小功率电动机高精度数显机械功率测试仪的研制.pdf

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1、安徽农业大学学报200027(3D:282~284JournalofAnhuiAgriculturaluniversity小功率电动机高精度数显机械功率测试仪的研制D朱张青(安徽农业大学农业工程系合肥230036D摘要:本文详细介绍了一种采用现代传感技术与电子技术综合测量电动机或其他动力机械输出机械功率仪的研制阐述了测试仪的原理及特点O关键词:机械功率9测试仪9转矩9转速中图分类号:TM306文献标识码:A文章编号:1000-2197(2000D03-0282-03电动机或其他动力机械输出机械功率的准确测定是工农业生产和科学实验中极其重

2、要的环节这不仅能准确判断电动机的工作效率和生产机械的工作效率而且能在系统设备配置判断上起到重要作用[1]从而为工农业生产决策和科学实验准确性提供保证O测量机械功率主要测量两个基本量即转动力矩和转速机械功率即为二者的乘积转速的测量近几年发展较快准确性也较高而转矩的精确测量是最为困难的较为常用的方法是利用测功机的M-I曲线(即电磁转矩对电流的工作特性D通过测得加载电流大小来模拟求得对应的转矩但是这样测得的转矩精度低不仅受特性本身线性度的限制而且受电机转速的影响总是不够理想O本测试仪在采用光电对管作传感器来准确测量电动机转速的同时对于目前常用

3、的涡流式测功机转变思路分析一种利用作用力与反作用力大小相等的原理通过直接测得其电磁力以求得其输出转矩的方法然后将二者相乘通过数显电路显示出数据O1总体设计1.1测试仪原理~测功机结构及测量原理本测试仪的原理框图如图1所示O框图指示为交流电动机测量O本测试仪采用涡流式测功电机测量电磁转矩其定子~转子均设计为可旋转式结构定子绕组通以直流电产生一静止磁场转子绕组与普通的单相电机转子相同只是为了获得较好转矩特性其鼠笼采用电阻率较大的材料其结构简图及作用力图如图2所示O测功机转子在被测电动机拖动下沿顺时针方向与被测电机同速旋转转子绕组切割磁场中的

4、磁力线便会形成一制动力F=F方向与转速反向由牛顿第三定律作用力与反作用力相等~方向相反1+F2图1原理框图图2测功机结构Figure1PrinciplestructureFigure2StructureofmeasuretorguemotorD收稿日期:1999-11-08作者简介:朱张青(1968-D男讲师O#$卷!期朱张青小功率电动机高精度数显机械功率测试仪的研制#"!24安徽农业大学学报2OOO年的原理.其定子将受到大小相等的反作用力F/=F.方向与转速相同.在一定转速下.If+-If+-F=F/f+-Memf+.由于压力传感器拉

5、力作用.测功机定子在工作过程中静止.则可以通过压力传感电路方便地测得作用于定子上的作用力F/.进而求得作用于定子上转矩M/.也即可求出被测电动机电磁转矩Mem(Mem正比于M/DO1-2电原理图(图3D及电路分析1-2-1转速测量电路主要由光电对管.A1~A2运算放大器及N7412A集成元件组成.光电对管装于一个探头内.一个为发射管.一个为接收管.安装固定于定子机座上.通过在被测电动机转轴上粘贴的锡泊纸的反光原理.将电动机转速信号转变为电脉冲信号.其频率即为电动机转子转速.A运算放大器起1整形作用.将光电对管耦合来的信号整形.而N741

6、2A和A配合组成频率/电压转换电路.将频率信号2转化为一对应稳定电压信号输出[3.其中RW2为调零校准电位器O1-2-2转矩测量由原理图虚线框中所示力传感器输出信号送入运算放大器A3放大后.再输入乘法电路.RW对输出信号起分压作用.可以通过它来核准输出电压.由于压力传感器本身存在静态偏差.特4设计一路由RW和R电源组成的转矩校零电路.通过调节RW获得需校准的信号以抵消压力传73O.5V7感器固有的静态偏差.使转矩测量精度提高O1-2-3功率测量及显示功率信号Up由转矩信号Um和转速信号Un经乘法电路运算放大后获得.图中A组成一个乘法电路

7、.输出经RW分压后输入显示电路.同时RW也可作校准调节O4~A5~A6~A766显示电路是由71O7A/D转换集成块.直接驱动显示LED(共阴接法D显示功率数.71O7芯片具有转换误差小(总误差小于1个字D.输入阻抗高(约为1O1OSD.信号损失小.功耗低(5V电源时.功耗低于15mWD.整片组装方便的特点.显示稳定性高[2O1-3系统测量精度分析本测功仪测量精度主要取决于转矩测量精度.因转速测量电路采用光电耦合方式.灵敏度极高.误差极小O而功率输出精度取决于转速精度与转矩精度的乘积O而转矩精度又主要取决于两个方面.一是压力传感器的线性

8、度.另一个是测功机电机的静摩擦转矩.在标称范围内.压力传感器线性误差O-3.一般可以不作考虑[2.而测功电机的静摩擦转矩可以通过测量后的电路环节予以修正.只要其重复性良好.经修正后转矩具有相当高的精度.从而