微電機(jī)測功系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析
杜錦才
（浙江大學(xué)，浙江杭州 310027）
摘要：主要介紹一種適用于微型電機(jī)和小型電機(jī)的測功系統(tǒng)，說明其加載、測量原理以及設(shè)計(jì)開發(fā)的集成化控制電路，并對該系統(tǒng)的測量精度作了簡要分析，
關(guān)鍵詞：測功系統(tǒng)，加載，測量}集成化電路
中圖分類號；tm306 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：b 文章編號：1001-6848(2000)01-0034-03
1 引 言
測功系統(tǒng)作為電機(jī)的試驗(yàn)負(fù)載和輸出參數(shù)（轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率）計(jì)量裝置在微電機(jī)和小型電機(jī)的生產(chǎn)、檢驗(yàn)、測量等領(lǐng)域有著廣泛的用途。目前，測功機(jī)一般可分為渦流式測功機(jī)、磁滯式測功機(jī)、發(fā)電式測功機(jī)等。其加載原理和測功計(jì)量的方法互不相同，各有其特點(diǎn)。在測功系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)矩的精確測量是最為困難的。較為常用的方法是利用測功機(jī)的m-l曲線（即電磁力對電流的工作特性曲線），通過測得其加載電流來模擬求得其相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩。但是，用該法測得的轉(zhuǎn)矩其精度不僅受特性本身線性度的限制，而且受電機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，總不夠理想。對于目前常用的渦流式測功機(jī)，將討論并分析一種利用作用力與反作用力大小相等的原理，通過直接測得其電磁力以求得其輸出轉(zhuǎn)矩的方法以及針對該原理設(shè)計(jì)的加載及其測量系統(tǒng)集成化電路。
2測功機(jī)加載及測量原理
2.1測功機(jī)電機(jī)的特點(diǎn)
渦流式測功機(jī)電機(jī)的定子繞組為單相繞組，其繞組中通過直流電以產(chǎn)生一靜止的圊定磁場或脈振磁場。與普通的單相電機(jī)相比它表現(xiàn)為低電壓大電流（相對而言）；而轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與普通的單向電機(jī)轉(zhuǎn)子相同，但為了使其具有較好的轉(zhuǎn)矩特性，其鼠籠采用電組率相對較大的錫青銅材料；與一般電機(jī)在結(jié)構(gòu)上****不同是其定、轉(zhuǎn)子均設(shè)計(jì)為可旋轉(zhuǎn)形式。
2.2加載及測量原理
測功機(jī)的加載示意圖，如圖1所示。
測功機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)子在被測微電機(jī)的帶動(dòng)下沿順時(shí)針方向與被測微電機(jī)同軸同速旋轉(zhuǎn)。測功機(jī)定子繞組上加一直流電流，使其在氣隙中形成一靜止磁場。旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組切割氣隙中的磁力線，便會(huì)產(chǎn)生一制動(dòng)力f=f1+f2，其方向與轉(zhuǎn)速方向相反。根據(jù)牛頓第三定律：作用力和反作用力大小相等、方向相反的原理，其定子上將受到一個(gè)大小相等的反作用力f-f，方向與轉(zhuǎn)速行相同。在一定的轉(zhuǎn)速下，由于該測功機(jī)電機(jī)采用了定子也可旋轉(zhuǎn)的特殊結(jié)構(gòu)，就可以通過壓力傳感器方便地測得作用于定子上的反作用力f，進(jìn)而求得作用在定子上的轉(zhuǎn)矩m，也即電磁轉(zhuǎn)矩mem(mem=m)。再根據(jù)p=0.1047memn，便可得到被測電機(jī)在軸上的輸出功率p。=p。m+△p（其中△p為測功機(jī)的機(jī)械損耗功率）。當(dāng)然，由于受壓力傳感器的拉力作用，測功機(jī)的定子在工作過程中并不旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)速則可以通過聯(lián)在測功機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的測速發(fā)電機(jī)或碼盤測得。用該種方法測得的轉(zhuǎn)矩最為直接，應(yīng)具有較高的精確度。
2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
測功機(jī)加載及測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
3電路分析
3.1加載系統(tǒng)
電路如圖3所示。
加載主電路采用半控橋式電路。經(jīng)過變壓后的單相交流電（約60v）再經(jīng)半控橋式整流后得到一可調(diào)的直流電壓。該電壓作為加載電源加到測功機(jī)電機(jī)的定子繞組以產(chǎn)生靜止的勵(lì)磁磁場。勵(lì)磁磁場的強(qiáng)弱可通過改變可控元件t1、t2的導(dǎo)通角a以獲得不同的直流電壓來進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。
脈沖觸發(fā)及控制電路采用專業(yè)芯片tca785。其16、1腳分別為電源的正負(fù)腳；5腳為同涉信號輸入腳；9、10腳為脈寬調(diào)整腳；12腳為內(nèi)部電平掃描斜率調(diào)整腳；11腳為移相控制腳；14、15為互差180。的脈沖輸出腳。其輸出的脈沖經(jīng)過功率放大去觸發(fā)主電路中的可控t1、t2。觸發(fā)導(dǎo)通角則由tca785-11腳的電平得以控制。
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