原动机及其调速系统模拟中测速方法研究

    0　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。在原动机及其调速系统的模拟中,精确快速测量发电机的转速关系到整个模拟系统动态性能和稳态误差。电机测速有多种多样的方法,在实用中根据不同的环境及场所要求,选择合理的反馈器件及测速方法,对提高电机的调速具有重要意义。

    1 　转速测量方法简介

    转速测量的方法与选用的传感器类型有关,概括起来主要有脉冲数字式、电压模拟式和专用集成电路方式等,选配时要根据不同的使用场合,全面衡量。在原动机及其调速系统模拟中,与之相适应的测速方法主要有:直流测速发电机(永磁与无刷)、数字式编码器(M/T法与F/V法)及其它间接测量方法等。

    1.1　永磁直流测速

    永磁直流测速发电机以其灵敏度高、线性误差小、受温度变化的影响小、结构简单、耐振动冲击、极性可逆等优点,早期受到广泛应用,但由于电刷和换向器的存在带来一些弊病:如可靠性差,使用环境受到限制,电刷与换向器的摩擦,增加了被测电机的粘滞转矩;电刷的接触压降造成了输出低速时的不灵敏区,如图1所示。

    电刷与换向器的间接接触或不良接触引起射频噪声,产生无线电干扰的高频纹波;以及电压降引起电压的不稳定等。以上缺点都是有刷直流发电机固有的,有些缺点可通过特殊设计、补偿及滤波的方法来解决。

    由于存在死区和非线性,以及误差较大,很难满足高精度测速的要求,特别是采用微机进行转速控制的系统还需要进行A/D转换[1]。

    1.2　无刷直流测速

    无刷直流测速发电机从根本上取消了电刷与换向器这种接触装置,改善了测速发电机的性能,提高了可靠性,是直流测速发电机的一个发展方向,产品的无刷化已成为一个发展的趋势。主要有方波无刷直流测速发电机、霍尔无刷直流测速发电机、环形转子无刷直流测速发电机以及二极管整流无刷直流测速发电机等。

    1.3　M/T法测速

    该方法属于数字式测速,通常由光电脉冲编码器、直线光栅尺、感应同步器、直线磁栅尺等传感器等来完成。通过检测红外式旋转编码器与转速成正比的脉冲,然后计算转速。数字测速方法有M法、T法和M/T法。

    数字测速指标包括:

    1)分辨力。改变一个计数字所对应的转速变化量来表示分辨力,用符号Q表示。转速由n₁变为n₂时,引起记数值改变了一个字,则该测速方法的分辨力是Q=n₂-n₁。Q越小,说明该测速方法的分辨能力越强。