微電機測功系統的設計與分析
杜錦才
（浙江大學，浙江杭州 310027）
摘要：主要介紹一種適用于微型電機和小型電機的測功系統，說明其加載、測量原理以及設計開發的集成化控制電路，并對該系統的測量精度作了簡要分析，
關鍵詞：測功系統，加載，測量}集成化電路
中圖分類號；tm306 文獻標識碼：b 文章編號：1001-6848(2000)01-0034-03
1 引 言
測功系統作為電機的試驗負載和輸出參數（轉速、轉矩和功率）計量裝置在微電機和小型電機的生產、檢驗、測量等領域有著廣泛的用途。目前，測功機一般可分為渦流式測功機、磁滯式測功機、發電式測功機等。其加載原理和測功計量的方法互不相同，各有其特點。在測功系統中，轉矩的精確測量是最為困難的。較為常用的方法是利用測功機的m-l曲線（即電磁力對電流的工作特性曲線），通過測得其加載電流來模擬求得其相應的轉矩。但是，用該法測得的轉矩其精度不僅受特性本身線性度的限制，而且受電機轉速的影響，總不夠理想。對于目前常用的渦流式測功機，將討論并分析一種利用作用力與反作用力大小相等的原理，通過直接測得其電磁力以求得其輸出轉矩的方法以及針對該原理設計的加載及其測量系統集成化電路。
2測功機加載及測量原理
2.1測功機電機的特點
渦流式測功機電機的定子繞組為單相繞組，其繞組中通過直流電以產生一靜止的圊定磁場或脈振磁場。與普通的單相電機相比它表現為低電壓大電流（相對而言）；而轉子的結構與普通的單向電機轉子相同，但為了使其具有較好的轉矩特性，其鼠籠采用電組率相對較大的錫青銅材料；與一般電機在結構上****不同是其定、轉子均設計為可旋轉形式。
2.2加載及測量原理
測功機的加載示意圖，如圖1所示。
測功機電機的轉子在被測微電機的帶動下沿順時針方向與被測微電機同軸同速旋轉。測功機定子繞組上加一直流電流，使其在氣隙中形成一靜止磁場。旋轉的轉子繞組切割氣隙中的磁力線，便會產生一制動力f=f1+f2，其方向與轉速方向相反。根據牛頓第三定律：作用力和反作用力大小相等、方向相反的原理，其定子上將受到一個大小相等的反作用力f-f，方向與轉速行相同。在一定的轉速下，由于該測功機電機采用了定子也可旋轉的特殊結構，就可以通過壓力傳感器方便地測得作用于定子上的反作用力f，進而求得作用在定子上的轉矩m，也即電磁轉矩mem(mem=m)。再根據p=0.1047memn，便可得到被測電機在軸上的輸出功率p。=p。m+△p（其中△p為測功機的機械損耗功率）。當然，由于受壓力傳感器的拉力作用，測功機的定子在工作過程中并不旋轉。轉速則可以通過聯在測功機電機轉軸上的測速發電機或碼盤測得。用該種方法測得的轉矩最為直接，應具有較高的精確度。
2.3系統結構
測功機加載及測量系統結構，如圖2所示。
3電路分析
3.1加載系統
電路如圖3所示。
加載主電路采用半控橋式電路。經過變壓后的單相交流電（約60v）再經半控橋式整流后得到一可調的直流電壓。該電壓作為加載電源加到測功機電機的定子繞組以產生靜止的勵磁磁場。勵磁磁場的強弱可通過改變可控元件t1、t2的導通角a以獲得不同的直流電壓來進行調節和控制。
脈沖觸發及控制電路采用專業芯片tca785。其16、1腳分別為電源的正負腳；5腳為同涉信號輸入腳；9、10腳為脈寬調整腳；12腳為內部電平掃描斜率調整腳；11腳為移相控制腳；14、15為互差180。的脈沖輸出腳。其輸出的脈沖經過功率放大去觸發主電路中的可控t1、t2。觸發導通角則由tca785-11腳的電平得以控制。
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