基于電流頻譜的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試儀

武劍鋒

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院無(wú)錫分院，無(wú)錫 214071）

1 轉(zhuǎn)速辨識(shí)原理

隨著電機(jī)在社會(huì)各方面使用越來(lái)越廣，關(guān)于電機(jī)轉(zhuǎn)速方面的測(cè)試也越來(lái)越急需，這里我們針對(duì)一種基于頻譜識(shí)別的方式研究的轉(zhuǎn)速測(cè)試儀。這里介紹的方法測(cè)試相關(guān)電流分量來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的速度。對(duì)稱(chēng)的三相交流電施加到定子繞組上時(shí)，電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生相關(guān)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。閉合的轉(zhuǎn)子繞組線(xiàn)圈在定子繞組的作用下利用旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并切斷磁感應(yīng)線(xiàn)，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，這是磁電過(guò)程。載流導(dǎo)體通過(guò)磁場(chǎng)中的電磁力旋轉(zhuǎn)。于此，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，帶電的轉(zhuǎn)子繞組也會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。定子繞組由轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場(chǎng)改變，以產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電流，這里的電流與轉(zhuǎn)子速度有關(guān)，相關(guān)的設(shè)計(jì)流程圖如以下所示。

圖1 轉(zhuǎn)速辨識(shí)原理圖

2 基于電流頻譜的轉(zhuǎn)速測(cè)試算法

利用基于轉(zhuǎn)子頻率的定子電流頻譜分析方法。該法由以下七部分組成：相關(guān)I（電流）數(shù)據(jù)采集，相關(guān)I（電流）解調(diào)，頻譜分析生成，頻譜細(xì)化生成，頻譜校正生成，相關(guān)頻率搜索以及最終速度計(jì)算。技術(shù)路線(xiàn)設(shè)計(jì)流程如下圖2。

3 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一塊基于STM32F407VET 的高速采集板卡，采用6路差分放大電路對(duì)電流和電壓進(jìn)行采集，可以很好的抑制外界信號(hào)的干擾和溫度變化產(chǎn)生信號(hào)的偏差。采用最先進(jìn)的20位AD 采樣芯片AD7609對(duì)電壓和電流值進(jìn)行采樣并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信號(hào)傳給CPU 芯片STM32F407VET 進(jìn)行計(jì)算和數(shù)字信號(hào)處理，最后通過(guò)USB 高速傳輸芯片USB3300將經(jīng)過(guò)CPU 處理過(guò)的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)進(jìn)行計(jì)算分析。

4 系統(tǒng)測(cè)試分析比較

測(cè)試采用自主研制便攜式電機(jī)轉(zhuǎn)速儀與國(guó)家橋門(mén)式起重機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的電機(jī)綜合性能測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，來(lái)驗(yàn)證便攜式電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)試儀測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。被測(cè)電機(jī)的銘牌參數(shù)如表1所示：

在試驗(yàn)過(guò)程中采用控制負(fù)載電動(dòng)機(jī)的負(fù)載數(shù)據(jù)，可以按順序設(shè)置負(fù)載系數(shù)倍數(shù)為1.25倍、1倍、0.75倍、0.5倍和0.25倍，然后對(duì)以上幾種工況下的電機(jī)相關(guān)轉(zhuǎn)速進(jìn)行在線(xiàn)的辨識(shí)。所得測(cè)試結(jié)果經(jīng)計(jì)算分析如下表呈現(xiàn)。

圖2 轉(zhuǎn)速辨識(shí)算法流程圖

表1 被測(cè)電機(jī)銘牌參數(shù)

表2 電機(jī)轉(zhuǎn)速辨識(shí)結(jié)果分析

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)表1的測(cè)試數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，本測(cè)試儀的轉(zhuǎn)速辨識(shí)算法辨識(shí)精度很高，在電機(jī)各工況下均適用，轉(zhuǎn)速誤差均能在1.5r/min以?xún)?nèi)。說(shuō)明電機(jī)轉(zhuǎn)速是直接通過(guò)轉(zhuǎn)子的頻率得到的，只要進(jìn)行準(zhǔn)確的頻譜分析即能得到準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速值。