一种测试微型直流电机转速的方法

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测电机转速,一般常用光电转换法,将机械转速变换成电脉冲信号。这里介绍一种用电机电流形成转速脉冲的测速方法,用来测试微型直流电机(低压直流电机)的转速,较为简便。

图1
图1 🔍原图 (1216×421)

直流电机的换向器,是由换向片和绝缘片相间组成的圆周面。一般微型直流电机,有两个电刷,三个或五个换向片。当电机转动时,电刷就交替在换向片、绝缘片上滑动。在每一交替瞬间,电刷都要搭在两换向片间,造成电枢绕组的一个元件短路,因而引起电枢电流的脉动,其脉动频率f\(_{n}\)与换向片数k、转速n成正比。因为换向片数是奇数,两个电刷在换向器上滑动时,不会同时、而总是交替地短路电枢绕组元件。这样,电机每转一周,电流的脉动次数就为换向片数的二倍,用公式表示:脉动频率fn=\(\frac{2kn}{60}\)。一台电机的换向器片数是固定的,因此电枢电流脉动频率的变化就反映出电机转速的变化。利用这个特点,我们用图中的电路可以测试微型直流电机的转速。图中R\(_{1}\)为取样电阻,把它串接在电枢回路内,使脉动的电枢电流在R1上产生一个脉动电压信号,经两级交流放大后脉动的电压信号达到上下削顶,再经两级脉冲放大形成较规则的方波,称为转速脉冲。将这个转速脉冲送入数字式测速仪计数,就可间接、准确地测出电机转速。图中的元件数值是为一种永磁直流伺服电机测速设计的。电机的电压为27伏,空载电流≤0.1安,空载转速≈15000转/分,换向片为5片。根据公式f\(_{n}\)=2kn;60,算出fn=2×5×1500060=2500赫。如果数字式测速仪的闸门时间为1秒,计数就应为2500;如果闸门时间取快为0.1秒,计数就应为250。

电机的换向器虽经精磨,但电刷在上面滑动时,仍会产生机械性脉动,此外电机换向时,还会产生火花,图中的C\(_{1}\)、C3、C\(_{5}\)、C7、C\(_{9}\)就是为这些高频杂乱信号提供旁路,不让它们窜到测速仪内,以免造成计数不准确。

取样电阻R\(_{1}\)是串接在电机回路里的,应用载流量较大的康铜丝制作,并且应焊牢,如果R1虚焊或脱焊,电机的全电压将加在BG\(_{1}\)的be结上,造成be结击穿。线路的其它元件要求不严,可根据具体情况,作适当调整。

最后说明一点:电枢电流包括脉动分量和直流分量两部分,R\(_{1}\)取出的电压信号也包括这两部分。前两级设计成交流放大器,目的是只放大有用的脉动部分,并能使BG1、BG\(_{2}\)有较大的动态电阻,转速信号在这里得到足够的放大。否则,这两级直接采用脉冲放大,不但输出幅度太低,而且对直流分量较大的电机,转速信号有被吞掉的可能。(张文海)