直流微电机测速新方法
陈雅文(法雷奥温岭汽车零部件公司 浙江317500)
1 引 言
转速是旋转电机中表示电机特性的主要非电物理量之一。电机中常用一分钟内的转数作为转速的单位，即r／min。
测量转速的方法虽然很多，比如离心式转速表、闪光测速仪、光电数字转速表等。但是它们在测量过程中都有一些附加的要求，或者需要与电机的旋转部分紧密摩擦，如离心式转速表。或者需要将电机固定在专门的位置上，如闪光测速仪。或者需要在电机的旋转部分标上标记，如光电数字转速表等。
因此在电机批量生产的流水线上应用，尤其对于微电机，其不方便之处便是显而易见的。
本文介绍的是我厂在直流微电机生产线上测速的一种方法，该方法利用了直流电机的特殊条件，从供电电流波形中提取转速脉冲信号。对被测电机没有任何附加要求，因而在批量生产的流水线上应用，其优点就更加突出。
2工作原理
当直流微电机工作时，电源通过电刷将直流电压引入电枢换向器。换向器在电机旋转过程中，将外加直流电压和电流转换成线圈内部的交流电势和电流。这时将在供电电流回路中产生明显的脉动分量，其波形如图1所示。
二极直流电动机所产生的脉动分量频率为：
当换向器片数K为奇数时，C=2。当换向器片数K为偶数时，C=l。
由于同一规格型号的直流电机换向器片数是固定的，因此电枢电流脉动频率的变化就直接反映出电机转速的变化。
例如某-2极直流微电机，转速为2 400r/min，电枢换向器12片。根据以上公式可计算出：
3线路实现
取样电路如图2a所示。
取样电路实际上是一个电流互感器，将脉动电流升压后送人后续电路处理。
在文献[1]和[2]中，取样部分用在供电回路中串接电阻来实现。具体线路如图2b所示。
用取样电阻虽然也能达到取样测速的目的，但存在两大缺点：
(1)当被测电机电流较大时，在取样电阻上产生的压降不容忽视。它将直接影响电机端供电电压的精度，带来转速误差。当电机电流离散性较大或电流变动较大时，其影响更加突出。同时较难适应不同供电电压和电流的电机，兼顾性差。
(2)测量系统与供电电路直接相连，隔离困难。在工厂生产现场使用时，容易引入干扰，严重时将根本无法进行测量。
而采用电流互感器形式，就比较容易解决上述两个缺点。
本方法提取的是直流电机换向时所产生的脉动电沆波形。由于直流电机的换向过程是一个非常复杂的过程，牵涉到机械、电磁、电化学等各方面的因素，因此换向不产生火花可以说是不可能的。而电火花会产生杂乱无序的高频干扰脉冲，叠加到待测有用的信号中去，造成测量的误差。电机的供电电压越高，产生的干扰越大。如不采用有效的抗干扰措施，将直接影响本方法对转速测量的实现。
在本测量电路中采用了LC谐振选频电路，谐振法是测量频率常用方法之一，它基于振荡系统谐振现象的利用。因此，本方法的成功与否，主要关键就在于LC谐振选频电路参数的选配。当选用不同参数的LC电路时，将出现以下几种情况。
(1)/C谐振频率大于速度脉冲信号频率时，输出的基本上是原边带有明显火花干扰的脉冲波形，有时还会出现叠加的衰减振荡波形。
(2)LC谐振频率等于速度脉冲信号频率时，输出的是幅值****的纯净的正弦交流谐振振荡波形。
(3)/C谐振频率小于速度脉冲信号频率时，LC电路有较强的衰减滤波作用，输出幅值很小的脉冲波形，火花干扰脉冲也得到较大抑制。
理论上，在测速电路中自然以选用上述第二种参数为最理想。但由于批量生产的电机不可避免存在一些离散性，实际上要做到完全谐振是比较困难的。只能兼顾各方面的技术参数，选用略小于速度脉冲信号频率的LC参教为好。
至于取样选频后电路的实现，测频测周法的选用，则可根据各自对测量精度的要求再行确定。不管是应用数字转速表，还是采用单片机，均属典型应用线路。
4结语
本文介绍的直流微电机测速方法，简单容易实现。只要将电机接上电源，即可实现对转速的测量，对电机没有任何附加要求，其方便之处是不言自明的。同时由于抗干扰性能好，适应工业生产现场使用，有着突出的优点。
如能用简单的方法实现频率自适应跟踪选频功能，相信更能提高抗干扰功能和测量精度，会有更广泛的应用范围。
参考文献
1 张文海，一种测试微型直流电机转速的方法，无线电， 1978 (3)
2卢道英，王晓明，微型直流电动机转速测量的一种方法，微特电机，1985(3)
3冯欣南．电机学．机械工业出版社，1989．
陈雅文：男，1948年2月出生，工程师，从事电机测试及制造工艺等工作。
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