直流微電機(jī)測(cè)速新方法
陳雅文(法雷奧溫嶺汽車零部件公司 浙江317500)
1 引 言
轉(zhuǎn)速是旋轉(zhuǎn)電機(jī)中表示電機(jī)特性的主要非電物理量之一。電機(jī)中常用一分鐘內(nèi)的轉(zhuǎn)數(shù)作為轉(zhuǎn)速的單位，即r／min。
測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法雖然很多，比如離心式轉(zhuǎn)速表、閃光測(cè)速儀、光電數(shù)字轉(zhuǎn)速表等。但是它們?cè)跍y(cè)量過程中都有一些附加的要求，或者需要與電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分緊密摩擦，如離心式轉(zhuǎn)速表。或者需要將電機(jī)固定在專門的位置上，如閃光測(cè)速儀�；蛘咝枰陔姍C(jī)的旋轉(zhuǎn)部分標(biāo)上標(biāo)記，如光電數(shù)字轉(zhuǎn)速表等。
因此在電機(jī)批量生產(chǎn)的流水線上應(yīng)用，尤其對(duì)于微電機(jī)，其不方便之處便是顯而易見的。
本文介紹的是我廠在直流微電機(jī)生產(chǎn)線上測(cè)速的一種方法，該方法利用了直流電機(jī)的特殊條件，從供電電流波形中提取轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)。對(duì)被測(cè)電機(jī)沒有任何附加要求，因而在批量生產(chǎn)的流水線上應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)就更加突出。
2工作原理
當(dāng)直流微電機(jī)工作時(shí)，電源通過電刷將直流電壓引入電樞換向器。換向器在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，將外加直流電壓和電流轉(zhuǎn)換成線圈內(nèi)部的交流電勢(shì)和電流。這時(shí)將在供電電流回路中產(chǎn)生明顯的脈動(dòng)分量，其波形如圖1所示。
二極直流電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的脈動(dòng)分量頻率為：
當(dāng)換向器片數(shù)K為奇數(shù)時(shí)，C=2。當(dāng)換向器片數(shù)K為偶數(shù)時(shí)，C=l。
由于同一規(guī)格型號(hào)的直流電機(jī)換向器片數(shù)是固定的，因此電樞電流脈動(dòng)頻率的變化就直接反映出電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。
例如某-2極直流微電機(jī)，轉(zhuǎn)速為2 400r/min，電樞換向器12片。根據(jù)以上公式可計(jì)算出：
3線路實(shí)現(xiàn)
取樣電路如圖2a所示。
取樣電路實(shí)際上是一個(gè)電流互感器，將脈動(dòng)電流升壓后送人后續(xù)電路處理。
在文獻(xiàn)[1]和[2]中，取樣部分用在供電回路中串接電阻來實(shí)現(xiàn)。具體線路如圖2b所示。
用取樣電阻雖然也能達(dá)到取樣測(cè)速的目的，但存在兩大缺點(diǎn)：
(1)當(dāng)被測(cè)電機(jī)電流較大時(shí)，在取樣電阻上產(chǎn)生的壓降不容忽視。它將直接影響電機(jī)端供電電壓的精度，帶來轉(zhuǎn)速誤差。當(dāng)電機(jī)電流離散性較大或電流變動(dòng)較大時(shí)，其影響更加突出。同時(shí)較難適應(yīng)不同供電電壓和電流的電機(jī)，兼顧性差。
(2)測(cè)量系統(tǒng)與供電電路直接相連，隔離困難。在工廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，容易引入干擾，嚴(yán)重時(shí)將根本無法進(jìn)行測(cè)量。
而采用電流互感器形式，就比較容易解決上述兩個(gè)缺點(diǎn)。
本方法提取的是直流電機(jī)換向時(shí)所產(chǎn)生的脈動(dòng)電沆波形。由于直流電機(jī)的換向過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，牽涉到機(jī)械、電磁、電化學(xué)等各方面的因素，因此換向不產(chǎn)生火花可以說是不可能的。而電火花會(huì)產(chǎn)生雜亂無序的高頻干擾脈沖，疊加到待測(cè)有用的信號(hào)中去，造成測(cè)量的誤差。電機(jī)的供電電壓越高，產(chǎn)生的干擾越大。如不采用有效的抗干擾措施，將直接影響本方法對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量的實(shí)現(xiàn)。
在本測(cè)量電路中采用了LC諧振選頻電路，諧振法是測(cè)量頻率常用方法之一，它基于振蕩系統(tǒng)諧振現(xiàn)象的利用。因此，本方法的成功與否，主要關(guān)鍵就在于LC諧振選頻電路參數(shù)的選配。當(dāng)選用不同參數(shù)的LC電路時(shí)，將出現(xiàn)以下幾種情況。
(1)/C諧振頻率大于速度脈沖信號(hào)頻率時(shí)，輸出的基本上是原邊帶有明顯火花干擾的脈沖波形，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)疊加的衰減振蕩波形。
(2)LC諧振頻率等于速度脈沖信號(hào)頻率時(shí)，輸出的是幅值****的純凈的正弦交流諧振振蕩波形。
(3)/C諧振頻率小于速度脈沖信號(hào)頻率時(shí)，LC電路有較強(qiáng)的衰減濾波作用，輸出幅值很小的脈沖波形，火花干擾脈沖也得到較大抑制。
理論上，在測(cè)速電路中自然以選用上述第二種參數(shù)為最理想。但由于批量生產(chǎn)的電機(jī)不可避免存在一些離散性，實(shí)際上要做到完全諧振是比較困難的。只能兼顧各方面的技術(shù)參數(shù)，選用略小于速度脈沖信號(hào)頻率的LC參教為好。
至于取樣選頻后電路的實(shí)現(xiàn)，測(cè)頻測(cè)周法的選用，則可根據(jù)各自對(duì)測(cè)量精度的要求再行確定。不管是應(yīng)用數(shù)字轉(zhuǎn)速表，還是采用單片機(jī)，均屬典型應(yīng)用線路。
4結(jié)語
本文介紹的直流微電機(jī)測(cè)速方法，簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)。只要將電機(jī)接上電源，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量，對(duì)電機(jī)沒有任何附加要求，其方便之處是不言自明的。同時(shí)由于抗干擾性能好，適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用，有著突出的優(yōu)點(diǎn)。
如能用簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)頻率自適應(yīng)跟蹤選頻功能，相信更能提高抗干擾功能和測(cè)量精度，會(huì)有更廣泛的應(yīng)用范圍。
參考文獻(xiàn)
1 張文海，一種測(cè)試微型直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法，無線電， 1978 (3)
2盧道英，王曉明，微型直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量的一種方法，微特電機(jī)，1985(3)
3馮欣南．電機(jī)學(xué)．機(jī)械工業(yè)出版社，1989．
陳雅文：男，1948年2月出生，工程師，從事電機(jī)測(cè)試及制造工藝等工作。
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