直流电机转速分析与测速方法

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1、技术与应用Technology&Application摘要：为提高直流电机的速度检测效率，实现规模化生产中电机速度指标的在线检测，对现有直流电机的速度检测方法进行了总结。通过对直流电机电枢电流的分析，得出电枢电流的时间响应由衰减的指数分量、直流分量和正弦分量构成，从而得出电枢电流携有正弦分量的结论，进一步推导出正弦分量与电机转速的关系，由此得到了一种根据电机电枢电流测量电机转速的方案。经在线实际测量使用，结果表明，该方案具有简单、可靠、高效的特点。关键词：直流电机；电机检测；电枢电流；电机测速中图分类号：TH862文献标识码：A文章编号：1006-883X（2015

2、）02-0012-04收稿日期：2014-12-05直流电机转速分析与测速方法庞尔江王新峰张少煌厦门大学物理与机电工程学院，福建厦门361005一、前言速测量方法。电机转速是电机最基础、最重要的参数状态指标，电机制造过程中需要及时对产品电机进行实时二、工作原理转速参数检测。测量转速的方法有离心式及光电式两直流电机工作时，电机转子经历了接近磁极和远大类，目前电机制造工厂生产线上大都采用光电式方法测量。频闪静像仪（频闪转速计）是电机生产线上最常用的转速测量仪器，其原理是利用荧光灯、LED灯及其他气体放电灯作为频闪灯发射频率可调的交变光线，频闪灯发出的光线与待测电机转速产

3、生差拍，调节频闪灯的闪光频率，当其与被测电机的转速成倍数关系时，差拍产生的效果会出现一个或者多个的静止图像，此时根据频闪光线的频率就可计算出被测电机的转速[3-4]。这种测量方法具非接触、精度高、使用灵活等优点，适用于电机检测数量不多的试验和拔取抽样检测。但这种方法的缺点也很突出，需手动调节灯源闪光频率，需配置有色线标识的测试轮，测量结果需经换算得到。因此，测量的速度和效率受到约束，不适合于规模化生产的在线连续测量。为了实现电机制造工厂在线测量，本文提出了一种利用电机电枢电流进行测量直流有刷电机的在线高传感器世界2015.0212Vol.21NO.02Total23

4、6Technology&Application技术与应用压5V，电机功率1W，空载转速3000r/m。图1(b)为通过示波器观测+5V[5]的采样电阻电压时域波形，电机电枢电流由直流分量及正弦分量组成，M图中的间断和上冲、下冲是对应于电机电刷在换向时不连续抖动产生低通带通波形CPU的结果。显然，将电枢电流的直流分量以及毛刺抖动去除，将正弦信滤波滤波变换号整形后作测量其频率或者周期，就可换算出电机的转速。[6]正弦分量频率与电机转速的关系为：PNfn=Ce（1）60其中，fn—脉冲数；Ce—系数；P—电枢线圈支路数；N—电机转速。当线圈支路数P为奇数时，Ce的取值为2

5、；当线圈支路数P为偶数时，Ce的取值为1。60fn根据（1）式，有：N=（2）PCe[7]对于被测直流电机，电枢线圈支路数是确定的，因此，测量电机电枢电流，根据电流正弦分量的频率就可得到待测电机的转速。三、检测电路图1中电流检测部分电路框图如图2所示，电路由隔直、带通通滤波、波形变换、射极跟随等部分组成。工作原理为：采样电阻采得的电流信号经电容隔离，去掉了直流分量。交流分量经带通滤波器滤波后，去掉了各种噪声，只取出电枢正弦电流分量，正弦分量经波形变换后得到对应的脉冲信号，该脉冲信号经射极跟随器隔离后作为时[8-9]间标准送出，图3为电枢电流经带通滤波器后的波形和经波

6、形变换后的波形。检测电路待测电机代表电枢电流正弦信息的脉冲信号可由CPU在一定时间内计数，然后根据（2）式计算出相应的电机转速，再经相应的显示模块将转速[4-5]显示出来。离磁极过程，电枢铁芯通过的磁通量为正弦变化，电枢稳态电流存在一个与之对应的正弦分量，通过对四、测试实验及结果分析该正弦分量的测量处理，就可测出电机转速。1、实验平台为了获得直流电机电枢电流以及测量其转速，搭为了验证直流电机速度检测方法的有效性，搭建了直流电机测速建了图1(a)实验电路。采用1.5Ω的采样电阻R与电实验平台，如图4所示。利用该平台对某公司生产的DZ300二极三槽机串联，电机供电电压为

7、直流5V，当电机进入稳定状式永磁有刷直流电机进行速度测量，电机数量150PCS，将样品电机分态后，电枢电流ia(t)经过电阻R转化为电压信号，通为三组进行测速，并用频闪速度仪进行速度同步检测比对，为了测试过对电流的采样信号进行处理分析，可得到电机转速。本检测方法的重复性，三组电机分别进行了四次重复测试。取某企业生产的直流电机作为测试样品，工作电传感器世界2015.0213Vol.21NO.02Total236技术与应用Technology&Application表1检测电路与频闪仪分组检测比对数据表第一循环（r/m）第二循环（r/m）第三循环（r/m）第四循环（