永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

李珊 盧強(qiáng)

摘 要：由于新型永磁材料的不斷生產(chǎn)和應(yīng)用，永磁直流電機(jī)越來(lái)越多地應(yīng)用于各行各業(yè)。帶有永磁體的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)用作低速控制系統(tǒng)中的反饋或速度穩(wěn)定元件。除具有常規(guī)測(cè)速發(fā)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單緊湊、反饋靈敏度高、低速精度高、輸出斜率大、線性誤差小、可靠性好、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。介紹了帶有永磁體的直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的主要特性，詳細(xì)分析了測(cè)速機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的組成，最后還闡述了永磁直流發(fā)電機(jī)自動(dòng)測(cè)試及結(jié)果。

關(guān)鍵詞：永磁;測(cè)速發(fā)電機(jī);自動(dòng)測(cè)試

永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)是一種速度信號(hào)檢測(cè)元件，將輸入的行駛速度轉(zhuǎn)換為電輸出信號(hào)。永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)具有輸出斜率大、線性誤差小、無(wú)位置輸出電壓、無(wú)相位誤差、對(duì)負(fù)載特性無(wú)影響等優(yōu)點(diǎn)，精度具有可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，作為主要反饋元件之一，因此廣泛應(yīng)用于慣導(dǎo)穩(wěn)定平臺(tái)、雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、陀螺儀試驗(yàn)臺(tái)穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)、單晶爐低速直驅(qū)伺服系統(tǒng)等。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)正朝著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。

1永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)

永磁直流測(cè)速發(fā)電機(jī)在電氣性能方面必須滿足以下要求：

（1）輸出電壓與速度成線性關(guān)系。

（2）輸出特性的陡度大，即靈敏度高。

（3）溫度變化對(duì)輸出性能的影響小。

（4）輸出電壓紋波小。

（5）正向和反向的輸出特性必須一致。

2自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)的組成

2.1控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1.1最小的單片機(jī)系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用飛思卡爾極小的K60主板，主要由主芯片、復(fù)位電路、晶振電路、I/O口等組成，引腳多，功能模塊齊全。最小系統(tǒng)基本完成了各種外部數(shù)據(jù)的采集，并根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的處理和數(shù)據(jù)顯示，發(fā)出可以改變占空比的PWM波，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

2.1.2配電

設(shè)計(jì)了各種直流電源模塊，以滿足實(shí)驗(yàn)配電系統(tǒng)的要求。開(kāi)關(guān)電源將220V交流輸入轉(zhuǎn)換成36V直流給電機(jī)供電;LM2576穩(wěn)壓IC將36V轉(zhuǎn)換為5V，為串口LCD和控制板的部分電路提供5V電源;TPS76833穩(wěn)壓IC將5V轉(zhuǎn)換為3.3V，為主板和K60控制板上的部分電路提供3.3V電源;電源轉(zhuǎn)換ICBO512S將5V轉(zhuǎn)換為12V，為驅(qū)動(dòng)電路提供12V的導(dǎo)通電壓。

2.1.3電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路由TLP512-4光電解耦電路、MC33883門(mén)控IC和H橋控制電路組成。本設(shè)計(jì)采用MC33883柵極驅(qū)動(dòng)IC和4個(gè)相同的IRF1404N溝道功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管組成H橋，具有更好的性能和可靠性，同時(shí)具有更高的驅(qū)動(dòng)電流。

2.2控制系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)

2.2.1測(cè)速程序

系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)速由反饋元件即直流測(cè)速電機(jī)決定，首先采集測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓，然后按比例關(guān)系轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。

2.2.2連續(xù)調(diào)速程序

為保證負(fù)載變化時(shí)系統(tǒng)的輸出速度不發(fā)生變化，需要增加速度環(huán)，形成閉環(huán)系統(tǒng)。為提高控制效果，本文采用分段控制方法，即在不同時(shí)間段應(yīng)用不同的比例因子。偏差大時(shí)，比例關(guān)系要強(qiáng)，才能快速減小誤差;但是縱橫比太大會(huì)引起系統(tǒng)振蕩，所以當(dāng)偏差較小時(shí)，降低縱橫比以保持系統(tǒng)穩(wěn)定。

2.2.3電流檢測(cè)程序

電流檢測(cè)模塊旨在提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備的可靠性和安全性，防止電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間堵轉(zhuǎn)，繞組電流過(guò)大，燒毀電機(jī)。ACS712電流傳感器用于形成電流檢測(cè)模塊，該模塊以菊花鏈形式連接到電路作為系統(tǒng)電流回路。當(dāng)檢測(cè)到電機(jī)繞組電流超過(guò)一定范圍并保持一定時(shí)間時(shí)，PWM占空比設(shè)置為0，電機(jī)停止運(yùn)行，保護(hù)電機(jī)不受損壞。使用時(shí)，電路中一端的兩個(gè)引腳串聯(lián)，另一端的引腳輸出與電流成正比的AD值。程序?qū)⒍〞r(shí)中斷設(shè)置為5ms，進(jìn)入定時(shí)中斷實(shí)用程序，一到5ms就讀取當(dāng)前值A(chǔ)D，經(jīng)過(guò)平均濾波后，按比例得到實(shí)際電流大小。

2.3自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)搭建

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由數(shù)字萬(wàn)用表、濾波電路、變頻器、三相異步電機(jī)、計(jì)算機(jī)、控制系統(tǒng)、打印機(jī)等組成。被測(cè)電機(jī)與三相異步電機(jī)同軸連接。變頻器、控制系統(tǒng)與三相異步電機(jī)組成恒速驅(qū)動(dòng)單元。計(jì)算機(jī)向變頻器發(fā)出指令，控制系統(tǒng)控制變頻器以定速驅(qū)動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)速機(jī)，數(shù)字多用表輸出電壓，通訊口將數(shù)據(jù)傳回計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)采樣和自動(dòng)檢測(cè)。

電腦分為一級(jí)界面跟二級(jí)界面。一級(jí)界面按測(cè)速機(jī)給定要求進(jìn)行轉(zhuǎn)速范圍進(jìn)行編程，通過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)置來(lái)調(diào)速，例如600r/min、1200min、1800min、2400min、3000min。依次轉(zhuǎn)速?gòu)牡偷礁唑?qū)動(dòng)，正反方向測(cè)試。二級(jí)界進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，穩(wěn)速驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)到給定轉(zhuǎn)速，數(shù)字多用表數(shù)據(jù)穩(wěn)定后3s進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，采樣數(shù)據(jù)采集到excel對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速后，excel表格設(shè)定好公式，數(shù)據(jù)采集完成后直接計(jì)算出結(jié)果，記錄保存并由打印機(jī)輸出測(cè)試結(jié)果。

結(jié)束語(yǔ)：

本測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)化測(cè)試工作流程，減少測(cè)試人員配比，電子化記錄輸出減少了后期大量記錄計(jì)算處理。尤其大批量電機(jī)測(cè)試，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)顯著，測(cè)試效率高，操作簡(jiǎn)單，時(shí)效性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益好。測(cè)速機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)際中應(yīng)用效果良好，滿足各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)試應(yīng)用。

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