汽車用永磁直流電動(dòng)機(jī)
的微機(jī)測(cè)試
郭慶吉 社靜秋 (哈爾濱工業(yè)大學(xué))
引 言
永磁直流電動(dòng)機(jī)的特性測(cè)量在電機(jī)的基礎(chǔ)理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐中占有重要的地位。隨著永磁直流電動(dòng)機(jī)品種的增加，性能指標(biāo)要求的提高，測(cè)量技術(shù)向著快速、準(zhǔn)確及智能化測(cè)量方向發(fā)展。em-mcs-5l型永磁直流電動(dòng)機(jī)微機(jī)測(cè)試儀正是適應(yīng)這種要求而研制成功的，現(xiàn)已交付使用。電機(jī)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展與電機(jī)工業(yè)的發(fā)展是密切相關(guān)的，在七十年代以前，電機(jī)測(cè)試方法多采用傳統(tǒng)的測(cè)試方法，即采用指針式儀表進(jìn)行手工測(cè)試，這類儀表結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，經(jīng)久耐用，造價(jià)低廉，但它的靈敏度偏低，精度較差，且功能單一，只適用一些要求不高的測(cè)試場(chǎng)合，不能滿足高精度的要求。七十年代后，隨著電子計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展，特別是微型機(jī)的出現(xiàn)，電機(jī)測(cè)試技術(shù)向自動(dòng)化和高精度方向發(fā)展，手工的電機(jī)測(cè)試方法正在逐漸被微機(jī)測(cè)試所取代，微機(jī)測(cè)試不僅減少了工作量，使測(cè)試工作簡單化、自動(dòng)化和高精度，而且能夠完成手工測(cè)試無法完成的工作。
本文根據(jù)汽車用永磁直流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，介紹該測(cè)試儀的工作原理、主要功能，并與手工測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較。永磁直流電動(dòng)機(jī)特性的測(cè)試主要有
l測(cè)試儀的工作原理
永磁直流電動(dòng)機(jī)特性的測(cè)試關(guān)鍵是式(1)中各參數(shù)的測(cè)量，其中電壓、電流、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩是基本參數(shù)，而其余三個(gè)參數(shù)可通過計(jì)算得到。
1．1電樞電流的測(cè)量
采用的方法是將一小阻值的標(biāo)準(zhǔn)電阻串入被測(cè)電路中，然后測(cè)量其上的電壓。對(duì)于這一毫伏級(jí)電壓降的測(cè)量，舍棄了以往用傳感器或變換器將其轉(zhuǎn)換成與其成正比的0～5v直流電匪然后再用a／d轉(zhuǎn)換器測(cè)量的方法，而是用一種特殊的a／d轉(zhuǎn)換器mcl4433直接測(cè)量這一電壓，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是硬件投資少，避開測(cè)量精度受傳感器精度限制的弊端
1．2電樞端電壓的測(cè)量
采用分壓電阻將其變換為可以用a／d轉(zhuǎn)換器測(cè)量的電壓后，再進(jìn)行測(cè)量�；h(huán)、壽命長、整機(jī)靈敏度高。當(dāng)磁滯制動(dòng)器的空心杯由被測(cè)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，在制動(dòng)器被激磁后，空心杯內(nèi)外氣隙的磁場(chǎng)對(duì)空心杯轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這一轉(zhuǎn)矩使內(nèi)外定子受反轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，且正比于這一偏轉(zhuǎn)角的正弦函甄這樣用正弦旋轉(zhuǎn)變壓器來測(cè)這一偏轉(zhuǎn)角，就測(cè)得被測(cè)的轉(zhuǎn)矩，可表示為
m測(cè)∝u出 (2)
式中m測(cè)—被測(cè)轉(zhuǎn)矩
u出—旋轉(zhuǎn)變壓器輸出電壓
l-4轉(zhuǎn)速的測(cè)量
采用數(shù)字測(cè)速中的測(cè)頻法，即在給定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)測(cè)得旋轉(zhuǎn)的角度來表示速度的方法。在測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)軸上裝有沿周圍有60個(gè)槽孔的光柵盤光柵盤和光源及光敏三極管一起組成測(cè)速傳感器。當(dāng)測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)子由被測(cè)電機(jī)帶動(dòng)后，光柵盤同步旋轉(zhuǎn)，傳感器發(fā)出每轉(zhuǎn)60個(gè)脈沖的電信號(hào)。在本測(cè)試儀中，用cpu產(chǎn)生軟件延時(shí)，獲得基準(zhǔn)時(shí)間，用cpu內(nèi)部定時(shí)器／計(jì)數(shù)器計(jì)在基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)，此脈沖數(shù)正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過cpu計(jì)算就可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
1．5輸入功率、輸出功率和效率的測(cè)量
可通過cpu的計(jì)算得到，其計(jì)算公式為
式中p1—輸入功率
p2—輸出功率
η—電機(jī)效率
u—電樞端電壓
ia—電樞電流
m2—輸出轉(zhuǎn)矩
n—機(jī)轉(zhuǎn)速
2測(cè)試儀的硬軟件設(shè)計(jì)
通過比較，選擇了mcs-51系列中的8031作為本測(cè)試儀的微處理器它具有集成度高、速度快、功能強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡單，易于擴(kuò)展、可靠性高和性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)。它主要完成
a數(shù)據(jù)的采集及處理；
b.產(chǎn)生測(cè)速基準(zhǔn)時(shí)間
c.鍵盤及打印機(jī)的管理；
d．監(jiān)視測(cè)試程序的執(zhí)行
e程序控制。
測(cè)試儀的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。測(cè)試儀的硬件系統(tǒng)陶成主要有：
a.微機(jī)單元(cpu8031、8kbeprom、l／2kbram、鍵盤、數(shù)碼管顯示器、a／d轉(zhuǎn)換器gp—16智能微型打印機(jī)及wd—4微機(jī)穩(wěn)壓電源)；
b．轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速傳感器；
c．電壓、電流的取樣電路。
本測(cè)試儀內(nèi)含8kb的測(cè)試軟件，在這些預(yù)先編 |
