电机转速测量及频压转换.ppt

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1、工业系统测量,转速测量及频压转换,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,2,引言,现实生活中，经常需要获取物体运动的速度：比如：汽车是否超速？摩托车的速度表，控制系统中电机的转速等等。经常涉及对旋转机械转速进行精确的测量和控制；思考：如何获得测量速度呢？,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,3,转速的测量方法,电脉冲式转速传感器（nf）光电式转速传感器（绕轴旋转的光栅光电对管）磁电式转速传感器（转子和定子之间气隙构成的磁路周期性变化，引起工作磁通周期性的变化）直接通过 f 来测转速（脉冲计数）单位时间的脉冲数k经历固定脉冲数所花的时间t将 f 转换为电压V测速（F/V转换）,

2、2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,4,引言,速度测量中通常需要进行机械上的速度升降，以适合于传感器的测量范围；实现速度升降的常见机构有：带轮、链轮、齿轮、摩擦轮等；本实验中使用带轮机构；使用“码盘光电对管”作为速度传感器，实现转速n频率f的转换，码盘一般与被测轮同轴安装；为了把频率f电压uo，需要频压转换（F-V）。此处，我们使用2907实现频压转换。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,5,带传动机构,变速比：,工作原理：由两个带轮和一条传动带组成，靠传动带与轮之间的摩擦力传递运动和动力，一般用于两个平行轴之间传递定轴转动和动力；主动轮也称原动轮、输入轮，从动轮也称被动

3、轮、输出轮，输入轮常由电动机、内燃机等原动机拖动。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,6,带传动机构,带传动机构的主要优点：结构简单，可以缓冲、吸收振动、具有过载安全性，可以在距离较远的两个轴之间传递转动；缺点：传动带与轮之间存在相对滑动，使传动精度降低，不适于频繁改变转动方向的场合，为减少滑动，要增加传动带与带轮之间的摩擦，或将传动带张紧，但这将增大轮轴的径向压力，从而加剧轴和轴承的磨损，降低机械效率。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,7,光电信号转换光电器件,光电器件的工作原理：电流的作用能使半导体材料发出可见光或红外线；光的照射能改变半导体材料的导电性能。光电传

4、感器：把光信号转换为电信号的光电耦合器件作用：检测可见光和不可见光；种类：光电二极管、光电三极管、集成光电传感器等。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,8,光电信号转换光电对管,导通,截止,限流电阻,光电对管的组成：发光二极管和光电三极管；发光二极管发出红外光，光电三极管接收红外光；串联在电路中的电阻起限流作用；未遮挡时，光电三极管的c极和e极在光照作用下导通，输出为0.3V的低电平；遮挡时，光电三极管由于没有光照作用，c极和e极不导通，输出为10V高电平，,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,9,码盘式转速测量原理,脉冲信号,波形不适当需要整形,“码盘+光电对管”构成了

5、码盘式转速测量传感器，将码盘的转速n转换为光电对管的脉冲输出，频率为f；码盘上2m条黑白条纹相间，则一转输出m个脉冲信号，周期为T(单位为s)，即频率为f，则转速n为60f/m转每分；特殊：当m=60时，n和f 在数值上相等。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,10,转速测量中的信号调理脉冲整形,问题：光电对管的输出uo并非理想的矩形脉冲信号，可能会引起误码；解决：用比较器对uo进行整形，使上下沿变陡。Vi=Vr-uiuo=AViuiVrVi010V,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,11,比较器电路,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,12,比较器电路的应用

6、,超限报警电路：利用比较器实现。,当输入电压小于2V时，输出端电压为0，发光二极管不发光；当输入电压大于2V时，输出突跳到10V输出，发光二极管发光报警。,使用该电路可以实现超限报警，调节可变电阻可以改变报警阈值,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,13,转速测量系统框图,码盘+光电对管构成转速测量传感器，经过传感器，转速信号转换为高低电平渐变的脉冲信号；调理电路中采用整形电路，将高低电平渐变的脉冲信号转换为高低电平突跳的理想脉冲信号；经过F/V转换电路将脉冲信号转换为电压输出，送给显示装置。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,14,转速测量中的信号调理F/V转换,F/V

7、转换原理：,F/V转换实现：,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,15,2907F/V转换电路,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,16,转速测量电路,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,17,训练内容1：光电对管输出电平观察,在面包板上连接电路，完成光电信号转换。间断地遮挡光电对管的光路，观测光电三极管c极（集电极）电平的变化，记录结果。透光：uo=V；遮光：uo=V思考：MOC70T3光电对管的工作电压为10V。MOC70T3发射端的工作电流一般为510mA，超过10mA时，容易烧坏器件,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,18,实验元件使用注意严重

8、警告！,千万别接错，否则元件烧毁,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,19,光电对管输出电平观察接线示意图,接线要求：横平竖直避免交叉少用导线,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,20,训练内容2：光电码盘与整形电路测试,器材：自制转速测量装置电路连接：装置示波器电源IN（整形前）CH1OUT（整形后）CH2GND地线 GND+15V 电源操作：摇动手柄，改变转速，观察整形前、后的波形。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,21,训练内容2：转速装置及速度测量,操作：摇动手柄，改变转速，观察整形前、后的波形。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,22,训

9、练内容3：整形电路测试,在面包板上连接整形电路。输入ui：三角波，f=1 000Hz，uip-p=2V，直流电平+1V+3V 连续调节数据记录：用示波器观测输入、输出信号波形，记录+1V和+3V时的输入输出波形。将51kW电阻换成100kW电位器输入ui：三角波，f=1000Hz，直流电平为+2V，uip-p=2V。调节电位器使比较电平Vr 从0V5V，观察输入、输出波形。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,23,整形电路面包板测试接线示意图,接线要求：横平竖直避免交叉少用导线,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,24,整形电路测试,训练内容1-信号整形：ui：三角波，f

10、=1KHz，uip-p=2V，直流电平 0V+3V 连续调节（OFFSET）用示波器观测直流电平为0V和+3V时，ui、uo波形。将10kW电阻短路输入ui：三角波，f=1 000Hz，直流电平为0V，uip-p=1V。观察输入、输出波形。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,25,训练内容4：F/V转换特性的测试,电路连接：电源 10V；fin 信号发生器提供一个输入信号，接信号输出端；GND地线 所有地线共到一起；CV（uo放大前）万用表红表笔或者示波器信号输入端；Vo（uo放大后）万用表红表笔或者示波器信号输入端。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,26,实验电路板

11、简介,F/V转换,C2,fin,W1,W3,CV（uo放大前）VO（uo放大后）,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,27,F/V转换特性的测试思考,如校准目标是5V，CV最大只有2V，如何解决？加入两级反相放大器uo=KVccRC1fin：调整Vcc、R、C1的参数写出F/V输出电压uo与转速n的关系,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,28,F/V 转换特性的测试,电路校准：fin=02000Hz uo=02V校准信号（函数信号发生器）：方波，fin=2 000Hz，直流电平为零，uip-p=12VC2=1mF校准：W1 CV(uo)=2V；W3 Vo=5V频率电压转换

12、关系测试：fin：02000Hz，每隔200Hz测一个点，记录 uo(CV)值。在坐标纸上画出F/V转换电路的fin-uo曲线。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,29,训练内容5：F/V转换纹波与响应速度,不接电容，观察电荷泵输出恒定脉宽的信号。F/V转换纹波的观察fin=1 000Hz，分别取 C2=1mF、0.01mF、20mF 观测CV（uo）的纹波，记录纹波的峰-峰值。F/V转换响应速度的观察分别取 C2=1mF、0.01mF、20mF，在02 000Hz范围内快速改变fin，用示波器观察输出电压CV（uo）随频率fin变化的快慢。思考：随着滤波电容C2的增大，纹波，响应

13、速度。选取F/V转换的滤波电容C2有什么原则？,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,30,训练内容5：F/V转换纹波与响应速度,当输入信号的频率过高时，输出电压不再随频率线性增加；（原因是此时脉宽比输入信号半个周期还要宽）而当输入信号频率过低时，输出电压会有波动，不稳定；所以输入信号过高或过低系统都不能很好的工作，所以系统只能工作在这个频率范围之内，这个频率区间称为系统的带宽。而元件只能工作在最高频率之下，这个最高频率以下的区间也称为元件的带宽。设计时，应该让系统工作在带宽范围之内。,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,31,思考,会根据信号的波形参数和整形要求选择比较电平、计算分压电阻值；写出F/V输出电压uo与转速n的关系。C2取值有什么原则？有的工业系统中不允许传动机构发生相对滑动，应采取什么传动机构？列举转速测量在工业中的应用,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,32,思考：找出与F/V转换装置的对应物,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,33,小结,2023/11/4,西安交通大学工程训练中心,34,光电信号转换光电对管,导通,截止,思考：如何把输出逻辑变反？透光1；遮光0,限流电阻,