直流微電機測速新方法
陳雅文(法雷奧溫嶺汽車零部件公司 浙江317500)
1 引 言
轉速是旋轉電機中表示電機特性的主要非電物理量之一。電機中常用一分鐘內的轉數作為轉速的單位，即r／min。
測量轉速的方法雖然很多，比如離心式轉速表、閃光測速儀、光電數字轉速表等。但是它們在測量過程中都有一些附加的要求，或者需要與電機的旋轉部分緊密摩擦，如離心式轉速表。或者需要將電機固定在專門的位置上，如閃光測速儀�；蛘咝枰陔姍C的旋轉部分標上標記，如光電數字轉速表等。
因此在電機批量生產的流水線上應用，尤其對于微電機，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生產線上測速的一種方法，該方法利用了直流電機的特殊條件，從供電電流波形中提取轉速脈沖信號。對被測電機沒有任何附加要求，因而在批量生產的流水線上應用，其優點就更加突出。
2工作原理
當直流微電機工作時，電源通過電刷將直流電壓引入電樞換向器。換向器在電機旋轉過程中，將外加直流電壓和電流轉換成線圈內部的交流電勢和電流。這時將在供電電流回路中產生明顯的脈動分量，其波形如圖1所示。
二極直流電動機所產生的脈動分量頻率為：
當換向器片數K為奇數時，C=2。當換向器片數K為偶數時，C=l。
由于同一規格型號的直流電機換向器片數是固定的，因此電樞電流脈動頻率的變化就直接反映出電機轉速的變化。
例如某-2極直流微電機，轉速為2 400r/min，電樞換向器12片。根據以上公式可計算出：
3線路實現
取樣電路如圖2a所示。
取樣電路實際上是一個電流互感器，將脈動電流升壓后送人后續電路處理。
在文獻[1]和[2]中，取樣部分用在供電回路中串接電阻來實現。具體線路如圖2b所示。
用取樣電阻雖然也能達到取樣測速的目的，但存在兩大缺點：
(1)當被測電機電流較大時，在取樣電阻上產生的壓降不容忽視。它將直接影響電機端供電電壓的精度，帶來轉速誤差。當電機電流離散性較大或電流變動較大時，其影響更加突出。同時較難適應不同供電電壓和電流的電機，兼顧性差。
(2)測量系統與供電電路直接相連，隔離困難。在工廠生產現場使用時，容易引入干擾，嚴重時將根本無法進行測量。
而采用電流互感器形式，就比較容易解決上述兩個缺點。
本方法提取的是直流電機換向時所產生的脈動電沆波形。由于直流電機的換向過程是一個非常復雜的過程，牽涉到機械、電磁、電化學等各方面的因素，因此換向不產生火花可以說是不可能的。而電火花會產生雜亂無序的高頻干擾脈沖，疊加到待測有用的信號中去，造成測量的誤差。電機的供電電壓越高，產生的干擾越大。如不采用有效的抗干擾措施，將直接影響本方法對轉速測量的實現。
在本測量電路中采用了LC諧振選頻電路，諧振法是測量頻率常用方法之一，它基于振蕩系統諧振現象的利用。因此，本方法的成功與否，主要關鍵就在于LC諧振選頻電路參數的選配。當選用不同參數的LC電路時，將出現以下幾種情況。
(1)/C諧振頻率大于速度脈沖信號頻率時，輸出的基本上是原邊帶有明顯火花干擾的脈沖波形，有時還會出現疊加的衰減振蕩波形。
(2)LC諧振頻率等于速度脈沖信號頻率時，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頻率時，LC電路有較強的衰減濾波作用，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，在測速電路中自然以選用上述第二種參數為最理想。但由于批量生產的電機不可避免存在一些離散性，實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參數，選用略小于速度脈沖信號頻率的LC參教為好。
至于取樣選頻后電路的實現，測頻測周法的選用，則可根據各自對測量精度的要求再行確定。不管是應用數字轉速表，還是采用單片機，均屬典型應用線路。
4結語
本文介紹的直流微電機測速方法，簡單容易實現。只要將電機接上電源，即可實現對轉速的測量，對電機沒有任何附加要求，其方便之處是不言自明的。同時由于抗干擾性能好，適應工業生產現場使用，有著突出的優點。
如能用簡單的方法實現頻率自適應跟蹤選頻功能，相信更能提高抗干擾功能和測量精度，會有更廣泛的應用范圍。
參考文獻
1 張文海，一種測試微型直流電機轉速的方法，無線電， 1978 (3)
2盧道英，王曉明，微型直流電動機轉速測量的一種方法，微特電機，1985(3)
3馮欣南．電機學．機械工業出版社，1989．
陳雅文：男，1948年2月出生，工程師，從事電機測試及制造工藝等工作。
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