感应式电能表磁力轴承阻力矩测试仪

　　本文讨论的阻力矩不包括转盘转动切割永久磁通产生的制动力矩和切割交变磁通产生的自制动力矩。

　　1　测量原理

　　我们参考了电度表行业新标准(JB/T5467.2-2XXX)和文献[1],采用了运转法对感应式电能表磁力轴承的阻力矩进行测量。其主要思路是,给定转盘大于2π/s的初始角速度开始自行旋转,当角速度降到小于等于2π/s时,开始测量转盘每转一圈所需的时间(简称旋转周期),直至角速度降到小于等于0.6π/s时结束。转动角速度从2π/s降到小于等于0.6π/s测到的每圈的旋转周期是本仪器的基本测量数据,如图1所示。图中各个窄脉冲是由电度表转盘每旋转一周通过光电转换和整形电路发出的脉冲序列。

　　下面定义几个参数:

　　(1)第i个周期T_i

　　(2)第i个周期的平均角角速度ω_i

　　(3)从ω_i到ω_i+1的角加速度a_j

　　(4)从ω_i到ω_i+1的平均角速度

　　由测得的各周期T_i,计算出角加速度aj,平均角速度。以为横坐标,a_j为纵坐标,绘出各点(ωj,aj),并用一直线拟合这些测量点(称之为趋势线)(图2)。趋势线和纵坐标的交点就是=0的角加速度a0。

　　根据文献[1]中的计算公式计算阻力矩:

　　式中mi,di,i=1~5,分别是电能表转盘的圆盘、转轴、浇铅、配重和上磁钢的质量和直径,质量的单位是克(g),直径的单位是厘米(cm)。求转动系统阻力矩的关键是准确测量出电能表转盘的旋转周期。

　　2　硬件组成

　　硬件部分由AT89C2051单片机、光电脉冲形成、整形电路和RS232电平转换电路组成(图3)。其主要任务是接收PC机发来的命令,准确地测出转盘的连续旋转周期,并通过串行口实时发送给PC机。

　　运转法要求将电能表的制动磁钢去掉,并切断电流和电压线路,使电能表转盘以一定的转速自行旋转和自行制动;此外,测量装置不得与转盘接触,故采用光电非接触方法(图4)。图中转盘上涂了一矩形黑漆,其余部分是铝的本色。在转盘上方安置一单光束反射取样式光电传感器,当红外光束射在黑漆部分,反射光很弱,射在没有黑漆的部分反射光很强。用图5所示的电路将上述的两种不同的状态转换成高、低电平。红外光束射到黑漆部分,电路输出高电平;射到无漆部分,电路输出低电平。转盘旋转一周,光电转换电路发一正脉冲;经施密特反相器74HC14整形和反相,作为单片机的外部中断信号供单片机测时用。

　　RS232电平转换电路采用MAX202,将单片机的COMS电平转换为RS232电平。