針對直流電機(jī)的檢測儀器進(jìn)行預(yù)設(shè)
直流電動(dòng)機(jī)的無傳感器測速原理直流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)在原直流供電回路上疊加一個(gè)與轉(zhuǎn)速有關(guān)的脈動(dòng)電流，該脈動(dòng)主要源自于直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢。對于一臺(tái)小型的二極直流電機(jī)，在額定電壓下其電刷端脈動(dòng)電流的脈動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速存在以下關(guān)系：fn=ckn60式中：k為換向片數(shù)，n為電機(jī)轉(zhuǎn)速，c為系數(shù)，k為偶數(shù)時(shí)，c=1；k為奇數(shù)時(shí)，c=2.如果能夠測量出該脈動(dòng)電流的基頻頻率，那么電機(jī)轉(zhuǎn)速也就可以間接地測得：n=60fnck3虛擬儀器的硬件設(shè)計(jì)（1）電機(jī)供電電源050V可調(diào)，最大電流2A.濾波，C1=4700F/50V，C2=22000F/50V，L=0.1H.設(shè)計(jì)最大負(fù)載時(shí)的波紋系數(shù)<10-5。
取樣及電流-電壓信號轉(zhuǎn)換脈動(dòng)的電流信號從供電回路取出必須經(jīng)過電流-電壓轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成電壓信號才能被數(shù)據(jù)采集卡采集，電流取樣及電流-電壓轉(zhuǎn)換有三種方法：①電阻取樣及電流-電壓轉(zhuǎn)換電路如a所示。電流通過電阻時(shí)產(chǎn)生壓降，該壓降與通過的電流成正比。用電容取出壓降信號中的脈動(dòng)成份，然后將脈動(dòng)成份送入后端處理。電容同時(shí)還起到隔直作用。②電流互感器取樣及電流-電壓轉(zhuǎn)換電路如b所示。電流互感器將脈動(dòng)電流升壓后送入后續(xù)電路處理。③霍爾元件取樣及電流-電壓轉(zhuǎn)換電路如c所示。
在恒定的磁場中當(dāng)電流流過霍爾片時(shí)，在垂直方向會(huì)感應(yīng)出與電流成正比的電壓。轉(zhuǎn)速測量只對信號的頻率感興趣，對轉(zhuǎn)換的精度沒有要求，因而對頻帶的要求不是十分嚴(yán)格。本文考慮采用電流互感器取樣及電流-電壓轉(zhuǎn)換。電流互感器設(shè)計(jì)①脈動(dòng)電流的脈動(dòng)頻率基本上都在低頻范圍，在本設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，一般fn<2kHz，電流互感器的鐵心選用普通矽鋼片。脈動(dòng)電流最大峰值1V，最大電流（直流）1A，功率設(shè)計(jì)1W，鐵心截面積選取1010mm2。最大采樣電壓10V，圈數(shù)比設(shè)定10100.初級線圈有供電的直流通過，最大電流為1A，初級線圈選用0.5mm銅線繞制。次級線圈僅流過感應(yīng)的脈動(dòng)電流，再加之升壓，通過的電流極小，選用0.07mm銅線。
去噪在次級兩端并聯(lián)一0.01F的電容，電火花等高頻噪聲可基本消除。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示是否去除高頻毛刺對獲取最終轉(zhuǎn)速讀數(shù)沒有影響�？紤]高轉(zhuǎn)速時(shí)的高頻頻響特性，本設(shè)計(jì)在電流互感器次級將不并聯(lián)電容。數(shù)據(jù)采集脈動(dòng)信號頻率不高，一般fn<2kHz，因此對數(shù)據(jù)采集卡幾乎沒有什么要求。本文選用了價(jià)廉的PCI-6221.取樣電路后端與采集卡配套的接線端子相連，再通過配套的電纜CB-68LP將信號送入PC機(jī)PCI插槽上的數(shù)據(jù)采集卡。
虛擬儀器的軟件設(shè)計(jì)虛擬儀器的軟件部分由LabVIEW來實(shí)現(xiàn)。LabVIEW的程序設(shè)計(jì)界面分前面板和后面板。前面板相當(dāng)于一個(gè)儀表的面板，是人機(jī)對話的界面，供測速時(shí)輸入必要的參數(shù)和顯示速度用。后面板是程序代碼窗口，采用圖形化編程。
轉(zhuǎn)速測定實(shí)例測試對象為微型二極直流電動(dòng)機(jī)。換向片數(shù)3，額定電壓9V.電源電壓從1V起，每次加1V，一直加到9V.具體測量數(shù)據(jù)如所示。電樞繞組的導(dǎo)線截面積Scu為了輸出一定的電磁轉(zhuǎn)矩，要求電樞繞組每相電阻小于式（78）的計(jì)算值。因此，要求導(dǎo)線截面積應(yīng)大于某個(gè)值，其計(jì)算公式為：Scu2wlcp/2r（79）式中：-在一定溫度下，所選用導(dǎo)線的電阻系數(shù)；lcp/2-電樞繞組元件的平均半匝長度。電路參數(shù)的計(jì)算，也可按照下述方法進(jìn)行：（a）根據(jù)對空載轉(zhuǎn)速的要求，計(jì)算電樞繞繞組的每相匝數(shù)w；（b）根據(jù)電樞沖片的槽數(shù)和有效槽面積，在一定槽滿率的條件下，計(jì)算出允許放置的導(dǎo)線最大截面積，并選定導(dǎo)線規(guī)格Scu；（c）計(jì)算出每相繞組電阻值r.當(dāng)電路系統(tǒng)的上述三個(gè)參數(shù)w、r和Scu確定以后，就可以根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算中得到的電路系統(tǒng)和磁路系統(tǒng)的其它參數(shù)，利用6的計(jì)算公式，校核電動(dòng)機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。http://www.52lvi.cn
