電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量的方法研究

周顯磊 金亞玲 沈陽工學(xué)院

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,越來越多的新型電機(jī)不斷研制出來。轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速是電機(jī)最重要的兩個(gè)參數(shù),要合理地選用電機(jī),必須要準(zhǔn)確地對(duì)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量。在以往的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速測量中,通常將電機(jī)與傳感器和負(fù)載直接連接起來,這種方法構(gòu)成的電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀具有結(jié)構(gòu)簡單,測量平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。

1. 轉(zhuǎn)速表(儀)的種類

1.1 離心式轉(zhuǎn)速表

離心式轉(zhuǎn)速表由傳動(dòng)部分、機(jī)心和指示器三部分組成。離心式轉(zhuǎn)速表是根據(jù)角速度與慣性離心力的非線性關(guān)系制成的。當(dāng)轉(zhuǎn)速表軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),離心器上重錘在慣性離心力的作用下離開軸心,并通過傳動(dòng)裝置帶動(dòng)表針轉(zhuǎn)動(dòng)。軸的轉(zhuǎn)速根據(jù)指針在慣性離心力和彈簧彈性力平衡時(shí)指示的位置來確定。

1.2 定時(shí)式轉(zhuǎn)速表;

定時(shí)式轉(zhuǎn)速表是一種精密的機(jī)械式轉(zhuǎn)速表。這種轉(zhuǎn)速表是按照在一定時(shí)間間隔內(nèi)測量旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)數(shù)的方法,確定轉(zhuǎn)速的平均值,并由指針在表盤上直接指示被測轉(zhuǎn)速值.

1.3 電動(dòng)式轉(zhuǎn)速表;

電動(dòng)式轉(zhuǎn)速表帶有直流發(fā)電機(jī)或交流發(fā)電機(jī),其工作原理是當(dāng)發(fā)電機(jī)的磁通一定時(shí)電動(dòng)勢e正比于轉(zhuǎn)速n。

其他方法有：振動(dòng)式轉(zhuǎn)速表、磁感應(yīng)式轉(zhuǎn)速表、頻閃式轉(zhuǎn)速表、電子計(jì)數(shù)式轉(zhuǎn)速表、自動(dòng)記錄式轉(zhuǎn)速測量儀等。

2.光電數(shù)字測速

光電數(shù)字測速是通過轉(zhuǎn)速傳感器將光電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c轉(zhuǎn)速有關(guān)的電信號(hào),從而測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速表是由光電轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀兩部分組成。光電轉(zhuǎn)速傳感器分為投射式和反射式兩種 ,可知它是把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)輸出,供轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀計(jì)數(shù)。

3.頻閃測量轉(zhuǎn)速

頻閃測量轉(zhuǎn)速是基于頻閃原理。它的特點(diǎn)是利用頻閃像直接測量轉(zhuǎn)速,既不需要與被測物接觸,也不需要轉(zhuǎn)速傳感器。它具有使用方便、量程寬、精度高等特點(diǎn)。

（1）頻閃測速原理

頻閃原理,即頻閃效應(yīng)原理,頻閃效應(yīng)就是物體在人的視野中存在時(shí)間暫存而形成的種現(xiàn)象,暫存的時(shí)間為(1/15-1/20)s。倘若被測旋轉(zhuǎn)體帶動(dòng)頻閃盤轉(zhuǎn)速為f,對(duì)照旋轉(zhuǎn)頻閃盤的頻閃燈閃光頻率為f,當(dāng)轉(zhuǎn)速等于閃光頻率,即f=f0時(shí),會(huì)出現(xiàn)頻閃盤靜止不動(dòng)的視覺效果。當(dāng)被測轉(zhuǎn)速超過閃光頻率f0,即f=KG0時(shí),頻閃像靜止不動(dòng),K為頻閃盤轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)。當(dāng)閃光頻率f超過轉(zhuǎn)速m倍時(shí),則在頻閃盤上將出現(xiàn)m個(gè)頻閃像,這時(shí)f=(1/m)fa閃像處于靜止不動(dòng)。

當(dāng)頻閃盤上不是一個(gè)記號(hào),而是兩個(gè)記號(hào),并均勻分布在同一個(gè)同心圓周上時(shí),如果在兩光的時(shí)間間隔內(nèi),頻閃盤轉(zhuǎn)過一個(gè)記號(hào)的間距,則頻閃像呈現(xiàn)不動(dòng)狀態(tài),這時(shí)f=(1/Z)等。綜合上述關(guān)系式,則有f=Kf0/mZ或n=Kn0/mZ。

（2）數(shù)字式閃光測速儀。

4. 激光測量轉(zhuǎn)速

激光測量轉(zhuǎn)速也是一種非接觸式轉(zhuǎn)速測量,它與光電和頻閃數(shù)字測速相比,具有三大優(yōu)點(diǎn)。

（1）非接觸式工作距離可遠(yuǎn)達(dá)10ml。

（2）當(dāng)被測物體除旋轉(zhuǎn)外,還在振動(dòng)或回轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)時(shí),只有激光測速才能測量這些處于特殊狀態(tài)物體的轉(zhuǎn)速;而且操作簡單,讀數(shù)可靠。

（3）抗干擾能力強(qiáng)。當(dāng)工作環(huán)境存在雜光干擾或振動(dòng)時(shí),仍能正常測量,可以測量搖頭回轉(zhuǎn)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,還可以測量水下旋轉(zhuǎn)的螺旋槳轉(zhuǎn)速。

5. 電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的測量

測量電機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速,也即測量轉(zhuǎn)速變化曲線,測量電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的原理和方法是多種多樣的。只需電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化足以能引起其他電機(jī)的物理量的明顯改變,就可以直接或間接地測量電動(dòng)機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。

6.轉(zhuǎn)差率的測量

（1）常用測量方法：用測速法計(jì)算轉(zhuǎn)差率、用頻閃法計(jì)算轉(zhuǎn)差率、測量異步電機(jī)轉(zhuǎn)子電流頻率計(jì)算轉(zhuǎn)差率，感應(yīng)線圈法和直接法。

（2）數(shù)字式轉(zhuǎn)差率測量儀。

7.電動(dòng)機(jī)離心開關(guān)斷開轉(zhuǎn)速的測量

（1）硬件

硬件引起的誤差有幾個(gè)方面,其中最主要的是光電轉(zhuǎn)速傳感器帶來的誤差。傳感器不管采用何種加工方法,都不能保證齒盤各齒沿圓周分布是絕對(duì)均勻的,故必然帶來系統(tǒng)誤差,為此必須選用精度較高的光電轉(zhuǎn)速傳感器。

（2）軟件

除了盡可能減少硬件誤差外,利用軟件也可彌補(bǔ)硬件之不足,采用的方法是:自動(dòng)齒數(shù)變換法。斷開轉(zhuǎn)速為瞬時(shí)轉(zhuǎn)速,在實(shí)際測量時(shí)是無法測得瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的,只能以短時(shí)間內(nèi)的平均轉(zhuǎn)速來近似,采用光電測速、定角測時(shí)法,光電碼盤齒數(shù)越多,越接近瞬時(shí)轉(zhuǎn)速。不過齒數(shù)過多反而不好,這是因?yàn)閷?duì)于任何機(jī)械加工的碼盤,齒數(shù)不是絕對(duì)均勻的。在角度誤差一定時(shí),齒數(shù)越多,計(jì)時(shí)間隔越短,相對(duì)誤差越大。

8 結(jié)論

經(jīng)用戶的長期使用證明，測量儀具有工作穩(wěn)定，測量精度高等特點(diǎn)，說明電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量方法的分析正確，傳感器選擇得當(dāng)。