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1、第14卷第2期山东建筑工程学院学报Vol.14No.21999年6月JOURNALOFSHANDONGINSTITUTEOFARCH.ANDENG.June1999文章编号:100325990(1999)0220076204电机机械特性测试实验的改进11张运楚;李全民(11山东建筑工程学院自动化系,山东济南250014)摘要:利用现代测试技术对传统电机机械特性测试实验进行了改进。采用了简便可靠的工程方法测取电机转速、转矩等参数,并利用计算机进行数据在线处理和参数显示,提高了实验测试精度。关键词:电机机械特性;转速;转距;单片机
2、;AöD转换中图分类号:TH823文献标识码:A电机机械特性实验是我系自动化专业课程中一门传统实验课,因实验室设置较早,所采用的测试仪器和手段都比较落后,且是静态测试,很难对电机的动态过程进行全面的直接测试。由于各类电机是生产过程及自动化装置中重要的动力和执行部件,对其动、静态特性的全面认识非常重要,同时这种测试手段应尽可能成为后续课程电机控制技术的组成部分。基于上述认识,我们设计了一台电机机械特性测试仪,实现了对电机机械特性的自动测试。1电机机械特性测试仪的原理及硬件结构系统CPU采用AT89C51,12M晶振,电机转速检测
3、采用计取与电机联轴的光电脉冲发生器输出脉冲数,经单片机运算后得到转速数字值。通过光电敏感元件测量电机轴向间距为L的任意两截面间所产生的相对扭转角,实现转矩测量目的。电压和电流经取样、滤波电路,转变为0～5VDC的直图1电机机械特性综合测试仪原理框图流电压,再由8位AöD转换器ADC0809转换为数字量,经单片机读取计算得到相应的电压或电流值。所有的测量结果可由点阵式液晶(LCD)分两行显示,测量功能可通过功能键设定。系统还扩展了32KRAM62256用于采集数据的存诸,并提供了与PC机串行通讯的RS—232接口,以实现采集数据
4、的自动处理和保存。系统的原理框图如图1所示。111电机转速的测量电机转速的测量常采用测速发电机和旋转编码器,由于旋转编码器输出频率与转速成正收稿日期:1998212217作者简介:张运楚(19682),男,山东曹县人,山东建筑工程学院自动化系讲师,硕士,主要从事工业过程自动化研究1第2期张运楚等:电机机械特性测试实验的改进77比的脉冲,易于计算机处理,所以我们采用光电旋转编码器利用MöT法实现电机测速。MöT法的测速原理是,与电机联轴的光码盘每转一圈输出的脉冲数一定,随着电机转速的变化输出脉冲频率也变化,且与转速成正比,测量出
5、脉冲频率,通过软件计算就能得到转速。设电机转速为n,每转一圈光码盘发出K个脉冲,设定一个频率为f0的高频基准脉冲,在采样周期T(ms)内利用计数器对基准脉冲和编码器输出脉冲分别计数,若采样到的基准脉冲个数为N个,编码器输出脉冲为M个,则有:NM==Tf0Kõn电机转速为:Mõf0Mõf0n=(rös)=60×(römin)KõNKõN从上式可见,测量结果与采样时间无关,这样就减小了采样定时不精确所造成的测量误差。本仪器中,我们选f0=2MHz,K=1024,采样时间T=5ms。采样获取M、N值后,经过简单计算就可得到比较精确的
6、测量结果。光电测速硬件电路如图2所示。可编程计数器8253中的两个计数器分别对基准高频脉冲和光电编码器输出脉冲进行计数,D触发器F1用来使基准高频脉冲的计数与光电编码器输出脉冲同步,由于8253为负沿计数,故加入反相器G。AT89C51的P116端给出启动测速和停止测速信号,P115用于D触发器复位。单片机AT89C51中的定时器1每隔5ms中断一次,在中断服务程序中,完成对8253计数初值的预置、启动计数、停止计数、计数值M和N的读取并计算出相应的电机转速送显或保存。图2光电测速电路图3轴体在扭矩作用下的扭转角112电机转矩
7、的测量电机转轴转矩的测量方法很多,如应变式、压磁式等,上述两种方法的传感器较为复杂,信号处理难度大。我们在仪器中采用了光电式转矩测量方案。如图3所示,轴体在受到扭矩M作用下,沿轴向相距为L的任意两截面间会产生相对扭转角<,扭转角可根据材料力学的理论计算出来,为MõL<=GõI式中:G为轴体材料的剪切弹性模量;I为轴截面的极惯性矩。由上式可见,扭转角<与扭矩M成正比,如能测出扭转角<,即可知轴体上所受的扭矩,利用这种原理,我们设计了转矩的光电测量方案,如图1所示。在电机轴间距为L的两圆柱面上,设置等分黑白相间的反射环且轴向一致,
8、由反射光束经光电管A和B得到两组脉冲波A和B。当转轴受扭矩M作用时,其扭转变形使两反射环之间错过一个角度<,脉冲波A和B便产生了相位差H,H与<成正比。脉冲A和B整形后相异或得到脉冲波C,C送到INT0和P1.778山东建筑工程学院学报1999年控制单片机内部计数器T0对脉冲
