[发明专利]一种光纤接口的高压同步电机速度和位置检测接口电路

说明书

技术领域

本发明属于电机转速检测技术领域，具体涉及一种光纤接口的高压同步电机速度和位置检测接口电路。

背景技术

同步电机的转子位置和速度是变频调速控制系统所需获取的必要信息，其精度和准确度是控制系统品质的重要影响因素，因此速度检测和位置检测成为高压同步电机控制系统的关键环节。目前，随着光电子学和数字技术的发展，光电编码器广泛用于同步电机调速系统的位置检测和速度检测。转速是各类电机运行中的重要物理量，如何准确、快速而又方便地测量电机转速，极为重要。光电编码器测速法是目前国内外常用的转速测量方法，光电编码器安装在电机转子端轴上，随着电机的转动而转动；光电编码器把角位移或直线位移转换成电信号。按照工作原理编码器可分为增量式编码器和绝对式编码器两类。

增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再将电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。

用于同步电机的光电编码器主要分为增量式光电编码器和绝对式光电编码器两种。增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成，码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有A、B两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90°电度角。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差90°电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。增量式光电编码器的优点是：机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。其缺点是它无法直接读出转动轴的绝对位置信息。和增量式光电编码器不同，绝对编码器光码盘上有许多道刻线，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码)，因此在停电等情况下，采用绝对式编码器仍然可以准确知道电机的轴位置。

在变频调速高压电机传动系统中，由于其高电压大电流的特性，一般变频器会产生功率较大的谐波，对周围其它设备具有较强的干扰能力，其干扰途径主要分传导(即电路耦合)、电磁辐射、感应耦合。安装在电机轴上的光电编码器和变频器之间传统上通过电缆相连，如果不能采取很好的电磁屏蔽措施，码盘信号将受到干扰，大大降低控制系统的品质。

发明内容

本发明的目是为了解决：安装有增量式光电编码器和绝对式光电编码器的高压电机的速度和转子位置检测的接口以及信号电磁干扰的问题，提供一种光纤接口的高压同步电机速度和位置检测接口电路；包括电机，增量式光电编码器，绝对式光电编码器，电机侧码盘编码器电光转化单元和控制系统侧光电转化及位置速度计算单元。

电机侧码盘编码器电光转化单元包括：增量式光电编码器接口电路和绝对式光电编码器接口电路；分别与增量式光电编码器和绝对式光电编码器对应连接。其中增量式光电编码器接口电路包括双端/单端转化芯片、驱动芯片和光纤发射接口芯片；绝对式光电编码器接口电路包括光纤接收芯片和单端/双端转化芯片。

控制系统侧光电转化及位置速度计算单元分为增量式光电编码器接口部分和绝对式光电编码器接口部分，采用DSP+FPGA组合方式，分别通过光纤对应连接增量式光电编码器接口电路和绝对式光电编码器接口电路。其中增量式光电编码器接口部分包括光纤接收芯片和数字信号处理器(Digital Signal Process，DSP)，绝对式光电编码器接口部分包括光纤发射接口芯片和FPGA(Field－Programmable Gate Array)。

控制系统侧光电转化及位置速度计算单元通过增量式光电编码器接口电路接收光纤信号进行光电转化后，计算出电机的转速和方向；同时经过绝对式光电编码器接口电路，和绝对式光电编码器采用SSI通信模式；产生时钟信号，接收数据信号，计算出电机的位置。

具体过程如下：