智能車模直流電機(jī)性能檢測方法

　　摘要：直流有刷電機(jī)工作電流受到電刷換流影響會產(chǎn)生波動，因此通過電機(jī)電流諧波分析可以獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)速?；诖嗽肀疚奶岢隽艘环N對智能車模小型有刷直流電機(jī)性能檢測方法。

　　根據(jù)簡化的直流電機(jī)模型，電機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時，輸入電壓、電流與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如公式(1)所示：　　

         
　　C_e是與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù); U是工作直流電源電壓;是磁極氣隙磁通;R為線圈電阻。當(dāng)C_e、、R、U穩(wěn)定不變時，電機(jī)轉(zhuǎn)速-電流之間是簡單的線性函數(shù)。兩個系數(shù)包含了電機(jī)主要特性。特別是截距參數(shù)對應(yīng)了電機(jī)堵轉(zhuǎn)時的電流值，它的大小與電機(jī)最大輸出功率成正比。測量電機(jī)轉(zhuǎn)速-電流系數(shù)需要在恒定工作電壓下，測量電機(jī)不同轉(zhuǎn)速和工作電流之間的一組數(shù)據(jù)，通過線性擬合獲得。 

　　測量方法

　　采集電機(jī)工作電流信號是測量電機(jī)參數(shù)的基礎(chǔ)。電機(jī)參數(shù)測量電路如圖1所示。測量電路中的電流檢測和采集電路是核心，它需要將電機(jī)的工作電流轉(zhuǎn)換成電壓并進(jìn)行采集。根據(jù)待測電機(jī)的工作電流范圍和轉(zhuǎn)速范圍確定電流采集電路的方案：電流采集方式、電流采集頻率和轉(zhuǎn)換精度。

　　電機(jī)工作電流采集電路

　　采集電機(jī)工作電流首先需要將電流轉(zhuǎn)換成電壓，然后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。采用霍爾電流傳感器可以減少電流采集電路對于測量的影響。CQ-2093是一款交流電流霍爾傳感器。它只需要5V電源供電，電流測量范圍是20安培。由于模型車電機(jī)工作電流較小，所以需要將CQ-2093輸出信號進(jìn)行放大20倍后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。使用Freescale公司的DSC F8013單片機(jī)采集電流信號，然后通過RS232串口發(fā)送到計算機(jī)進(jìn)行分析處理。F8013的AD轉(zhuǎn)換精度為12bit，可以滿足電機(jī)電流采集的精度需要。圖2給出了電流采集電路。　　

 

　　信號采集頻率

　　根據(jù)采樣定理，為了使得信號經(jīng)過采樣不發(fā)生頻率混疊，采樣頻率需要大于信號中最高頻率分量的兩倍。通過示波器對于實際電機(jī)電流波形進(jìn)行測量，確定電流波動頻率范圍。選擇智能車模A型車模所使用的RS380電機(jī)進(jìn)行測量。利用圖2給出的電流采集電路，測量運(yùn)放U2輸出信號。為了比較電流波動頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，還使用了光電傳感器對于電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量。測量波形如圖3所示。

　　圖3中的電流波形顯示，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電流波動周期之間存在倍數(shù)關(guān)系。電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，由于電刷換流引起的電流波動次數(shù)是電機(jī)的極對數(shù)兩倍。RS-380SH電機(jī)是三對極，因此電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周，電流波動六次。所以電流信號中最低諧波頻率是電機(jī)轉(zhuǎn)速的六倍?！　?/p>