基于電流頻譜的電機轉速測試儀

武劍鋒

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院無錫分院，無錫 214071）

1 轉速辨識原理

隨著電機在社會各方面使用越來越廣，關于電機轉速方面的測試也越來越急需，這里我們針對一種基于頻譜識別的方式研究的轉速測試儀。這里介紹的方法測試相關電流分量來計算電動機的速度。對稱的三相交流電施加到定子繞組上時，電磁感應現象產生相關的旋轉磁場。閉合的轉子繞組線圈在定子繞組的作用下利用旋轉磁場并切斷磁感應線，在繞組中產生感應電動勢和感應電流，這是磁電過程。載流導體通過磁場中的電磁力旋轉。于此，由于電磁感應現象，帶電的轉子繞組也會產生變化的磁場。定子繞組由轉子感應磁場改變，以產生相應的感應電流，這里的電流與轉子速度有關，相關的設計流程圖如以下所示。

圖1 轉速辨識原理圖

2 基于電流頻譜的轉速測試算法

利用基于轉子頻率的定子電流頻譜分析方法。該法由以下七部分組成：相關I（電流）數據采集，相關I（電流）解調，頻譜分析生成，頻譜細化生成，頻譜校正生成，相關頻率搜索以及最終速度計算。技術路線設計流程如下圖2。

3 硬件設計

本系統設計了一塊基于STM32F407VET 的高速采集板卡，采用6路差分放大電路對電流和電壓進行采集，可以很好的抑制外界信號的干擾和溫度變化產生信號的偏差。采用最先進的20位AD 采樣芯片AD7609對電壓和電流值進行采樣并進行模數轉換，將數字信號傳給CPU 芯片STM32F407VET 進行計算和數字信號處理，最后通過USB 高速傳輸芯片USB3300將經過CPU 處理過的數據傳輸給上位機進行計算分析。

4 系統測試分析比較

測試采用自主研制便攜式電機轉速儀與國家橋門式起重機械產品質量監督檢驗中心的電機綜合性能測試系統進行對比，來驗證便攜式電機轉速測試儀測試數據的準確性和穩定性。被測電機的銘牌參數如表1所示：

在試驗過程中采用控制負載電動機的負載數據，可以按順序設置負載系數倍數為1.25倍、1倍、0.75倍、0.5倍和0.25倍，然后對以上幾種工況下的電機相關轉速進行在線的辨識。所得測試結果經計算分析如下表呈現。

圖2 轉速辨識算法流程圖

表1 被測電機銘牌參數

表2 電機轉速辨識結果分析

5 結束語

通過表1的測試數據可以發現，本測試儀的轉速辨識算法辨識精度很高，在電機各工況下均適用，轉速誤差均能在1.5r/min以內。說明電機轉速是直接通過轉子的頻率得到的，只要進行準確的頻譜分析即能得到準確的轉速值。