專利名稱：一種電機機電時間常數檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種測試電機性能的裝置，特別是公開一種電機機電時間常數檢測裝置，屬于電機性能測試領域。
背景技術：
機電時間常數是指伺服電動機在空載和額定勵磁條件下，加以階躍的額定控制電壓，轉速從零升到空載轉速的63.洲所需的時間。通常，機電時間常數是指該電機的機械時間常數。按照標準規定，測量機電時間常數是以額定電壓加到電動機，使電動機轉動起來。 電壓加入電機線圈，由于電機中有電阻、電感和分布的電容，使它的電流要經過一個過渡過程，以致達到穩定值。在這中間就有一個電氣時間常數，但是電機在起動過程中，機械時間常數和電氣時間常數是相互交織在一起的。一般情況下，電動機的電氣時間常數與機械時間常數相比不是很大，而且往往是忽略電氣時間常數，把電動機起動的過程認為只有單獨一個過程，即是機械的過渡過程，從而規定出機電時間常數概念。因此，測量機電時間常數的各種方法，就是要獲得電機在階躍電壓下空載起動時的轉速——時間曲線。電機機電時間常數的測試方法很多，“電勢法”和“電流法”是普遍采用的方法。電勢法是被測電機同軸帶測速發電機，由測速發電機所增加的負載應盡量小。試驗時電動機空載，先加以額定勵磁電壓，然后將額定電樞電壓階躍式加入電樞兩端，用示波器攝取測速發電機電勢隨轉速變化的波形，從波形圖上求取對應電樞轉速從零加速到穩定空載轉速的63.洲所需的時間，并對測速發電機電樞轉動慣量的影響進行修正。電流法是在被測電機的電樞回路中串入合適的采樣電阻R (也可用量程合適的電流表內阻代替)，采樣電阻對電樞回路電阻的影響應盡量小。試驗時電動機空載，先加以額定勵磁電壓，然后將額定電樞電壓階躍式加入串有采樣電阻的電樞回路兩端，用示波器攝取采樣電阻兩端電壓降(正比于電樞電流)隨轉速變化的波形，從波形圖上求取對應電樞轉速從零加速到穩定空載轉速的63. 2%所需的時間。以上兩種方法都不可用在交流電機上測試，而且因為電機本身的電感、電阻都存在的情況下使得測試的結果并不是很準確，電氣時間常數更是無法由這兩種方法測出。
發明內容本實用新型的目的解決上述現有技術存在的問題，公開一種交流和直流電機均可使用的電機機電時間常數檢測裝置，它是一種測試精度高、使用方便的電機機電時間常數檢測裝置。本實用新型是這樣實現的一種電機機電時間常數檢測裝置，包括輸入設備、接口電路、液晶屏、打印機、存儲器和處理器，其特征在于還包括光電編碼器，所述光電編碼器將被測電機的機械轉速轉換成電脈沖信號，所述的處理器分別與液晶屏、打印機、存儲器、 輸入設備及接口電路連接，所述的接口電路與光電編碼器連接。所述的處理器是一個包含計算電機機電時間常數處理模型的處理器，它接收由輸入設備輸入的用戶指令，控制液晶屏及打印機輸出、控制檢測開始停止、采集光電編碼器電機轉速數據、計算處理、存儲測試結果到存儲器，將測試結果以報表形式發送到上位機。所述的液晶屏顯示最高轉速、機電時間常數，檢測時間及提示信息；打印機打印檢測結果和檢測時間；存儲器存儲每次檢測結果；接口電路控制被測電機啟動，并將光電編碼器的電脈沖信號傳到處理器。所述的光電編碼器包括下列元器件光源、透鏡、光柵盤、透鏡、光敏元件和放大器，所述光柵盤設置在電機轉軸上，電機轉速的機械信號通過上述元件組成的光路傳遞得到電脈沖信號。電機轉子每旋轉一周為360°，把一周分成η等分，每一份Δ θ =360° /η，每一份時間為，當η足夠大時，每份的角度越小，在精度允許的范圍內，認為每一份內都是勻速的，則角速度νη=Δ θ/Atn, Δ θ是個常量，細分的越多，越接近真實值。對象提供的只是電機轉子轉速變化，必須對轉速轉化成處理器能識別的信號。因此選用光電編碼器，它是一種通過光電轉換將輸出軸上的機械幾何位移量轉換成脈沖或數字量的傳感器。它是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔，園板的材料采用的是塑料切片。故使得光電編碼器啟動轉矩小于 0.0Q3iV- ，軸慣性力矩僅為2xl(]4Agi2，因此相對于被測電機完全可以忽略。由于光電碼
盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號。通過轉化，把電機轉速的變化換成輸出脈沖的變化，也就是把模擬量變化成數字量，處理器就能識別。假設電機額定轉速為lOOOOr/min，即6ms/r，若把光電碼盤分100等份，那么在額定轉速下，電機每一轉能采樣到100點，那么每個采樣間隔0. 06 ms，說明模擬量到數字量誤差在0. 1毫秒級，可以根據要求對碼盤細分，提高模擬量到數字量的精度。假設電機從一開始就是額定轉速，到IOOms最多有1666個采樣點，到200ms最多有3333個采樣點，實際上由于速度是慢慢增大的，到最終穩定，采樣點比以額定轉速情況下少的多。采樣點還要包括達到額定轉速后的一些點，通過找出穩定點，再返回來找額定轉速63. 2%的點，再把該采樣點前的時間累加，就是時間常數。本實用新型的有益效果是本實用新型解決了忽略機電時間常數中的電氣時間常數問題，使得檢測的機電時間常數更加精確。
圖1是本實用新型結構框圖。圖2是光電編碼器原理示意圖。圖3是電機啟動過程中角速度與時間的曲線圖。圖4是本實用新型檢測裝置的采樣程序流程圖。圖中1、光源；2、透鏡；3、光柵盤；4、透鏡；5、光敏元件；6、放大器；7、電脈沖信號；8、電機轉軸；9、額定轉速；10、63.洲額定轉速；11、采樣范圍；12、機電時間常數；13、每等份角度轉動的時間。
具體實施方式
根據附圖1，本實用新型由處理器、輸入設備、液晶屏、打印機、存儲器、接口電路、 光電編碼器等組成。[0020]處理器接收由輸入設備輸入的用戶指令，控制液晶屏及打印機輸出，控制檢測開始停止，采集數據、計算處理、存儲測試結果到存儲器，將測試結果以報表形式發送到上位機。液晶屏顯示最高轉速、機電時間常數、檢測時間及提示信息。打印機打印檢測結果和檢測時間。存儲器存儲每次檢測結果。光電編碼器將被測電機機械轉速轉成電脈沖信號。接口電路控制被測電機啟動并將光電編碼器輸出的電脈沖信號傳到處理器。根據附圖2，光電編碼器包括下列元器件光源1、透鏡2、光柵盤3、透鏡4、光敏元件5和放大器6。光柵盤設置在電機轉軸8上，電機轉速的機械信號通過上述元件組成的光路傳遞得到電脈沖信號7。根據附圖3和4所示，t軸為時間，單位ms，Vn軸為角速度，單位rad/s。平滑曲線為實際的角速度和時間對應的曲線，矩形組成的圖形為方案設計得到的，每個矩形的寬為Atn 13，可以看出矩形只要分得足夠小，就能無限接近實際曲線，矩形的寬度受到Δ θ 的影響，Δ θ越小，矩形的寬度越小，Atn 13越小，矩形組成的圖形越接近實際曲線，精度越高。當把光電碼盤分成100等份時，每一等分的角度為Δ θ =3. 6°，每等分對應時間為 Atn13，即角速度\=八θ / Δ tn, Δ θ是個常量，變量為Atn 13。求出額定轉速Vtl:把每個Atn 13都記錄下來，通過比較角速度Vn找到額定轉速， 比較角速度Vn可以通過差分算法AV=Vn-Vlri，最后Δν趨向于零，通過比較可以求出額定轉速 V0 9。求出機電時間常數12 算出Vtl 9的63. 2%的速度V1 10，當Vn= V1時可找到所求采樣點，把該點前面的時間相加得機電時間常數=△、+△、+…Atn。該方法優點是采樣與運算是兩個過程，運算過程消耗的時間不影響結果。當前單片機的機器周期可以做到一個時鐘周期，選用適當的晶振能達到0. 1微秒。光電編碼器把電機的速度機械信號轉變成電脈沖信號后，輸出的電脈沖信號是周期遞減的。當輸出電脈沖信號由高電平跳到低電平時，計數脈沖開始計數，下一個脈沖由高電平跳到低電平時，停止計數并把計數的個數Ii1存儲起來，計數器清零后又開始計數，到下一個脈沖由高電平跳到低電平時，停止計數并把計數的個數n2存儲起來，計數器清零后又開始計數。這樣一直循環，把對應采樣點的計數個數保存起來。Atn=IinXO. 1 μ s，考慮到運算采樣程序所消耗的時間為Τ，實際上每次采樣的時間Atnl=IinXO. 1 μ s+T，T的數量級為微秒級。為了提高精確度，在設計程序時是把采樣程序和運算程序分開的，這樣運算程序消耗的時間對結果沒影響，所以可以精確到微秒級。本實用新型檢測裝置開機后進行系統初始化。用戶下達開始指令后，檢測裝置自動控制被測電機啟動、采集數據、處理數據、計算結果、存儲檢測結果、顯示和打印檢測結果、控制被測電機停止。
權利要求1.一種電機機電時間常數檢測裝置，包括輸入設備、接口電路、液晶屏、打印機、存儲器和處理器，其特征在于還包括光電編碼器，所述光電編碼器將被測電機的機械轉速轉換成電脈沖信號，所述的處理器分別與液晶屏、打印機、存儲器、輸入設備及接口電路連接，所述的接口電路與光電編碼器連接。
2.根據權利要求1所述的一種電機機電時間常數檢測裝置，其特征在于所述的光電編碼器包括下列元器件光源、透鏡、光柵盤、透鏡、光敏元件和放大器，所述光柵盤設置在電機轉軸上，電機轉速的機械信號通過上述元件組成的光路傳遞得到電脈沖信號。
專利摘要本實用新型為一種電機機電時間常數檢測裝置，包括輸入設備、接口電路、液晶屏、打印機、存儲器和處理器，其特征在于還包括光電編碼器，所述光電編碼器將被測電機的機械轉速轉換成電脈沖信號，所述的處理器分別與液晶屏、打印機、存儲器、輸入設備及接口電路連接，所述的接口電路與光電編碼器連接。本實用新型解決了忽略機電時間常數中的電氣時間常數問題，使得檢測的機電時間常數更加精確。
文檔編號G01R31/34GK202033458SQ20102050272
公開日2011年11月9日 申請日期2010年8月24日 優先權日2010年8月24日
發明者吳維華, 王俊, 王志疆, 陳漢靜 申請人:上海儀器儀表研究所