电气测试技术：第四章 非电量的测量

1、1第四章 非电量的测量电机中的非电量： 转速、转矩、振动、噪声转速和转矩是影响电机性能及与负载匹配关系的重要机械量，是电机制造厂与用户都十分关心的两个参量。振动和噪声对环境的污染，对人类健康的危害已经成为人们的共识，我国国家标准中详细规定了电机振动和噪声的限值及测试方法，了解和掌握这些测试方法及测试设备是十分必要的。 24.1 转速的测量电机转速n一般是指电机转子的每分钟转数。单位：转数/分（r/min）转差率s就是定子旋转磁场转速与转子转速之差再除以定子旋转磁场转速（同步转速）。 s=(nS-n)/nS 式中： nS为同步转速, n 为电机转速 nS=60f/p 式中： f为电源频率, p为

2、电机极对数3一、日光灯法测速日光灯是一种闪光灯，由于日光灯是灯管两端电压大于一定电压则发光，低于此电压则熄灭，若接于50Hz电源，其波形为：f=50Hz， T=0.02秒，在半周内亮一次暗一次。故闪光频率f闪=2f=100Hz，T闪=10ms，而人的视觉周期为60ms，由于视觉暂留现象，人眼并不感到闪烁。ut发光4（1）测转速n当极对数p=1时，同步转速ns=3000r/min，即，每秒转速为50r/s，而日光灯每秒闪亮100次，即电机每转过半周，日光灯闪亮一次。轴标记1，2位置交换。人眼未感觉。空载时，n=ns5（2）测n当电机转差率较小时，用日光灯法测定转差率十分方便。当电机带上负载，nn

3、s，则眼睛看到的轴端标记逆电机转速缓慢转动。认定一条光影，用秒表测定每分钟转过的圈数，即为电机转速n与同步转速ns之间的转速差 ，则电机转差率为：电机转速 6二、闪频法测速闪光频率可在较宽范围内均匀调节。当轴端面标记只有一个时，调节闪光频率fs使标记静止不动，则，电机转速为：或 即闪光频率等于电机的每秒转速。7三、光电数字测速1、光电转速传感器 为非接触式传感器，有投射式和反射式两种。1）投射式读数盘和测量盘有间隔相同的缝隙。测量盘随被测物体转动，每转过一条缝隙，从光源投射到光敏元件上的光线产生一次明暗变化,光敏元件即输出电流脉冲信号，脉冲频率正比于转速n。8优点：灵敏度高，分辨率可以，任何转

4、速均可。缺点：测量盘需装在电机上，适应性差，会影响被测电机状态。n被测转盘光脉冲光敏二极管电脉冲(fn）92）反射式 （光源在传感器内）点光源透镜1（变平行光）透镜2（聚焦）被测电机轴上反光纸透镜2（变平行光）半透明膜透镜3反射光敏二极管（f n）半透明膜在被测转轴上设有反射记号，由光源发出的光线通过透镜和半透膜入射到被测转轴上。转轴转动时，反射记号对投射光点的反射率发生变化。反射率变大时，反射光线经透镜投射到光敏元件上即发出一个脉冲信号；反射率变小时，光敏元件无信号。在一定时间内对信号计数便可测出转轴的转速值。 10另一种反射式光电转速传感器优点：灵敏度高，分辨率高，惯性小，且为非接触式测量

5、，不会影响被测电机的状态，适应性好，可测任何转速，应用较为广泛。注意：由于接收器的感光能力有限，接收器需离转轴很近，若用激光光源代替一般光源，大大加强了光射能力，可在离转轴1m以上处测转速。11 2、数字测速的测频法测频法：测量在t时间内的脉冲数N。门电路开启时间的确定：由分频器决定。基准时间信号发生器一般为石英晶体振荡器。将此时间经分频器，可得0.1s，1s，2s等标准时间。12电机转速为n（r/min），电机每转一周，光电传感器所发出的脉冲数为Z，测量的标准时间为t(s)，则计数器计数的脉冲数N为： N即为数码管显示的数值若Z=60，t=1s，则计数器的计数脉冲数就是电机的每分钟转速。因此

6、Z的数值最好是60是或60的整数倍。13误差：主要决定于晶振的精度和计数脉冲的误差。石英晶体的振荡频率稳定度很高，所以误差很小，可忽略。主要误差是计数脉冲（）一个脉冲的误差，如图3.8。可能差一个脉冲值，显然计数值的N越大，误差越小。 （例：10，11误差值大 1000，1001误差小） 所以，转速越高，测量精度越高。计数N数字显示 转速脉冲 门控脉冲 计数脉冲 图3-8 门控电路对计数脉冲的控制143、数字测速的测周法测周法：通过测定转过给定的角位移的时间t来测转速。和测频法相反，用转速传感器输出的周期脉冲信号来控制门电路的开闭。晶振产生的时钟脉冲信号经门电路送入计数器计数。即用标准时钟信号

7、来量度被测角位移周期的长度。15电机转速的测量：若标准的时钟脉冲周期为T0，计数值为N，则被测角位移周期为Tx=NT0若电机每转发出的脉冲数为Z，电机每转一周所需的时间为： (s) 电机的每分钟转数为： (r/min)转速越低，计数脉冲数越多，精度越高。例：Z=60，N=1000，T0=1010-6s， 则16高转速时测量方法：当电机转速再升高时，被测周期变短，计数值N减小，误差增大，减少误差的办法：利用高频率的时标脉冲。（减小T0，增大N）减少传感器每秒发出的脉冲数。 （减小Z，增大N）采用被测周期倍乘，将放大整形的被测信号（传感器信号）进行M分频，使门电路开门时间增加M倍，数字管显示的数值

8、也增为原来的M倍，从而提高测量精度，这时： (s) (r/min)17四、 瞬时转速的测量瞬时转速可采用测周法，即用时钟脉冲来度量电机转过给定角位移的时间。电机的瞬时角速度可表示为：当或t足够小时，电机在t的时间内的平均角速度可认为是瞬时角速度。瞬时测速要求在短暂的时间内能够瞬时连续测量，因此只能借助于计算机进行数据处理、打印、显示等。瞬时转速测量可采用电容式转速传感器18电机每转一周，传感器可输出Z个角位移周期信号，可由计算机确定转过 弧度测量一次（k=1，2，3,Z），若晶振时钟周期为T0，转过 弧度时计得的时钟脉冲数为N，那么电机转过 弧度所用时间为t=NT0，则电机的瞬时角速度为：目前

9、瞬态转矩仪的内部晶振频率可达40MHz以上，动态响应时间可达s级，可测电机的瞬态转速和转矩。4.2 转矩的测量转矩是一种力矩，力矩在物理中的定义是：力矩= 力 力臂电机的转矩=皮带轮拖动皮带的力皮带轮的半径电机转矩的测量：（1）测量电机旋转时的最初起动转矩（2）测量电机稳态运行时轴上的输出转矩（3）测量电机从起动到空载运行的整个起动过程的转矩电机转矩测量的常用方法主要有：测功机法、校正过的直流电机法、转矩仪法。194.2.1 测功机法根据力的平衡原理设计。测电机的稳态转矩或起动转矩。包括机械测功机、涡流测功机、磁粉测功机、电机测功机。1、机械测功机电机轴上的转矩：T=9.81（F-F0)L (

10、Nm)F0-无摩擦制动力时磅秤的读数（kg），F-摩擦制动力时磅秤的读数（kg），L-测功机的臂长20 2、涡流测功机励磁绕组中通以直流电流产生一恒定磁场，经钢盘和相邻磁极构成闭合磁回路。旋转的钢盘将切割磁场、感应涡流并产生制动转矩。涡流测功机只能产生制动转矩，用于测量电动机的稳态转矩。213、磁粉测功机在定转子之间的气隙中添入高导磁率的磁粉。无励磁电流时磁粉杂乱无序，不产生制动力矩；励磁绕组中通以励磁电流后产生气隙磁场，磁粉被磁化使测功机产生制动力矩。224、电机测功机从原理上看电机测功机就是一台直流电机，但其定子受到力矩作用后，可偏转一定角度，用杠杆装置对定子施加平衡力矩，并由测力计指示轴上转矩的大小。当被测电机为电动机时，测功机作为发电机运行；当被测电机为发电机时，测功机作为电动机运行。234.2.2 校正过的直流电机法用0.5级以上的测功机或转矩仪实测直流电机在指定状态下的转矩特性Tf(Ia)。将直流电机他励，校正前反复增大和减小励磁，使被校电机的剩磁稳定，然后将励磁电流调节至所需数值并在校正试验中保持不变；待电机轴承、电刷等的摩擦损耗稳定后，在稳定转速下测取电枢电流和对应的转矩，并绘制转矩曲线。244.2.3 转矩仪法转矩传感器的转矩、转速信号由信导电缆送至转矩仪进行数据处理和