Měření rychlosti stejnosměrného motoru | Výkonová elektronika

Elektromotory dnes najdeme téměř všude – od malých motorků, které vibrují mobilní telefony, přes zařízení v autech, která otevírají okna, posouvají sedadla a nastavují zrcátka, až po velké elektrické stroje, které pohánějí výtahy, čerpadla a stroje. K měření rychlosti otáčení elektromotorů se obvykle používají rotační snímače, mechanické nebo optické. Článek pojednává o technice, která umožňuje měřit rychlost otáčení stejnosměrných motorů bez speciálních obvodů nebo zařízení. Místo toho můžete použít zdroj, ze kterého je motor napájen, pokud je správně vybrán.

Většina programovatelných laboratorních napájecích zdrojů (LPS) má vestavěný voltmetr a ampérmetr pro měření výstupního proudu a napětí (obrázek 1). Pokud je elektromotor napájen z takového zdroje, pak se na IP displeji zobrazí napětí na motoru a jím odebíraný proud. Ale na rozdíl od univerzálních stolních voltmetrů a ampérmetrů má vestavěný ampérmetr tři důležité výhody, které vám umožňují měřit proud odebíraný zátěží z napájecího zdroje lépe než jakýkoli digitální multimetr.

Obr. 1. Stolní napájecí zdroj s vestavěným měřičem proudu a napětí

Za prvé, typický digitální multimetr v režimu ampérmetru měří proudy maximálně 10 A, zatímco ampérmetr zabudovaný v napájecím zdroji je schopen měřit maximální proud tohoto zdroje, který může dosahovat desítek nebo dokonce stovek ampér.

Za druhé, vestavěný ampérmetr nevytváří pokles napětí v napájecím obvodu. Pokud například motor odebírá proud 5 A, je pravděpodobné, že napětí na měřicím bočníku DMM při měření proudu klesne na 500 mV. Tento jev se nazývá pokles napětí elektroměru a způsobuje pokles maximálního napětí na poháněném motoru v důsledku skutečnosti, že ampérmetrový měřící bočník vytváří dodatečné zatížení v napájecím obvodu. Vestavěný ampérmetr tuto nevýhodu nemá. Zdroj nadále vydává nastavené napětí bez ohledu na odebíraný proud – samozřejmě za předpokladu, že odebíraný proud nepřekročí maximální výstupní proud zdroje, a také při použití propojovacích vodičů příslušného průřezu [1].

Za třetí, vestavěný ampérmetr nevyžaduje přerušení napájecího obvodu mezi zdrojem a motorem. Pro měření proudu konvenčním ampérmetrem musí být připojen k přerušení vodiče spojujícího napájecí zdroj se zátěží. A vestavěný ampérmetr nevyžaduje přerušení propojovacích vodičů.

Pro měření rychlosti stejnosměrného motoru pomocí IM je v podstatě potřeba měřit proud odebíraný motorem pomocí vestavěného ampérmetru. Když vidíte skutečný tvar spotřebovaného proudu, jak ukazuje ampérmetr, můžete snadno vypočítat otáčky motoru. Pro měření rychlosti otáčení elektromotoru tedy budete potřebovat napájecí zdroj s funkcí přesného měření proudu.

Typický napájecí zdroj bude s největší pravděpodobností používat vestavěný ampérmetr, který změří průměrnou hodnotu proudu za několik desítek milisekund (nebo možná více). To znamená, že výsledky takového měření nebudou odrážet skutečný tvar odebíraného proudu, ale budou představovat jednu průměrnou hodnotu za nějaký dost velký časový interval. Pro měření rychlosti motoru potřebujete napájecí zdroj, který dokáže digitalizovat aktuální hodnoty rychlostí několika tisíc vzorků za sekundu.

Moderní výkonné napájecí zdroje mohou digitalizovat proud odebíraný motorem a přenášet průběh pro vizualizaci a analýzu (obrázek 2). Příkladem takového zdroje je vysoce výkonný stejnosměrný napájecí systém Keysight N7900. S maximálním výstupním proudem až 200 A a napětím až 160 V nabízí tato řada přístrojů komplexní a přesné možnosti měření proudu, které zvládne i vysoce výkonné motory. A řídicí a analytický software Keysight 14585A umožňuje vizualizovat informace o signálu a určit rychlost motoru bez dalších senzorů.

Obr. 2. Výsledky měření

Zkoumáním odběru proudu stejnosměrného motoru, digitalizovaného vestavěným ampérmetrem vysoce výkonného napájecího zdroje, lze určit otáčky motoru pomocí značek pro měření tvaru odběru proudu. Rotor tohoto motoru má 12 vinutí, takže na otáčku připadá 12 proudových impulsů. Nastavením oranžových značek tak, aby se mezi ně vešlo přesně 12 pulzů, dostaneme dobu rotace 35,7 ms, což odpovídá rychlosti rotace 1680 ot./min. Signál byl zachycen pomocí softwaru Keysight 14585A. Další informace viz [2].

Obr. 3. Keysight Performance Power System (APS)

Keysight Advanced Power System (APS) (obrázek 3) je 24-modelová řada stejnosměrných napájecích zdrojů, které dodávají až 160 V, 200 A a až 1000 1 W pro 2000U (nahoře) a 2 7900 W pro zařízení s výškou 200U (dole). ). Řada N512 dokáže přesně měřit dynamické proudy, jako jsou proudy motoru, se vzorkovací frekvencí 14585 kSa/sa vyrovnávací paměťovou kapacitou 3 kSa. V kombinaci s APS pomáhá řídicí a analytický software Keysight XNUMXA inženýrům rychle nastavit návrhy měření a spustit testy a poté si prohlédnout výsledky [XNUMX].

1. http://electronicdesign.com/test-amp-measurement/remote-sensing-improves-voltage-sourcing-high-current
2. keysight.com/find/14585A
3. keysight.com/find/APS