電機離心開關斷開轉速測量儀的製作方法
2023-05-30 06:39:06
專利名稱：電機離心開關斷開轉速測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機電測量儀器，具體地說是一種單相電容啟動異步電機離心開關斷開轉速測量儀。
單相電容啟動異步電動機有一項技術指標是檢測電機啟動過程中離心開關斷開瞬間的轉速。關於其測定方法，在國家標準GB9651-88《單相異步電動機試驗方法》中有如下敘述14、啟動過程中啟動元件斷開轉速的測定啟動過程中電機的啟動元件斷開轉速測量方法有下列兩種a、記錄儀表或轉矩測量儀法；b、拖動法；14.1、記錄儀表或轉矩測量儀法；用記錄儀表或轉矩測量儀表錄取轉矩-轉速曲線。啟動過程中電機的啟動元件斷開，轉速從曲線上求取。
14.2拖動法；用可調速的電動機作為原動機，拖動被動電機空轉，在被試電機啟動元件迴路中(不包括啟動繼電器)串接一指示燈或電壓表，並施以適當電壓。調節原動機的轉速由低速逐漸升高，應隨時測量電機轉速及觀察指示燈或電壓表的指示(此時應為通路)。當指示燈熄滅或電壓指針回零。此瞬時的轉速即為啟動元件的斷開轉速。
上述兩種方法在實施中所存在的不足是需要相當大的設備投入，操作比較費事，測量準確度不高，因而實際上很少被採用。
本實用新型的目的是提供一種結構簡單、操作方便、測量準確的單相電容啟動異步電機離心開關斷開轉速測量儀。
本實用新型的目的是按以下方式實現的，通過監測啟動電容上的電壓，同時不斷地測量電機的瞬時轉速。當電機啟動後離心開關未斷開時，啟動電容器上有相當大的交流電壓。當離心開關斷開瞬間，啟動電容器上電壓的特點是保存某一直流電壓，此後可能逐漸衰減，但不再交變。這時的電機轉速即是要測定的離心開關斷開轉速。
電路的工作原理如下
(一)啟動電容器電壓的監測如電路原理圖所示，在啟動電容器兩端通過一個高阻值電阻並聯了兩套正反向半波整流和電容濾波電路，其負載是光電元件初級。光電元件的作用是隔離交流電壓。光電元件次級電路的A點、B點分別通過比較器之後作為「與」門的輸入。這樣，「與」門的輸出信號就能反映啟動電容器上的電壓情況。
在電機啟動過程中，啟動電容器上有一定數值的交流電壓，通過半波整流和濾波電路驅動光電元件，使得A點和B點都維持較高電平，「與」門輸出為「1」。
當電機啟動過程將近結束時，離心開關斷開。假設啟動電容器上瞬時電壓的極性為1正2負，則通過R11、D1支路放電，因放電時間常數較大，也許還能使A點維持一定時間的較高電平。但在另一支路，電容C5的殘存電壓向R14和光電元件初級放電，此放電時間常數很小，很快就使B點電平變低，從而使「與」門輸出變為「0」。
離心開關斷開後，「與」門從「1」變為「0」有一點延時，這一延時將直接影響測速精度。為了減小這一延時，A點和B點信號在接入「與」門之前先經這比較器。實測「與」門動作延時小於10ms，估算對於所測轉速造成的誤差在1％以內。
這一監測電路所取電流只有幾個mA，因而對於電機啟動性能沒有什麼影響。
(二)電機轉速的測量在電機軸伸端沿圓周方向纏一圈一定寬度的白色膠紙，在相隔180度位置各畫一條2-3mm寬的黑色軸向線(或者在黑色膠帶底子上貼白色紙條)。將安裝在一個支架上的漫反射式光電開關對準膠紙。發光元件將光線射到膠紙上，如果射到白底，受光元件接收到反射光，光電開關輸出高電平；如果射到黑線，則沒有反射光，光電開關輸出低電平。這樣，當電機轉動時，光電開關電路輸出脈衝序列，相鄰脈衝的間隔時間反映了電機的瞬時速度。
(三)離心開關斷開時電機轉速的測量在電路原理圖中，光電開關的輸出脈衝接到單片機的T1腳。定時器T1工作於方式1，記數，初值為FFH，每來一個脈衝，T1就申請一次中斷。定時器T0工作於方式1，定時，初值為0。當T1中斷時，T0停止記時，將記時值(此值即光電開關輸出的相鄰脈衝的時間間隔)保存起來，然後再次開始記時。
當電機的離心開關斷開瞬間，「與』門輸出一個下降沿。觸發INTO中斷請求。由於定義INTO的中斷優先權高，因而立即響應中斷。在其中斷服務程序中，停止T1和T0工作。根據上一次保存的記時值計算出電機轉速，算式為離心開關斷開轉速＝60/(記時值×N×12×晶振周期)單位為r/m。式中N-一周的反光條數；12×晶振周期-單片機定時器的基本記時脈衝周期。將此轉速值轉換為4位BCD碼，通過P0、P1口和驅動器，在4位數碼管上顯示出離心開關斷開時的電機轉速值(單位r/m)。
附
圖1為電機離心開關斷開轉速測量儀的電路原理圖；附圖2為電機離心開關斷開轉速測量儀的電路原理框圖。
參照說明書附圖對本實用新型的電機離心開關斷開轉速測量儀作以下詳細地說明。
本實用新型的電機離心開關斷開轉速測量儀，其結構是由數據處理電路A、啟動電容器電壓監測電路B、電機轉速測量電路C及穩壓電源D構成，啟動電容器電壓監測電路B、電機轉速測量電路C與數據處理電路A及穩壓電源D連接在一起。
數據處理電路A是由CPU集成電路IC1、數碼顯示驅動集成電路IC2-IC13、電阻R1-R10、電容C1-C3、晶振JT、及數碼顯示器LED組成，CPU集成電路IC1的P0.7-P0.0腳分別串接數碼顯示驅動集成電路IC2-IC9與數碼顯示器LED的1-8腳相接，CPU集成電路IC1的P1.3-P1.0腳分別串接數碼顯示驅動集成電路IC10-IC13與數碼顯示器LED的9-12腳相接，電阻R3-R10串接在數碼顯示電路LED與CPU集成電路IC1的VCC腳及EA腳之間，VCC腳及EA腳接電源正極+5V，晶振JT與CPU集成電路IC1的XTAL1腳和XTAL2腳並接，電容C1、C2串接在晶振JT的兩端，電容C1、C2的中間接點與CPU集成電路IC1的VSS腳並接接地，電容C3串接在CPU集成電路IC1的RESET腳與電源正極+5V之間，電阻R1按鈕開關K串聯後接在電容C3的兩端，電阻R2並接在CPU集成電路IC1RESET腳與地線之間。
啟動電容器電壓監測電路B是由光電管GD1、GD2集成電路IC14、IC15、電阻R11-R21、二極體D1、D2及電容C5-C7及IC19組成，光電管GD1的1腳串接二極體D1、電阻R11與啟動電容CS的一端相接，光電管GD1的2腳串接電阻R12與啟動電容CS的另一端相接，光電管GD1的3腳接電源+5V，光電管GD1的4腳串接電阻R13與地線相接，電容C4並接在光電管GD1的1腳與啟動電容CS之間，光電管GD2的2腳串接二極體D2與二極體D1的正極相接，光電管GD2的1腳串接電阻R14與啟動電容CS相相接，電容C5並接在光電管GD2的2腳與啟動電容CS之間，光電管GD2的4腳串接電阻R15接地，光電管GD2的3腳接電源+5V，集成電路IC14的1腳串接電阻R16與電源+5V相接，串接電阻R17與地線相接，2腳與光電管GD1的4腳相接，3腳接電源+5V，4腳與集成電路IC19的2腳相接，5腳接地，電阻R18並接在集成電路IC15的3、4腳之間，電容C6並接在4、5腳之間；集成電路IC15的1腳串接電阻R19與電源十5V相接，串接電阻R20與地線相接，2腳與光電管GD2的4腳相接，3腳接電源+5V，4腳與集成電路IC19的3腳相接，5腳接地，電阻R21並接在集成電路IC14的3、4腳之間，電容C7並接在4、5腳之間，集成電路IC19的1腳與集成電路IC1的INT0腳相接。
電機轉速測量電路C是由集成電路IC16、三極體T1、二極體D3-D5、電阻R22組成，集成電路IC16的1腳串接發光二極體D4與三極體T1的基極相接，IC16的2腳與二極體D3的負極、三極體T1的發射極相接，三極體T1的集電極與集成電路IC1的T腳相接，二極體D3的正極接電源+12V輸出，電阻R22、二極體D5並接在三極體T1的集電極與地線之間。
穩壓電源D是由時間繼電器線圈J、時間繼電器延時觸點JK、濾波器LB、變壓器B、整流器Q、穩壓集成電路IC17、IC18、電阻R22、電容C8-C11組成，時間繼電器J、濾波器LB與變壓器B的初級繞組並接，電阻R22及電容C8串聯後接在市電的火線與地線之間，時間繼電器延時觸點JK串接在市電的火線上，變壓器B的次級繞組與整流器Q的交流端相接，整流器Q的直流輸出正極與穩壓集成電路IC17的1腳相接，集成電路IC17的2腳與集成電路IC18的1腳相接提供+12V輸出，集成電路IC18的2腳提供+5V輸出，穩壓集成電路IC17、IC18的3腳接地，電容C9並在整流器Q的正負極電源輸出之間，電容C10並接在電源+12V輸出與地線之間，電容C11並接在+5V電源輸出與地線之間，整流器Q的負極輸出接地。
實施例本實用新型的單相電容啟動異步電機離心開關斷開轉速測量儀其加工製作簡單方便，按說明書附圖所示加工製作即可。電路中所使用的電子原器件均為市場銷售產品。只要按電路圖所示安裝無誤即可達到技術要求。
電路中所使用的集成電路的型號分別為IC1為87C51單片機；IC2-IC9為7406非門驅動器；IC10-IC13為75452與非門驅動器；IC14、IC15為LM393比較器；IC16為012-M6112PA光電開關；IC17為7812三端穩壓器；IC18為7805三端穩壓器；IC19為74LS08與門。
按鈕開關K為復位按鈕；時間繼電器J與JK的作用是使測量儀在被測電機啟動後經短暫延時才開始工作，避免電機啟動可能給測量儀帶來幹擾。
本實用新型的單相電容啟動異步電機離心開關斷開轉速測量儀和現有技術相比，具有以下優點1、操作方便測試時只有4個接線點-接電機的交流電源兩端和起動電容器兩端；另外在電機軸伸端纏上一圈帶有反差色條的膠帶，將光電開關對準。測試完畢即可從數碼管讀出轉速值。
2、通用性強對於有同功率、極數的單相電機，此測試儀均能適用。
3、測量準確在上述工作原理說明中已提到影響測試準確度主要因素是「與」門動作稍有延時，對於轉速測量帶來的誤差小於1％。
4、儀器成本低從電路原理圖可以看出，此測試儀包含的元器件不多，成本約400元。
根據上述等特點，該單相電容啟動異步電機離心開關斷開轉速測量儀將具有很好的推廣使用價值。
除說明書所述的技術特徵外，均為本專業技術人員的已知技術。
權利要求1.電機離心開關斷開轉速測量儀，包括數據處理電路A、啟動電容器電壓監測電路B、電機轉速測量電路C及穩壓電源D，其特徵在於啟動電容器電壓監測電路B、電機轉速測量電路C與數據處理電路A及穩壓電源D連接在一起。
2.根據權利要求1所述的電機離心開關斷開轉速測量儀，其特徵在於數據處理電路A是由CPU集成電路IC1、數碼顯示驅動集成電路IC2-IC13、電阻R1-R10、電容C1-C3、晶振JT、及數碼顯示器LED組成，CPU集成電路IC1的P0.7-P0.0腳分別串接數碼顯示驅動集成電路IC2-IC9與數碼顯示器LED的1-8腳相接，CPU集成電路IC1的P1.3-P1.0腳分別串接數碼顯示驅動集成電路IC10-IC13與數碼顯示器LED的9-12腳相接，電阻R3-R10串接在液晶顯示電路LED與CPU集成電路IC1的VCC腳及EA腳之間，VCC腳及EA腳接電源正極+5V，晶振JT與CPU集成電路IC1的XTAL1腳和XTAL2腳並接，電容C1、C2串接在晶振JT的兩端，電容C1、C2的中間接點與CPU集成電路IC1的VSS腳並接接地，電容C3串接在CPU集成電路IC1的RESET腳與電源正極+5V之間，電阻R1按鈕開關K串聯後接在電容C3的兩端，電阻R2並接在CPU集成電路IC1RESET腳與地線之間。
3.根據權利要求1所述的電機離心開關斷開轉速測量儀，其特徵在於啟動電容器電壓監測電路B是由光電管GD1、GD2集成電路IC14、IC15、電阻R11-R21、二極體D1、D2及電容C4-C7及IC19組成，光電管GD1的1腳串接二極體D1、電阻R11與啟動電容CS的一端相接，光電管GD1的2腳串接電阻R12與啟動電容CS的另一端相接，光電管GD1的3腳接電源+5V，光電管GD1的4腳串接電阻R13與地線相接，電容C4並接在光電管GD1的1腳與啟動電容CS之間，光電管GD2的2腳串接二極體D2與二極體D1的正極相接，光電管GD2的1腳串接電阻R14與啟動電容CS相相接，電容C5並接在光電管GD2的2腳與啟動電容CS之間，光電管GD2的4腳串接電阻R15接地，光電管GD2的3腳接電源+5V，集成電路IC14的1腳串接電阻R16與電源+5V相接，串接電阻R17與地線相接，2腳與光電管GD1的4腳相接，3腳接電源+5V，4腳與集成電路IC19的2腳相接，5腳接地，電阻R18並接在集成電路IC14的3、4腳之間，電容C6並接在4、5腳之間；集成電路IC15的1腳串接電阻R19與電源+5V相接，串接電阻R20與地線相接，2腳與光電管GD2的4腳相接，3腳接電源+5V，4腳與集成電路IC19的3腳相接，5腳接地，電阻R21並接在集成電路IC15的3、4腳之間，電容C7並接在4、5腳之間，集成電路IC19的1腳與集成電路IC1的INT0腳相接。
4.根據權利要求1所述的電機離心開關斷開轉速測量儀，其特徵在於電機轉速測量電路C是由集成電路IC16、三極體T1、二極體D3-D5、電阻R22組成，集成電路IC16的1腳串接發光二極體D4與三極體T的基極相接，IC16的2腳與二極體D3的負極、三極體T1的發射極相接，三極體T1的集電極與集成電路IC1的T1腳相接，二極體D3的正極接電源+12V輸出，電阻R22、二極體D5並接在三極體T的集電極與地線之間。
5.根據權利要求1所述的電機離心開關斷開轉速測量儀，其特徵在於穩壓電源D是由時間繼電器線圈J、時間繼電器延時觸點JK、濾波器LB、變壓器B、整流器Q、穩壓集成電路IC17、IC18、電阻R22、電容C8-C11組成，時間繼電器J、濾波器LB與變壓器B的初級繞組並接，電阻R22及電容C8串聯後接在市電的火線與地線之間，時間繼電器延時觸點JK串接在市電的火線上，變壓器B的次級繞組與整流器Q的交流端相接，整流器Q的直流輸出正極與穩壓集成電路IC17的1腳相接，集成電路IC17的2腳與集成電路IC18的1腳相接提供+12V輸出，集成電路IC18的2腳提供+5V輸出，穩壓集成電路IC17、IC18的3腳接地，電容C9並在整流器Q的正負極電源輸出之間，電容C10並接在電源+12V輸出與地線之間，電容C11並接在+5V電源輸出與地線之間，整流器Q的負極輸出接地。
專利摘要本實用新型提供一種單相電容啟動異步電機離心開關斷開轉速測量儀,其結構是由數據處理電路A、啟動電容器電壓監測電路B、電機轉速測量電路C及穩壓電源D構成,啟動電容器電壓監測電路B、電機轉速測量電路C與數據處理電路A及穩壓電源D連接在一起。該儀器與現有技術相比具有1.操作方便；2.通用性強；3.測量準確；4.儀器成本低等特點,因而具有很好的推廣使用價值。
文檔編號G01P3/36GK2384222SQ9922219
公開日2000年6月21日 申請日期1999年9月6日 優先權日1999年9月6日
發明者徐仁貴, 王普, 張鵬 申請人:徐仁貴, 王普, 張鵬