯示處理，最后將轉(zhuǎn)換過的信號顯示在顯示屏上。

如圖5所示，溫度檢測裝置1檢測信號，感應(yīng)到對應(yīng)的信號，當(dāng)其信號過強(qiáng)時，感應(yīng)器內(nèi)部的電信號會發(fā)生變化，但其對應(yīng)的信號由于信號變化過小要通過電橋放大信號，才可以被外部采集。然后，該信號再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換裝置將其對應(yīng)的電信號轉(zhuǎn)換成TTL電平信號傳遞給單片機(jī)；通過單片機(jī)所編寫的軟件進(jìn)行控制與顯示處理，最后將轉(zhuǎn)換過的信號顯示在顯示屏上。

如圖6所示，電流檢測裝置3檢測信號，由于該信號的電壓變化本身就很大，因此，不需要對其電壓進(jìn)行放大，直接經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換裝置將電信號轉(zhuǎn)換成TTL電平信號傳遞給單片機(jī)；通過單片機(jī)所編寫的軟件進(jìn)行控制與顯示處理，最后將轉(zhuǎn)換過的信號顯示在顯示屏上。