高精度單相電機(jī)斷開轉(zhuǎn)速自動測試儀
劉志珍（西安交通大學(xué)710049）
1 引 言
單相電機(jī)斷開轉(zhuǎn)速被國家標(biāo)準(zhǔn)列為出廠試驗(yàn)必備項(xiàng)目，該項(xiàng)性能達(dá)不到要求將嚴(yán)重影響起動繞組的壽命，最終導(dǎo)致電機(jī)燒毀，造成直接經(jīng)濟(jì)損失。目前廠家測量單相電容起動離心開關(guān)斷開轉(zhuǎn)速的方法主要有兩種：一種是記錄儀法，該法只能從曲線上大致估算斷開轉(zhuǎn)速的范圍，誤差達(dá)200～300r/min，甚至更高；另一種是原動機(jī)拖動法，此法可用轉(zhuǎn)速表讀出斷開轉(zhuǎn)速的實(shí)測值，誤差較小，但原動機(jī)和被試電機(jī)之間需機(jī)械聯(lián)軸，這是一項(xiàng)即費(fèi)時又麻煩的工作，故此法僅局限于實(shí)驗(yàn)室非批量檢驗(yàn)使用，無法應(yīng)用于生產(chǎn)企業(yè)出廠試驗(yàn)大批量快速檢測，因此有必要研制一種精度較高自為快速測試斷開轉(zhuǎn)速的儀器。
上海電器科學(xué)研究所于1990年底研制了單相電機(jī)斷開轉(zhuǎn)速測量儀，通過檢測與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號，經(jīng)峰值采樣，模數(shù)轉(zhuǎn)換，顯示電機(jī)斷開轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速的百分比，該儀器的測量精度為土百分之5。文獻(xiàn)2只對微機(jī)測試瞬時轉(zhuǎn)速進(jìn)行了討論，提出了一些方法，但并未提及斷開轉(zhuǎn)速具體的測量精度及范圍。本文介紹的測量儀具有測量精度高、時間短、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。
2原理
原動機(jī)拖動法之所以比較準(zhǔn)確，是因?yàn)樗龅奖辉囯姍C(jī)緩慢升速，而它之所以無法用于批量檢驗(yàn)，是因?yàn)樗枰?lián)軸。而本測量儀應(yīng)用交流調(diào)速技術(shù)，控制被試電機(jī)轉(zhuǎn)速做到均勻緩慢升速，同時又省去機(jī)械聯(lián)軸，在離心開關(guān)斷開瞬間給出突變信號，記錄此時的轉(zhuǎn)速，即斷開轉(zhuǎn)速。
采用vvvf交流調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)被試電機(jī)均勻緩慢升速，逆變器輸出的電源頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，這樣利用單片機(jī)跟蹤頻率變化，采樣處理電路在離心開關(guān)斷開時給出突變信號，引發(fā)單片機(jī)產(chǎn)生中斷，記錄此瞬間的頻率值，然后通過換算得出轉(zhuǎn)速值，發(fā)送顯示，超差時報警，這樣巧妙地省去了轉(zhuǎn)速表及操作，使自動化程序再一步得到提高。當(dāng)然，該測試儀仍備有外接轉(zhuǎn)速表功能，以備用戶選用，其電路框圖如圖1所示。
3技術(shù)特征
單相電機(jī)斷開轉(zhuǎn)速自動測試儀把速度控制與速度測試溶于一體。在調(diào)速的同時測速，并且速度控制與速度測量都實(shí)現(xiàn)了自動化、智能化。
3.1選取日本富士e7s逆變器作核心調(diào)速器件，實(shí)現(xiàn)高精度控制及調(diào)速過程自動化
e7s系統(tǒng)逆變器，其頻率輸出精度可高達(dá)±百分之0.01，頻率范圍為0～400hz，可以任意設(shè)定線性加速時間，并有完善的端子控制功能，且具有體積小的顯著優(yōu)點(diǎn)。因此選用e7s逆變器保證了儀器的測量精度及操作的自動化。
3.2選取8031單片機(jī)作為控制與測量的核心部件，使儀器智能化
考慮到儀器要實(shí)現(xiàn)控制與測量雙重功能，故選擇8031單片機(jī)作為核心電路部件，這樣即能實(shí)現(xiàn)與e7s逆變器的方便接口，又能保證儀表的自動測量功能及快速響應(yīng)能力。另外，儀器還具有鍵盤輸入，數(shù)顯輸出功能，使儀器具備智能化特征。
3.3 斷開信號采樣電路選用霍爾元件，使采樣快速準(zhǔn)確
選取霍爾效應(yīng)電流傳感器模塊作為斷開信號采樣電路核心元件，采樣快速準(zhǔn)確。用e7s逆變器控制被試電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，繞組中的電流實(shí)際上是pwm脈寬調(diào)制波，為了取得離心開關(guān)斷開時電流突變信號并能為8031識別，使用霍爾效應(yīng)電流傳感器作電流量到模擬量之間的轉(zhuǎn)換器速度為ns級，模擬信號量經(jīng)整流再經(jīng)過比較，變換為開關(guān)量可以直接向8031單片機(jī)申請中斷。采樣電路框圖見圖1中虛線內(nèi)部分。
3.4實(shí)時測量，計算處理軟件化
因采用了8031單片機(jī)，實(shí)時測量及計算處理全部軟件化，單片機(jī)上電復(fù)位后，進(jìn)行初始化處理。初始化完成后，等待鍵盤輸入電機(jī)極數(shù)數(shù)據(jù)，一旦逆變器的加速開關(guān)閉合，隨即轉(zhuǎn)入imin延時程序，在這期間若某時刻離心開關(guān)斷開，那么中斷信號立即引發(fā)單片機(jī)外部中斷，測量該時刻的逆變器輸出頻率之后返回主程序，進(jìn)行一系列計算處理，imin延時結(jié)束后，單片機(jī)發(fā)送顯示數(shù)據(jù)，若超差則報警指示，這樣就實(shí)現(xiàn)了整個控制過程及測量計算實(shí)時軟件化。
3.5 多處采取抗干擾措施
為提高儀器的抗干擾能力，增加可靠性，采取一系列抗干擾措施，硬件方面8031單片機(jī)的復(fù)位采用上電復(fù)位電路。軟件方面，為提高8031各端口對外部信號的準(zhǔn)確性識別，程序中多處采取軟件濾波措施， |
