【文章內(nèi)容簡介】 心，測試系統(tǒng)采用 PCI9111 數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集處理功能。 PCI9111 是基于 PCI 總線的 12 位的低損耗多功能采集卡，采集速率可達(dá) 100kHz，擁有 16 個數(shù)據(jù)采集通道，該卡提供 LabVIEW 語言的強大編程接口，使用方面。系統(tǒng)實現(xiàn)了 LabVIEW 語言與 PCI9111 數(shù)據(jù)采集卡之間的完美結(jié)合。 下圖是行星減速器機械效率測試系統(tǒng) 硬件構(gòu)成示意圖： 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 這個測量方案采用了 虛擬儀器圖形編程語言開發(fā)的行星減速器機械效率測量系統(tǒng)，包括測量原理和方案。測試程序遵循面向?qū)ο蟮木幊淘瓌t，采用由上至下的設(shè)計方法和模塊化程序設(shè)計思路，實現(xiàn)了完整的測試功能。系統(tǒng)的構(gòu)成不僅降低了設(shè)備成本，而且提高了測試工作的自動化水平和可靠性。 此設(shè)計方案中各個主要部件都需要在裝配時，各中心線盡量都在一條直線上，保證同軸度，避免由于轉(zhuǎn)動帶來的振蕩，以致于影響各傳感器的測量結(jié)果，最終給得到的結(jié)果帶來很大的誤差。 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 3 部件的選擇 我設(shè)計的行星減 速器機械效率測量儀的結(jié)構(gòu)較為 簡單，機械部分的主要部件有：驅(qū)動電動機、兩個轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、高速區(qū)的聯(lián)軸器、行星減速器和制動負(fù)載等。 驅(qū)動電機的選擇 驅(qū)動電機的主要工作是驅(qū)動行星減速器，帶動整個機械效率測量系統(tǒng)正常運作。由于整個儀器是一個效率測試試驗臺，每次測量都需要進(jìn)行多組試驗，需要對輸入電壓等已知信號不斷變化，測量出行星減速器在各種輸入電壓下的機械效率，以便于我們更加全面得到行星減速器在各種條件下的機械效率，使測量更加完善，結(jié)果更加有用于 行星減速器在 實際的生產(chǎn)生活 中應(yīng)用。 此外，測量需要有很高的精度，這就需要電動機的電壓 控制的精度達(dá)到一定的要求。 日常生活中，應(yīng)用最多的電動機主要有 單相異步電動機、 三相異步電動機、步進(jìn)電 機、 伺服電 機 、永磁直流電機 等。以下是各電動機的 工作原理和特點 ： 單相異步電動機是靠 220V 單相交流電源供電的一類電動機，其由定子、轉(zhuǎn)子、軸承、機殼、端蓋等構(gòu)成。在交流電機中，當(dāng)定子繞組通過交流電流時，建立了電樞磁動勢，它對電機能量轉(zhuǎn)換和運行性能都有很大影響。所以單相交流繞組通過單相交流產(chǎn)生脈振磁動勢，該磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢 和，從而在氣隙中建立正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁場和。這兩個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并分別在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。該電流與磁場相互作用產(chǎn)生正、反電磁轉(zhuǎn)矩。這兩個轉(zhuǎn)矩疊加起來就是推動電動機轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩。單相異步電機的功率比較少，主要制成小型電機，而且使用的電源單一，使用范圍有限。 三 相 異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生的電動勢和電流，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節(jié)省各種材料。按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步 電動機可分為鼠籠式和繞線式兩種。鼠籠式轉(zhuǎn)子的異步電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到廣泛的應(yīng)用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式 三相異步電動機的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的啟動性能合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 和調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 步進(jìn)電機相對普通電機來說，它可以實現(xiàn)開環(huán)控制，即通過驅(qū)動器信號輸入端輸入的脈沖數(shù)量和頻率實現(xiàn)步進(jìn)電機的角度和速度控制，無需反饋信號。但是步進(jìn)電機不適合使用在長時間同方向運轉(zhuǎn)的情況，容易燒壞產(chǎn)品，即使用時通常都是短距離頻繁動作較佳 。一般步 進(jìn)電機的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。步進(jìn)電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點。步進(jìn)電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率的增大而相電流減少，從而導(dǎo)致力矩下降。步進(jìn)電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。 伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應(yīng)，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小 、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機可分為直流伺服電機和交流伺服電機兩大類，其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。直流伺服電機容易實現(xiàn)調(diào)速，控制精度高，但維護(hù)成 本高、操作麻煩；交流伺服電機維護(hù)方便，但價格高，精度沒有直流的好。 同步進(jìn)電機相比，伺服電機的伺服精度高，轉(zhuǎn)速范圍大，額定轉(zhuǎn)速內(nèi)恒扭矩輸出，多種控制模式；步進(jìn)精度低，轉(zhuǎn)速范圍小，控制模式只有脈沖，扭矩根據(jù)電流可調(diào)。 永磁直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。它是由一塊或多塊永磁體建立的直流電動機。電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和 集成電路等構(gòu)成，其 功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止、制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。主電路是一個典型的電壓型交 直 交電路，逆變器提供等幅等頻 526KHz 調(diào)制波的對稱交變矩形波。由于永磁直流電機是以自合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 控是運行的，所以不會像變頻調(diào)速下重載啟動的同步電動機那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負(fù)載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。 永磁直流電動機有一定的缺點。其壽命沒有異步電機的長，因為永磁電機 有永磁體，其磁性會慢慢減弱，會達(dá)不到額定功率。但永磁直流電動機可以提供較大的扭矩，而且節(jié)能效果和轉(zhuǎn)速方面都比異步電機好。 綜上所述，各種電動機都有著各自的優(yōu)缺點，適用范圍也不盡相同。行星減速器機械效率測試儀的電動機不需要特別大的輸出功率，只需要能便于調(diào)控輸入電壓，繼而實現(xiàn)控制轉(zhuǎn)速的作用，而且電動機要與相關(guān)的電氣裝置連接，便于記錄相關(guān)的電壓數(shù)值。我采用的電動機是交流電機，型號是 51K40AS3T。這種電動機散熱性能好，可用于長期運作的環(huán)境中；機體重量輕、振動小、噪音低 而且還具有防水、防塵、防腐、節(jié)能、高性能、高效率和使用壽命長等特點，是普通電機無可替