2005 年 11 月
农 机 化 研 究
第 6 期
步进电机扭矩测量试验台系统的设计
惠 健
101400）
（北京京北职业技术学院，北京 摘
要 ：专 用 电 机 扭 矩 测 量 仪 器 精 度 高 ，但 价 格 昂 贵 ，操 作 复 杂 ，长 时 间 使 用 会 出 现 误 差 。步 进 电 机 扭 矩
测 量 试 验 台 系 统 采 用 单 相 交 流 电 机 作 负 载 ，使 用 标 准 扭 矩 仪 对 该 系 统 进 行 标 定 来 对 待 测 调 速 电 机 进 行 扭 矩 测 量 。为 此 ，介 绍 了 一 种 电 机 扭 矩 测 量 系 统 的 构 成 与 工 作 原 理 。该 系 统 以 单 片 机 为 核 心 ，组 成 扭 矩 测 量 与 显示系统，可以较好地实现电机扭矩在线测量，具有较好的经济效益。 关键词：电工学；步进电机；设计；扭矩测量；电机负载 中 图 分 类 号 ： TM343 + .1 文献标识码：A 文 章 编 号 ： 1003— 188X(2005)06— 0154— 02
1
[1,2]
系统组成及工作原理
专业变速电机扭矩实验台是采用涡流损耗原理 ，如图 1 所示。由于其制作复杂、成本高，为适应
调速电机转子旋转而带动负载电机转子旋转时，负载 电机转子切割磁通，会感应电势，产生涡流。涡流电 流与直流磁场相作用在转子上产生转矩，此转矩是制 动力矩。若切断待测调速电机电源，靠转子惯性维持 空转，此转矩使待测调速电机迅速停车。待测调速电 机若要维持转矩平衡，必须增加滑差，输入适当有功 功率以加大其电磁转矩，使其电磁转矩与涡流制动力 矩相平 这就使待测调速电机带上了负载 [1]。
转速显示 转矩显示 电流显示
小企业应用，设计了如图 2 所示的变速电机扭矩测量 系统。在本系统中，负载电机选用单相交流电机，去 掉负载电机的启动电容，只使用其中一个定子绕组。 当此绕组中通过直流电流时，会对转子产生磁吸力。 定子绕组中的电流大小，是由一个串联的电位器来调 节，并以此调节磁吸力，测量后得到的定子绕组电流 送至电流显示模块。此时，待测调速电机转子与负载 电机转子连接，即两转子转速相同。通过固定在负载电 机转子上的一个码盘来获得待测调速电机转速， 此转速 送转速显示模块 [3,4] 。 测得负载电机定子绕组电流值与 待测调速电机转子转速后，经过查表、计算，即可得 到相应扭矩值。
电 流 调 节 A 测功仪 N 转矩测 直流 稳压 电源 量仪 S S 图1 待测调速电机 转矩指示器 调速控制器 调速控制器
放大器 直流 稳压 电源 电流 调节 电 流 取 释 转速 信号 转速 脉冲 产生 电路
A/D
计 算 机 转 速 调 节
调速控制器
连接器 连接器 图2
连接器 转矩负载电机
码盘
待测调速电机
应用查表法的 机调速电机转矩测量实验台原理框图
待测调速电机输出功率应与负载电机涡流损耗平 衡。与此同时，负载电机转子上的涡流所形成的磁场 也会给定子一个大小相等、方向相反的反作用电磁转 矩，这个转矩反映了负载电机负载转矩的大小。欲加 大待测调速电机的负载，应加大负载电机定子的接入 电流。以单相交流电机作为负载，其线性度并不好； 但是在本系统中，只要求负载可重复性好，而且单相 交流电机价格便宜、通用性强、货源充足，因此选择 单相交流电机作为负载，其经济性、通用性都很好。 2.2
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一般变速电机转矩实验台测量示意图
2
2.1
硬件系统特点
单相交流电机负载 在负载电机定子中输入一个直流激磁电流，可产
生直流磁通，其通过转子作为磁回路而闭合。当待测
收稿日期：2004-09-15 作者简介：惠 健 （ 1978- ） 男 ， 河 北 滦 县 人 ， 硕 士 ， E-mail ） ， （ hanxuejian@tom.com。
转子转速与定子绕组电流的测量
2005 年 11 月
农 机 化 研 究
第 6 期
测转速码盘每旋转 1 周产生 120 个脉冲。产生的 脉冲信号整形后，经过一个 D 触发器 74LS74 二分频。 D 触发器 Q 端输出的脉冲送入单片机
[5,6]

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