專利名稱：旋轉(zhuǎn)電機(jī)性能測(cè)試的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及角旋轉(zhuǎn)的精確測(cè)量，特別是旋轉(zhuǎn)電機(jī)的性能測(cè)試。
電動(dòng)機(jī)性能測(cè)試的常用方法一般是在瞬變效應(yīng)消除后測(cè)量電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)性能。為此，電動(dòng)機(jī)的速度數(shù)據(jù)被采集以作為時(shí)間的函數(shù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波以去除波動(dòng)，例如因此而獲得如在適合IEEE標(biāo)準(zhǔn)中提出的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)性能特性。這些特性總是與空載電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-速度相關(guān)，而電動(dòng)機(jī)在空載條件下從停止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行加速，根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，獲得的轉(zhuǎn)矩是作為速度曲線的時(shí)間導(dǎo)數(shù)的函數(shù)。此外，即使在波動(dòng)效應(yīng)被消除的所有情況下，也能進(jìn)行所謂的“特性”試驗(yàn)以及負(fù)載試驗(yàn)。
為了將特定電動(dòng)機(jī)的空載性能與用作生產(chǎn)線電動(dòng)機(jī)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)不符的預(yù)先已校準(zhǔn)的“主電動(dòng)機(jī)的空載性能相比，特性測(cè)試是一種使用快速測(cè)量技術(shù)和處理的空載測(cè)試的擴(kuò)展。負(fù)載試驗(yàn)是在運(yùn)行條件下測(cè)量電動(dòng)機(jī)的性能，而特定轉(zhuǎn)矩作用于試驗(yàn)狀況下的運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，就能測(cè)量由此而產(chǎn)生的速度，電流和功率。
通常情況下，電動(dòng)機(jī)速度是使用與電動(dòng)機(jī)軸相連接的速度計(jì)測(cè)量的。這樣就能以模擬形式采集到電動(dòng)機(jī)的速度，但會(huì)產(chǎn)生較低分辨率和嚴(yán)重噪音污染的缺點(diǎn)。由于此原因，人們更愿意使用數(shù)字方法，在最近二、三十年期間，人們已作出巨大努力以便能夠更精確地對(duì)電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速等進(jìn)行數(shù)字采集。許多這樣的方法還使用那些必須是模擬傳感器才能獲得速度信號(hào)，然后使用A/D轉(zhuǎn)換器使速度信號(hào)數(shù)字化，以能進(jìn)行連續(xù)的數(shù)字化處理。
R.Szabados等在1990年9月出版的能量轉(zhuǎn)換刊物的第5卷第3期中描述了這樣一種“使用新改進(jìn)的數(shù)字方法測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-速度特性”的技術(shù)。他們的方法使用了一種快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以采樣直流速度計(jì)的輸出和其它相關(guān)參數(shù)如線電流和電壓。然后將所測(cè)量出的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理以去除噪音，進(jìn)行動(dòng)態(tài)平均濾波以消除無(wú)關(guān)的連接振動(dòng)，并從使用牛頓定律的速度曲線的時(shí)間導(dǎo)數(shù)中確定相關(guān)的轉(zhuǎn)矩分布圖。由于噪音的去除也消除了波動(dòng)，因此它顯示通過(guò)對(duì)原始速度數(shù)據(jù)濾波以消除波動(dòng)正是這篇文章中所提出方法的固有特征。
事實(shí)上，它還表明該原始數(shù)據(jù)已被摻雜(污染)，和數(shù)據(jù)處理相位的首要任務(wù)包括去除寄生信號(hào)而不會(huì)使速度分布圖變形。上述參考文獻(xiàn)的主要作用在于所提出的改進(jìn)濾波算法。
授權(quán)給自動(dòng)化技術(shù)有限公司的美國(guó)專利第5,218,860號(hào)(Storar)揭示了另一種而不是使用模擬傳感器測(cè)量速度的方法，使用一種數(shù)字灰度色標(biāo)(增量)編碼器。

圖1是用圖表示的電動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)10，其中電動(dòng)機(jī)11通過(guò)由支撐在高質(zhì)量軸承13上的轉(zhuǎn)軸12組成的試驗(yàn)夾緊裝置與根據(jù)美國(guó)專利第5,218,860號(hào)的試驗(yàn)系統(tǒng)機(jī)械連接。安裝在軸12上的是慣量已知的飛輪14和高分辨率旋轉(zhuǎn)數(shù)字編碼器15。飛輪14可以用作慣性負(fù)載，而轉(zhuǎn)矩根據(jù)下面等式而確定T=Idvdt--------(1)]]>這里T=轉(zhuǎn)矩，I=飛輪的慣量，V=速度，t=時(shí)間。
正如美國(guó)專利第5,218,860號(hào)所解釋的那樣，轉(zhuǎn)矩-速度特性在電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)達(dá)到全速所花費(fèi)的時(shí)間過(guò)程中是在已知規(guī)律的時(shí)間間隔內(nèi)采樣的。測(cè)量時(shí)間間隔是由晶體振蕩器固定的，對(duì)應(yīng)于60Hz電力線的循環(huán)周期，通常為16.67ms。速度變化由能夠分辨角偏移小至0.0072°的旋轉(zhuǎn)編碼器而確定。對(duì)于每個(gè)16.67ms周期來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)矩和速度可以從加上電源直至電動(dòng)機(jī)達(dá)到其最大空載速度的時(shí)間計(jì)算。與電動(dòng)機(jī)相連接的飛輪的慣量的選擇要使電動(dòng)機(jī)在大約4秒內(nèi)達(dá)到全速，它花費(fèi)的這段時(shí)間能夠采樣大約240個(gè)轉(zhuǎn)矩和速度的結(jié)果，足以能描述從靜止到全速的整個(gè)轉(zhuǎn)矩-速度曲線。
如美國(guó)專利第5,218,860號(hào)所描述的數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)模擬傳感器作出了重大改進(jìn)，它能測(cè)量以前不易獲得的某些電動(dòng)機(jī)特性。然而，該裝置的分辨率相對(duì)來(lái)說(shuō)還比較差，這是因?yàn)閷?shí)際上，大量脈沖在每個(gè)采樣時(shí)間周期過(guò)程中被均化。更具體地說(shuō)，據(jù)美國(guó)專利第5,218,860號(hào)所說(shuō)，增量編碼器在電動(dòng)機(jī)每個(gè)軸全速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中能夠產(chǎn)生25，000個(gè)脈沖。假定電動(dòng)機(jī)的平均速度為10,000rpm，這意味著每16,67ms時(shí)間周期內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)量將近為70,000個(gè)。脈沖的實(shí)際數(shù)量可由二進(jìn)制計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而能夠提供電動(dòng)機(jī)角速度的精確讀數(shù)。然而，在長(zhǎng)達(dá)16.67ms的采樣周期過(guò)程中，波動(dòng)就不能再測(cè)量了因此僅能測(cè)定平滑的特性。而且，使用具有這樣高分辨率和高成本的旋轉(zhuǎn)編碼器也沒(méi)有顯示出特別的優(yōu)點(diǎn)，假定使用不精確的采樣時(shí)間間隔。理論上講，分辨率簡(jiǎn)單地通過(guò)在較短的時(shí)間周期內(nèi)采樣而能夠得到改進(jìn)。然而，實(shí)際上，使用目前的技術(shù)很難精確和廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)此目的。
此外，與電動(dòng)機(jī)軸相連接的飛輪負(fù)載電動(dòng)機(jī)，而這不能毀損電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性，它基本上能夠消除瞬變效應(yīng)所產(chǎn)生的波動(dòng)。因此，正如美國(guó)專利第5,218,860號(hào)所講的負(fù)載電動(dòng)機(jī)不能測(cè)量電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能。
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能提供了有關(guān)電動(dòng)機(jī)非常寶貴的信息，這樣如果不了解電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)性能方面的知識(shí)，就不能獲得電動(dòng)機(jī)的基本特性。然而，由于上面提出的原因，動(dòng)態(tài)性能數(shù)據(jù)在長(zhǎng)達(dá)16ms的采樣周期過(guò)程中是不能獲得的，因?yàn)樵诖藭r(shí)間周期過(guò)程中曲線的瞬變部分中的絕大多數(shù)波動(dòng)會(huì)丟失。即使不考慮采樣時(shí)間周期的實(shí)際數(shù)據(jù)，考慮到通過(guò)減少采樣時(shí)間周期得益于普通技術(shù)和價(jià)格限制，一些改進(jìn)顯然能夠?qū)崿F(xiàn)，但任何改進(jìn)也被限定在一定范圍內(nèi)。這點(diǎn)從無(wú)論多小的固定時(shí)間周期過(guò)程中的計(jì)數(shù)脈沖永遠(yuǎn)不能獲得最佳結(jié)果的事實(shí)中可以明白。因此，即使采樣時(shí)間周期可能被無(wú)限減小(當(dāng)然，這是不可能的)，它永遠(yuǎn)也不能減小至小于以單個(gè)脈沖的周期，這是因?yàn)樵诖饲闆r下，數(shù)據(jù)在該采樣周期的過(guò)程中將不可能獲得。另一方面，增加采樣時(shí)間周期以保證獲得采樣數(shù)據(jù)，它是以每個(gè)采樣產(chǎn)生許多數(shù)據(jù)為代價(jià)的。這就意味著由此獲得的分辨率將不可避免地小于理論上的最大值。
而且，使用美國(guó)專利第5,218,860號(hào)所揭示的方法為了獲得足夠數(shù)量的采樣點(diǎn)，它就必須保證電動(dòng)機(jī)達(dá)到全速所需的時(shí)間要被延長(zhǎng)到幾秒。這是通過(guò)使用具有足夠大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪以延遲電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定狀態(tài)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。很顯然人們更愿意能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲得相關(guān)速度特性，當(dāng)然，不能在采樣點(diǎn)的數(shù)量作出妥協(xié)讓步，同時(shí)，能夠提供電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)消失的瞬態(tài)特性的波動(dòng)圖。
Joseph.L.Vitulli,Jr.的美國(guó)專利第No.4,535,288揭示了一種在限定的空間環(huán)境中測(cè)定動(dòng)軸轉(zhuǎn)速的方法，其中一對(duì)順序連續(xù)編碼器(傳感器)脈沖之間的時(shí)間用于測(cè)定速度。更新的轉(zhuǎn)速根據(jù)另一對(duì)順序連續(xù)脈沖而計(jì)算，該對(duì)順序連續(xù)脈沖對(duì)先前的脈沖來(lái)說(shuō)是無(wú)序的。Vitulli所描述的旋轉(zhuǎn)編碼器可被比作具有60個(gè)等距齒的齒輪，在轉(zhuǎn)過(guò)一撿拾器時(shí)每個(gè)齒產(chǎn)生一具有第一電壓位的輸出信號(hào)。相鄰齒之間的空間通過(guò)撿拾器時(shí)，就產(chǎn)生一具有第二電壓位的輸出信號(hào)。通常，第一和第二電壓位分別轉(zhuǎn)換為具有邏輯HIGH和LOW電率的數(shù)字信號(hào)，這樣脈沖串就產(chǎn)生了。因此，假定對(duì)高電平和低電平設(shè)有60個(gè)相同角度的等距齒，對(duì)應(yīng)于每個(gè)邏輯HIGH電平的旋轉(zhuǎn)角度就是2π/120弧度。通過(guò)測(cè)定每個(gè)邏輯HIGH電平的持續(xù)時(shí)間，因此就能計(jì)算出角速度。
然而，實(shí)際上，即使最好的旋轉(zhuǎn)編碼器具有一個(gè)僅為±10％的占空系數(shù)精度，它意味著相鄰齒開(kāi)始之間的距離(對(duì)應(yīng)于脈沖串的周期)是恒定的，每個(gè)齒的寬度就必須具有±10％的精度。由于角速度是根據(jù)每個(gè)齒通過(guò)撿拾器所測(cè)定的時(shí)間而計(jì)算的，因此很顯然這個(gè)取決于每個(gè)齒的實(shí)際寬度，所承受的最大誤差為20％。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度的方法和系統(tǒng)，它基本上能夠改進(jìn)或克服至此提出的有關(guān)缺陷。
這樣的目的是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)主要方案通過(guò)提供一種測(cè)量旋轉(zhuǎn)的方法軸的角旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的，其特征在于該方法包括下列步驟(a)將軸和數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器相連接，該數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器連續(xù)能夠形成逆(opposing)二進(jìn)制邏輯狀態(tài)以便任一對(duì)順序邏輯狀態(tài)對(duì)應(yīng)于軸的已知角旋轉(zhuǎn)，(b)旋轉(zhuǎn)軸，以及(c)測(cè)量由數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器形成的連續(xù)數(shù)對(duì)邏輯狀態(tài)之間的累積經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔以能獲得軸的角旋轉(zhuǎn)或其函數(shù)。
因此，本發(fā)明提供了一種根據(jù)在軸的已知角旋轉(zhuǎn)過(guò)程中經(jīng)過(guò)的時(shí)間測(cè)試電動(dòng)機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)速度的改進(jìn)方法，根據(jù)此方法，該經(jīng)過(guò)時(shí)間是為邏輯狀態(tài)從LOW變到HIGH，再回到LOW而測(cè)定的，反之亦然。雖然邏輯狀態(tài)保持LOW或HIGH過(guò)程中的時(shí)間間隔經(jīng)受占空系數(shù)誤差，但是順序邏輯狀態(tài)的總時(shí)間間隔是已知角旋轉(zhuǎn)的精確反映。因此測(cè)量數(shù)對(duì)連續(xù)邏輯狀態(tài)之間的累積經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔能夠避免產(chǎn)生影響速度結(jié)果的占空系數(shù)誤差，同時(shí)能夠反映運(yùn)行中速度的任何變化。例如，考慮到每轉(zhuǎn)產(chǎn)生60個(gè)脈沖的旋轉(zhuǎn)編碼器。在美國(guó)專利第4,535,288號(hào)的案例中，軸每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)可以一秒級(jí)間隔確定，在質(zhì)量非常高的編碼器(占空系數(shù)誤差大約為±10％)的情況下將會(huì)產(chǎn)生±10％的測(cè)量速度誤差。
根據(jù)本發(fā)明的方法發(fā)現(xiàn)了測(cè)試旋轉(zhuǎn)電機(jī)或其部件的特定應(yīng)用，該方法包括下列步驟(a)將旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸與數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器相連接，該數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器能夠形成逆二進(jìn)制邏輯狀態(tài)以用于電機(jī)的已知角旋轉(zhuǎn)，(b)在規(guī)定的時(shí)間向旋轉(zhuǎn)電機(jī)提供電源，以及(c)從電源提供給旋轉(zhuǎn)電機(jī)直至旋轉(zhuǎn)電機(jī)達(dá)到所期望的速度測(cè)量和累積由數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器形成的連續(xù)邏輯狀態(tài)的相應(yīng)時(shí)間周期以便能夠獲得旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)速度特性。
最好，還包括下面的步驟(d)通過(guò)參考其預(yù)先設(shè)定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和旋轉(zhuǎn)電機(jī)測(cè)量的速度特性計(jì)算旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
本發(fā)明還設(shè)想了一種測(cè)量旋轉(zhuǎn)電機(jī)或其部件的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)速度-時(shí)間，轉(zhuǎn)矩-時(shí)間和速度-轉(zhuǎn)矩特性的裝置。通過(guò)使用一預(yù)先校準(zhǔn)的轉(zhuǎn)子，可以對(duì)使用不同定子的相同電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)以能提供不同定子的相對(duì)特性數(shù)據(jù)(靜態(tài)和動(dòng)態(tài))，同樣，通過(guò)使用一預(yù)先校準(zhǔn)的定子，可以對(duì)使用不同轉(zhuǎn)子的相同電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)以能提供不同轉(zhuǎn)子的相對(duì)特性數(shù)據(jù)(靜態(tài)和動(dòng)態(tài))。
因此，應(yīng)該明白根據(jù)本發(fā)明的方法和裝置能夠獲得動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性的數(shù)據(jù)而無(wú)需將外部慣性負(fù)載與電機(jī)軸相連接。這樣也容許電機(jī)較快地到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)(即非瞬變)運(yùn)行，并能對(duì)電機(jī)進(jìn)行較快地校準(zhǔn)。小電機(jī)批量生產(chǎn)和必須在生產(chǎn)線上進(jìn)行測(cè)試時(shí)，這點(diǎn)顯得特別重要。而且，它還能測(cè)量迄今為止未測(cè)量的波動(dòng)。
毫無(wú)疑問(wèn)在美國(guó)專利第5,218,860號(hào)(第1列29行)中提出對(duì)于大電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，電樞的質(zhì)量可以足夠大以能提供一合適的慣性負(fù)載。也就是說(shuō)美國(guó)專利第5,218,860號(hào)也無(wú)需外部慣性負(fù)載，雖然僅僅是對(duì)于大電動(dòng)機(jī)而言。然而，這可能是唯一的做法，因?yàn)榇箅妱?dòng)機(jī)具有固有的慣性，在任何情況下它需要花相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的速度，因此就能獲得足夠的采樣點(diǎn)。在美國(guó)專利第5,218,860號(hào)中對(duì)于低慣性的小電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)就不是這種情況，外部慣性負(fù)載是強(qiáng)加的以有意延遲到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)速度的時(shí)間，因此就能獲得足夠的采樣點(diǎn)。因此，很明顯美國(guó)專利第5,218,860號(hào)不能推廣至即使對(duì)于小電動(dòng)機(jī)也無(wú)需飛輪的本發(fā)明，因?yàn)楸景l(fā)明的一個(gè)主要目的是減少而不是增加達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)速度的時(shí)間。
本發(fā)明還能夠測(cè)量穩(wěn)定狀態(tài)條件過(guò)程中的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩和速度以便能獲得時(shí)間和頻率范圍內(nèi)的速度-時(shí)間和轉(zhuǎn)矩-時(shí)間特性。在此情況下，飛輪可用于延遲電機(jī)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間，以此在加速過(guò)程中產(chǎn)生穩(wěn)定狀態(tài)振動(dòng)轉(zhuǎn)矩和速度現(xiàn)象。這就突出了電機(jī)的缺陷，否則該缺陷將不會(huì)明顯顯示出來(lái)。
本發(fā)明還容許測(cè)試旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有較大的靈活性。用戶能夠控制采樣時(shí)間和采樣開(kāi)始的時(shí)間。用戶同樣能夠控制x-軸(時(shí)間和頻率)和y軸(轉(zhuǎn)矩和速度)，因此該裝置能夠被用作旋轉(zhuǎn)電機(jī)分析器。
為了理解本發(fā)明和明白本發(fā)明在實(shí)際中是如何使用的，現(xiàn)在參考附圖僅通過(guò)非限制性舉例將描述一最佳實(shí)施例，其中圖1表示現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)測(cè)試臺(tái)；圖2從功能上表示根據(jù)本發(fā)明電動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的方框圖；圖3是圖2中所示的電動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的詳細(xì)方框圖；圖4是操作圖2中所示的電動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的原理過(guò)程的流程圖；圖5至13用圖解表示用根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量或計(jì)算的典型a.c.PSC感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的特性。
圖14至19用圖解表示本發(fā)明用于突出穩(wěn)定狀態(tài)條件下缺陷的其它應(yīng)用；圖20至23用圖解表示本發(fā)明用于突出空調(diào)風(fēng)扇缺陷的其它應(yīng)用；圖24從功能上表示用于顯示根據(jù)本發(fā)明獲得的旋轉(zhuǎn)軸的速度或轉(zhuǎn)矩特性的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和速度分析器的方框圖。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述圖2從功能上表示通常用標(biāo)號(hào)20表述的電動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)包括其軸22與公知類型的數(shù)字軸編碼器23相連接的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)21。軸編碼器23無(wú)需非常高的分辨率，實(shí)際上，它在電機(jī)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)可以產(chǎn)生5,000個(gè)脈沖。當(dāng)電動(dòng)機(jī)21旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸編碼器23產(chǎn)生由采樣單元24采樣的邏輯電平，該采樣單元24測(cè)量邏輯狀態(tài)從LOW到HIGH再回到LOW變化所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，反之亦然。連續(xù)時(shí)間間隔提供給處理時(shí)間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)25以獲得電動(dòng)機(jī)21的動(dòng)態(tài)速度特性作為經(jīng)過(guò)時(shí)間的函數(shù)，并存儲(chǔ)在其存儲(chǔ)器中。電動(dòng)機(jī)21通過(guò)與計(jì)算機(jī)25對(duì)應(yīng)連接的控制單元26啟動(dòng)，這樣，例如電動(dòng)機(jī)21一旦達(dá)到全穩(wěn)定狀態(tài)速度，電動(dòng)機(jī)21的電源就被切斷，因此就意味著完成了測(cè)試過(guò)程。與計(jì)算機(jī)25相連接的是顯示裝置27，如為顯示監(jiān)視器或描繪器。電動(dòng)機(jī)21由被在已知精確時(shí)間啟動(dòng)的電源28供電。
圖3表示包括供給第一計(jì)數(shù)器32和第二計(jì)數(shù)器33時(shí)鐘輸入(CLK)的振蕩器31的采樣單元24中的定時(shí)電路30。軸編碼器22的輸出提供給第一計(jì)數(shù)器32的啟動(dòng)輸入端(ENABLE)，而第一計(jì)數(shù)器32的輸出供給計(jì)算機(jī)25。軸編碼器22的輸出經(jīng)過(guò)反相器34反向，并提供給第二計(jì)數(shù)器33的啟動(dòng)輸入端(ENABLE)，而第二計(jì)數(shù)器33的輸出也提供給計(jì)算機(jī)25。同樣，第一計(jì)數(shù)器32的復(fù)位端(RST)相應(yīng)地與計(jì)算機(jī)25相連接，而且第二計(jì)數(shù)器33的復(fù)位端(RST)相應(yīng)地與計(jì)算機(jī)25相連接以能使第一計(jì)數(shù)器32和第二計(jì)數(shù)器33由此被復(fù)位，現(xiàn)在將解釋如下。
定時(shí)電路30的工作原理如下?；谑⒕w制成的振蕩器31產(chǎn)生具有已知穩(wěn)定頻率的高頻脈沖。由于軸編碼器23與電動(dòng)機(jī)軸一起旋轉(zhuǎn)，它產(chǎn)生比振蕩器31頻率低的順序逆二進(jìn)制邏輯LOW和HIGH狀態(tài)。由軸編碼器23產(chǎn)生的相對(duì)低頻邏輯電平提供給第一計(jì)數(shù)器32的啟動(dòng)輸入端，經(jīng)過(guò)反相后，提供給第二計(jì)數(shù)器33的啟動(dòng)輸入端。因此，在連續(xù)的ENABLE信號(hào)之間，第一計(jì)數(shù)器32在編碼器是邏輯HIGH電平時(shí)測(cè)量由振蕩器31產(chǎn)生的相對(duì)高頻脈沖數(shù)，第二計(jì)數(shù)器33在編碼器是邏輯LOW電平時(shí)測(cè)量由振蕩器31產(chǎn)生的相對(duì)高頻脈沖數(shù)，兩種結(jié)果提供給計(jì)算機(jī)25。計(jì)算機(jī)25響應(yīng)于在第一計(jì)數(shù)器為ENABLE信號(hào)狀態(tài)下的變化以能獲取第一計(jì)數(shù)器32和第二計(jì)數(shù)器33相應(yīng)輸出端的數(shù)據(jù)，并將復(fù)位信號(hào)提供給其相應(yīng)的RST輸入端。編碼器是邏輯LOW電平時(shí)使第一計(jì)數(shù)器32歸零，在編碼器是邏輯HIGH電平時(shí)使第二計(jì)數(shù)器33歸零。在連續(xù)的ENABLE信號(hào)之間的第一計(jì)數(shù)器32的輸出因此能夠精確地代表軸編碼器23保持在邏輯HIGH電平所占用的時(shí)間。同樣，在連續(xù)的ENABLE信號(hào)之間的第二計(jì)數(shù)器33的輸出能夠精確地代表軸編碼器23保持在邏輯LOW電平所占用的時(shí)間。
即使假設(shè)軸編碼器23具有每轉(zhuǎn)數(shù)僅為5,000個(gè)脈沖的分辨率，電動(dòng)機(jī)21的速度低至1,000rpm，軸編碼器23每分鐘也將會(huì)輸出5,000,000個(gè)脈沖。因此，每個(gè)脈沖具有大致為10μs的周期，它最好在計(jì)數(shù)器32的容量范圍內(nèi)以能夠精確地測(cè)量。此外，通過(guò)與上面參考的美國(guó)專利第5,218,860號(hào)所描述的系統(tǒng)相比，在16.67ms時(shí)間間隔內(nèi)，軸編碼器23將會(huì)輸出近1,667個(gè)脈沖，每個(gè)脈沖就是一個(gè)采樣點(diǎn)，這與美國(guó)專利第5,218,860號(hào)所設(shè)想的單個(gè)采樣點(diǎn)正相反。
由于美國(guó)專利第5,218,860號(hào)將時(shí)間的測(cè)量與數(shù)百個(gè)脈沖相聯(lián)系，即使以需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)量軸的累積角旋轉(zhuǎn)為代價(jià)，與每個(gè)脈沖相聯(lián)系的任何占空系數(shù)誤差也能被有效地消除。如上所解釋，這就不利于測(cè)量電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
另一方面，Joseph L.Vitulli,Jr.的美國(guó)專利第4,535,288號(hào)僅提出單個(gè)脈沖的時(shí)間測(cè)量，因此初看起來(lái)也能測(cè)量動(dòng)態(tài)響應(yīng)。然而，正如上所述，他的方法也會(huì)產(chǎn)生占空系數(shù)誤差，為了更清楚起見(jiàn)，現(xiàn)在再對(duì)此作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。旋轉(zhuǎn)編碼器的制造商規(guī)定了旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，還規(guī)定了占空系數(shù)。如果占空系數(shù)規(guī)定為50％，那么Vitulli,Jr.所測(cè)量的每個(gè)脈沖的時(shí)間實(shí)際上對(duì)應(yīng)于編碼器每個(gè)脈沖過(guò)程中的額定角增加量的一半。例如，如果每轉(zhuǎn)有3,600個(gè)脈沖，就對(duì)應(yīng)于編碼器的每度旋轉(zhuǎn)10個(gè)脈沖。Vitulli,Jr.測(cè)量單個(gè)脈沖額定半周期的時(shí)間，并根據(jù)制造商規(guī)定的占空系數(shù)從每個(gè)編碼器脈沖的額定時(shí)間周期中計(jì)算。然而，由于制造商所規(guī)定的占空系數(shù)所帶來(lái)不可避免的誤差，這也會(huì)產(chǎn)生較低的精確度，目前大約為±10％。
因此，雖然Vitulli,Jr.提供旋轉(zhuǎn)編碼器單個(gè)脈沖中的額定角旋轉(zhuǎn)，由此能夠計(jì)算單個(gè)脈沖過(guò)程中的角速度，但是實(shí)際的結(jié)果并不精確。
圖4是電動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)20的工作原理的流程圖。因此，起初電動(dòng)機(jī)21被供電，軸編碼器23的輸出如上所述被采樣。所采樣的數(shù)據(jù)采集后，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)25處理，所處理的數(shù)據(jù)在顯示器26上顯示。任何偏離一個(gè)容許的性能范圍可被計(jì)算出，并允許計(jì)算機(jī)25輸出一報(bào)警信號(hào)以報(bào)警故障電機(jī)。當(dāng)然，這樣的報(bào)警信號(hào)可以用公知的方式變成可聽(tīng)的或可視的信號(hào)?？呻S意選擇的是，下面將作更詳細(xì)地解釋，電動(dòng)機(jī)21加速過(guò)程中產(chǎn)生的瞬變效應(yīng)的波動(dòng)可被去除以能產(chǎn)生常用的靜態(tài)速度特性。
圖5用圖解表示從測(cè)量由軸編碼器23產(chǎn)生的脈沖的連續(xù)時(shí)間周期中計(jì)算出的a.c.PSC感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)電動(dòng)機(jī)速度特性。因此，在連續(xù)脈沖之間增加的電動(dòng)機(jī)速度可以計(jì)算出，這是因?yàn)榕c每個(gè)脈沖相當(dāng)?shù)慕切D(zhuǎn)是已知的。必須注意電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)矩并不隨時(shí)間連續(xù)增加，而是逐漸爬升，然后下降一小段時(shí)間，此后它們?cè)倥郎?。大約在0.04s后，這種現(xiàn)象就停止了，電動(dòng)機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩就隨時(shí)間增加直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)條件為止。特別是，應(yīng)該注意即使電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，其速度仍然存在連續(xù)的波動(dòng)。這些波動(dòng)只有通過(guò)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的角旋轉(zhuǎn)作為旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖周期的函數(shù)才能明顯顯示出來(lái)，它們?cè)谀壳案鶕?jù)許多脈沖的平均數(shù)據(jù)所提出的方法中全部消失掉。
人們已注意到飛輪無(wú)需與電動(dòng)機(jī)21相連接。而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)牛頓定律從知道轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算出來(lái)，如下M(t)=Qdωdt+L(t)-----(2)]]>這里M(t)=時(shí)間t時(shí)瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩，Q=轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，ω=電動(dòng)機(jī)的角速度，以及L(t)=時(shí)間t時(shí)瞬時(shí)外加負(fù)載。
由于沒(méi)有負(fù)載與電動(dòng)機(jī)21相連接，L(t)就為零，等式(2)就簡(jiǎn)化為M(t)=Qdωdt-------(3)]]>圖6用圖解表示從如下的電動(dòng)機(jī)21的速度特性中獲得的升速轉(zhuǎn)矩的特性。電動(dòng)機(jī)21在沒(méi)有任何外加負(fù)載的情況下運(yùn)行，動(dòng)態(tài)速度特性能夠獲得，并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)25中。然后能計(jì)算出動(dòng)態(tài)速度特性的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，該結(jié)果再乘以轉(zhuǎn)子的已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。鑒于速度是以rpm確定的，該結(jié)果還必須乘以一個(gè)因素2π/60以轉(zhuǎn)換為從啟動(dòng)空載電動(dòng)機(jī)到其達(dá)到全速的相關(guān)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的等效的每秒弧度的角速度。只要總是使電動(dòng)機(jī)在供電電壓的a.c周期內(nèi)的一預(yù)先設(shè)定點(diǎn)啟動(dòng)，該特性就能重復(fù)進(jìn)行。例如，在處于實(shí)際的特定系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)在電壓升過(guò)0v的a.c周期中的點(diǎn)啟動(dòng)。
圖6所示的電動(dòng)機(jī)升速空載轉(zhuǎn)矩特性就能測(cè)定用僅提供靜態(tài)速度和轉(zhuǎn)矩特性的常用系統(tǒng)不能獲得的動(dòng)態(tài)電動(dòng)機(jī)的特性。該動(dòng)態(tài)特性能夠識(shí)別僅由靜態(tài)數(shù)據(jù)不能檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)故障，還能夠區(qū)分電動(dòng)機(jī)的特性。而且，它已被證明(ⅰ)該動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性給出了電動(dòng)機(jī)加速過(guò)程中其轉(zhuǎn)矩的噪音值的指示，同樣，提供了加速過(guò)程中由于轉(zhuǎn)矩變化產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)機(jī)械噪音強(qiáng)度的指示；(ⅱ)該動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性給出了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部件中任何不平衡度的指示；(ⅲ)該動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性提供了識(shí)別電動(dòng)機(jī)故障的特別靈敏的診斷工具。
至此，上述討論已集中在升速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性上。然而，如果瞬變效應(yīng)中所期望的波動(dòng)能被去除以提供圖7用圖解所示的平滑速度-時(shí)間特性，從該特性圖中可以獲得常用的轉(zhuǎn)矩-速度特性(圖11所示)。去除瞬變效應(yīng)中的波動(dòng)可有多種方法能夠?qū)崿F(xiàn)。電動(dòng)機(jī)軸可被機(jī)械地鎖定，僅在定子電流達(dá)到一穩(wěn)定狀態(tài)值時(shí)釋放?；蛘撸绻妱?dòng)機(jī)21是固定分相的電容器(PSC)式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其定子包括主線圈和可并聯(lián)于主線圈接通的副線圈，轉(zhuǎn)子僅在電流提供給這兩個(gè)線圈時(shí)將會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，開(kāi)始時(shí)電流僅提供給主線圈，副線圈僅在主線圈的電流已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)才在電路中導(dǎo)通。應(yīng)該再次注意主、副定子線圈僅在a.c供電電壓向上升過(guò)程中等于零時(shí)才在電路中導(dǎo)通。更一般的說(shuō)，通過(guò)提供a.c供電壓周期中任何其它已知角處的電源就能保證可重復(fù)性。
抑制瞬變波動(dòng)的另一種方法是使用合適的算法處理電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)速度特性。為此，圖5所示的動(dòng)態(tài)速度特性被采樣以測(cè)定電動(dòng)機(jī)加速過(guò)程中作為時(shí)間函數(shù)的速度變化。所產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)傅里葉變換從時(shí)間范疇變?yōu)轭l域以獲得頻譜。該頻譜經(jīng)濾波以去除高頻諧波，所產(chǎn)生的頻譜再變換回時(shí)間范疇。在此方面，應(yīng)該注意根據(jù)時(shí)間范疇中時(shí)間分辨率足夠高的事實(shí)，獲得頻譜是有可能的。迄今為止所提出的使用不精確的時(shí)間分辨率的方法是不能分辨頻譜的。
消除定子電流瞬變效應(yīng)中的波動(dòng)的又一種方法是在與正常旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)軸，然后，在電動(dòng)機(jī)變化方向的時(shí)間過(guò)程中，開(kāi)始對(duì)加速(即速度-時(shí)間)特性進(jìn)行采樣。這種技術(shù)已眾所周知，并描述在，例如也授權(quán)給自動(dòng)化技術(shù)有限公司的美國(guó)專利第5,440,915號(hào)中，題為“一種測(cè)量摩擦轉(zhuǎn)矩的方法和裝置”。美國(guó)專利第5,218,860和5,440,915號(hào)的內(nèi)容在這里作為參考而引入。后續(xù)處理與上述獲得動(dòng)態(tài)速度特性的相同，但是該方法由于瞬變分量不再出現(xiàn)而能夠產(chǎn)生靜態(tài)速度特性。
圖8用圖解表示空載四極PSC感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在空轉(zhuǎn)穩(wěn)定狀態(tài)下的速度變化。圖9表示將電動(dòng)機(jī)的速度特性變換為頻域的結(jié)果。圖9所示的頻譜圖提供了比時(shí)間范疇內(nèi)更清楚可分辨的有關(guān)電動(dòng)機(jī)的信息。更具體地說(shuō)，可以獲得更清楚的相關(guān)轉(zhuǎn)矩和速度的函數(shù)。
轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以通過(guò)獲得兩個(gè)分離的速度特性而測(cè)定一個(gè)是用于空載電動(dòng)機(jī)，另一個(gè)是用于已知慣性負(fù)載作用于電動(dòng)機(jī)軸。因此，執(zhí)行下面的步驟(ⅰ)獲得空載電動(dòng)機(jī)的速度-時(shí)間特性，消除其瞬變過(guò)程中的波動(dòng)效應(yīng)，(ⅱ)將電動(dòng)機(jī)與已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的慣性負(fù)載相連接，(ⅲ)獲得負(fù)載電動(dòng)機(jī)的速度-時(shí)間特性，消除其瞬變過(guò)程中的波動(dòng)效應(yīng)，以及(ⅳ)對(duì)在(ⅰ)和(ⅱ)中獲得的相應(yīng)速度特性進(jìn)行處理以確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
計(jì)算可根據(jù)下面的等式進(jìn)行對(duì)于空載電動(dòng)機(jī)Mmax=Q·(dωdt)max1------(4)]]>這里Mmax表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的最大值，Q表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(將被計(jì)算出)，以及ω表示電動(dòng)機(jī)的角速度。對(duì)于加載已知慣性負(fù)載θ1的電動(dòng)機(jī)Mmax=(Q+Q1)·(dωdt)max2----(5)]]>電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的最大值(Mmax)是常量，與作用于電動(dòng)機(jī)上的任何負(fù)載無(wú)關(guān)。因此Q·(dωdt)max2=(Q+Q1)·(dωdt)max1--(6)]]>
從此可以得出Q=(dωdt)max2(dωdt)max1-(dωdt)max2·Q1-------(7)]]>電動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)10還可以獲得空轉(zhuǎn)即空載穩(wěn)定狀態(tài)條件下的電動(dòng)機(jī)的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩。例如，表明由空轉(zhuǎn)的a.c.PSC感應(yīng)電動(dòng)機(jī)而產(chǎn)生的電磁噪音的強(qiáng)度值可以由此而確定。在空轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)基本上以一個(gè)具有疊加在其上的輕微脈動(dòng)的恒速運(yùn)行。
圖10用圖解表示具有在穩(wěn)定狀態(tài)條件下電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)由其產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)矩的強(qiáng)度表示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而獲得的速度-時(shí)間特性的時(shí)間導(dǎo)數(shù)積。
電動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)10還能獲得在給出，例如，表示以工作速度運(yùn)行時(shí)由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁噪音的強(qiáng)度值的工作速度下的負(fù)載電動(dòng)機(jī)的變化轉(zhuǎn)矩。同樣，這就提供了能夠表示由電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩變化而產(chǎn)生的沖擊負(fù)載所引起的機(jī)械噪音的強(qiáng)度值。電動(dòng)機(jī)的速度和所加的負(fù)載由于下面引起轉(zhuǎn)矩變化而產(chǎn)生變化(ⅰ)電動(dòng)機(jī)，(ⅱ)負(fù)載，和(ⅲ)二者之間的不良連接。
獲得具有加上外加負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的速度特性的時(shí)間導(dǎo)數(shù)積給出了表示由在工作速度下運(yùn)行的負(fù)載電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)矩的強(qiáng)度。該變化轉(zhuǎn)矩還提供了表示負(fù)載電動(dòng)機(jī)在工作條件下的電氣和機(jī)械噪音的強(qiáng)度值。
圖11用圖解表示空載電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩-速度特性。在每個(gè)工作周期的末端，一外加負(fù)載與電動(dòng)機(jī)相連接，負(fù)載電動(dòng)機(jī)的速度-時(shí)間特性被確定了。該曲線的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，經(jīng)過(guò)消除瞬變效應(yīng)后，接著乘以轉(zhuǎn)子和外加負(fù)載的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就會(huì)得出空載電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩-速度特性。這個(gè)表示如下M=(Q1+QL)dωdt+ML----(8)]]>這里M表示空載電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，Q1表示轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，QL表示外加負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以及ML表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
圖12用圖解表示連同負(fù)載ML為空調(diào)風(fēng)扇的速度-轉(zhuǎn)矩特性的圖11所描述的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩-速度特性。對(duì)于這樣的負(fù)載，速度-轉(zhuǎn)矩特性通常是拋物線形狀，穿過(guò)原點(diǎn)，在電動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作速度交叉電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩-速度特性。圖13標(biāo)繪了圖11所示的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩-速度特性和圖12所示的轉(zhuǎn)矩-速度特性之間的差異以能獲得M-ML=(Q1+QL)(dωdt)----(9)]]>圖13所示的曲線是電動(dòng)機(jī)在負(fù)載條件下從啟動(dòng)到其滿工作速度的加速過(guò)程中獲得的。該特性相對(duì)于類似的負(fù)載電動(dòng)機(jī)是可以重復(fù)的，只要電動(dòng)機(jī)從供電壓的a.c.周期的相同點(diǎn)啟動(dòng)。例如，在化為實(shí)際的特定系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)在電壓升過(guò)0v的a.c.周期的點(diǎn)啟動(dòng)。因此，圖13所示的特性可以用作對(duì)一批類似的負(fù)載電動(dòng)機(jī)進(jìn)行GO-NOGO試驗(yàn)的最佳工具，以能表示電動(dòng)機(jī)-負(fù)載連接(空調(diào)，水泵等)符合設(shè)計(jì)要求。應(yīng)該注意到對(duì)于建立負(fù)載電機(jī)的函數(shù)性先前使用圖13所示的特性是未知的。
計(jì)算出圖13所示的負(fù)載電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-速度特性后，圖11和12所示的電動(dòng)機(jī)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩-速度特性可被減去以獲得圖12圖解所示的負(fù)載的轉(zhuǎn)矩-速度特性。
消除特性瞬變部分中的波動(dòng)前的負(fù)載電動(dòng)機(jī)的加速狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩-速度特性基本上具有與圖6所示的空載電動(dòng)機(jī)特性相似的形狀，它通過(guò)如下方法獲得。動(dòng)態(tài)速度特性如上所述能直接獲得，其時(shí)間導(dǎo)數(shù)可計(jì)算出。時(shí)間導(dǎo)數(shù)乘以轉(zhuǎn)子和外加負(fù)載的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量能夠得出空載電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩-速度特性，從等式(9)中可清楚地知道。因此，該特性可以用作比較一批相似電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)性能的最佳工具。
應(yīng)該注意到對(duì)于建立負(fù)載電機(jī)的函數(shù)性和獲得在從啟動(dòng)開(kāi)始的加速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)加負(fù)載的電磁噪音的表示，先前使用的該特性是未知的。同樣，對(duì)于獲得從啟動(dòng)開(kāi)始的轉(zhuǎn)矩加速變化而產(chǎn)生的機(jī)械噪音的表示，先前使用的該也是未知的。
在負(fù)載電動(dòng)機(jī)正常的工作條件下，電動(dòng)機(jī)和負(fù)載以一輕微變化的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，該速度變化是由下面引起轉(zhuǎn)矩變化而產(chǎn)生的(ⅰ)電動(dòng)機(jī)，(ⅱ)負(fù)載，和(ⅲ)二者之間的不良連接。
獲得具有加上外加負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的速度特性的時(shí)間導(dǎo)數(shù)積給出了表示由在工作速度下運(yùn)行的負(fù)載電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的變化轉(zhuǎn)矩的強(qiáng)度。該變化轉(zhuǎn)矩還提供了表示負(fù)載電動(dòng)機(jī)在工作條件下的電氣和機(jī)械噪音的強(qiáng)度值。
上述的絕大多數(shù)測(cè)試是和完備的電動(dòng)機(jī)有關(guān)，無(wú)論是負(fù)載的還是空載的。然而，本發(fā)明還提供了通過(guò)與標(biāo)稱“理想”電機(jī)相比較測(cè)試電機(jī)的部件。例如，為了測(cè)試不同的轉(zhuǎn)子，就使用一預(yù)先校準(zhǔn)過(guò)的高性能定子，上述測(cè)試就可以進(jìn)行以獲得電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)重復(fù)這些使用不同轉(zhuǎn)子的有關(guān)相同電動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)，這些轉(zhuǎn)子的性能就能進(jìn)行比較。同樣，通過(guò)使用一預(yù)先校準(zhǔn)過(guò)的高性能轉(zhuǎn)子和替換不同的定子，定子的性能也可以進(jìn)行比較。
至此，從電機(jī)啟動(dòng)直至達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，已描述了有關(guān)測(cè)量速度-時(shí)間或速度-轉(zhuǎn)矩特性的瞬變部分的方法。因此，通過(guò)測(cè)量每個(gè)脈沖的實(shí)際時(shí)間，已證明速度-時(shí)間或轉(zhuǎn)矩-速度特性用比通過(guò)測(cè)量固定時(shí)間周期的平均轉(zhuǎn)速分辨具有更好的分辨率而能被測(cè)定。結(jié)果，電動(dòng)機(jī)特性的瞬變部分過(guò)程中產(chǎn)生的波動(dòng)也能被消除，因此只要提供迄今為止提出方法沒(méi)有的有關(guān)電動(dòng)機(jī)性能的信息。
已經(jīng)作出解釋，即使在空載電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，根據(jù)本發(fā)明測(cè)定特性時(shí)，標(biāo)稱的恒速或轉(zhuǎn)矩也會(huì)產(chǎn)生可以測(cè)量的波動(dòng)或脈動(dòng)。
然而，本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，即使負(fù)載電機(jī)在實(shí)際工作條件下達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，根據(jù)本發(fā)明測(cè)定特性時(shí)，標(biāo)稱的恒速或轉(zhuǎn)矩也會(huì)產(chǎn)生可以測(cè)量的波動(dòng)或脈動(dòng)。這也提供了使用常用方法獲得速度-時(shí)間或速度-轉(zhuǎn)矩特性時(shí)完全丟失的非常寶貴信息。在此情況下，當(dāng)然，就無(wú)需測(cè)量電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的速度，在a.c.電壓周期電源提供給該電機(jī)時(shí)，它對(duì)于a.c.電機(jī)來(lái)說(shuō)就無(wú)關(guān)緊要了。在實(shí)時(shí)內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，所需求的就是測(cè)量電機(jī)的速度-時(shí)間特性，以便在實(shí)際中獲得什么是穩(wěn)定狀態(tài)下電機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)速度-時(shí)間特性。標(biāo)稱的恒速已被發(fā)現(xiàn)具有動(dòng)態(tài)的脈動(dòng)分量，該脈動(dòng)分量用作電動(dòng)機(jī)和所加負(fù)載的性能的重要指示器。更具體地說(shuō)，太多的脈動(dòng)是一種運(yùn)行電動(dòng)機(jī)不能進(jìn)行正常工作情況的表示，故脈動(dòng)的數(shù)量被看作是運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的性能是否合格的標(biāo)準(zhǔn)。因此，通過(guò)連續(xù)地監(jiān)測(cè)工作條件下的負(fù)載電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定狀態(tài)的性能和將脈動(dòng)分量的值與預(yù)先設(shè)定的閥值相比較，在負(fù)載電動(dòng)機(jī)或其任何部件不能滿足設(shè)計(jì)要求的情況下發(fā)出警報(bào)。
本發(fā)明還能測(cè)量穩(wěn)定狀態(tài)條件過(guò)程中的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩和速度以能獲得時(shí)間和頻率范圍的速度-時(shí)間和轉(zhuǎn)矩-時(shí)間特性。在此情況下，或者等至轉(zhuǎn)軸達(dá)到其穩(wěn)定狀態(tài)速度，另一種情況，或者是將高慣量飛輪與轉(zhuǎn)軸相連接以能故意地延遲達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間，這些都是可能的。在此情況下，穩(wěn)定狀態(tài)的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩和速度現(xiàn)象將會(huì)在加速過(guò)程中出現(xiàn)，這些由于比在迄今為止提出的試驗(yàn)臺(tái)中更多采樣點(diǎn)的事實(shí)而能明白。還發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)脈動(dòng)的顯著缺陷將不明顯。
圖14表示具有高轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的飛輪與電動(dòng)機(jī)軸相連接時(shí)電動(dòng)機(jī)的速度-時(shí)間特性。電動(dòng)機(jī)速度從零到達(dá)空轉(zhuǎn)速度逐漸升高經(jīng)過(guò)大約0.35s，與沒(méi)有飛輪的0.1s相反。應(yīng)該注意加在穩(wěn)定狀態(tài)速度-時(shí)間特性上的是表示電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)速度的微小變化的振動(dòng)。這些在電動(dòng)機(jī)速度迅速地升高至穩(wěn)定狀態(tài)速度時(shí)總是出現(xiàn)，但是不引人注意。
圖15表示以速度為1,260rpm為中心的圖14所示的電動(dòng)機(jī)速度-時(shí)間特性的放大效果圖，它能較清楚地表示穩(wěn)定狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)速度周期性地上升和下降。該曲線用作對(duì)負(fù)載電動(dòng)機(jī)在速度為1,260rpm的穩(wěn)定狀態(tài)性能進(jìn)行分類的標(biāo)準(zhǔn)。
圖16表示從以速度約為1,260rpm為中心的圖15所示的電動(dòng)機(jī)速度-時(shí)間特性中獲得的速度頻譜圖。應(yīng)該注意該速度頻譜圖表明基本頻率為100Hz，這個(gè)對(duì)應(yīng)于a.c.電源頻率的兩倍。
圖17表示通過(guò)對(duì)圖14所示的速度-時(shí)間特性相對(duì)于時(shí)間進(jìn)行微分，并乘以飛輪和電動(dòng)機(jī)的合成轉(zhuǎn)動(dòng)慣量而獲得的轉(zhuǎn)矩-時(shí)間特性。該圖顯示轉(zhuǎn)矩的振動(dòng)與圖14的速度-時(shí)間曲線中所觀測(cè)到的振動(dòng)相似。
圖18表示以速度為1,260rpm為中心的圖17所示的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩-時(shí)間特性的放大效果圖，它能較清楚地表示穩(wěn)定狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩周期性地上升和下降。從圖14可知，在時(shí)間t=0.3s時(shí)，電動(dòng)機(jī)的速度達(dá)到1,260rpm。因此，圖18是通過(guò)放大以約t=0.3s為中心的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩-時(shí)間特性而獲得的。該曲線用作對(duì)負(fù)載電動(dòng)機(jī)在速度為1,260rpm的穩(wěn)定狀態(tài)性能進(jìn)行分類的標(biāo)準(zhǔn)。
圖19表示從以速度約為1,260rpm為中心的圖18所示的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩-時(shí)間特性中獲得的轉(zhuǎn)矩頻譜圖。還應(yīng)該注意該轉(zhuǎn)矩頻譜圖表明基本頻率為100Hz，這個(gè)對(duì)應(yīng)于a.c.電源頻率的兩倍。
圖20表示出現(xiàn)陣風(fēng)問(wèn)題的空調(diào)機(jī)的穩(wěn)定狀態(tài)頻率速度頻譜圖，這表示其為大的3Hz的部件。
圖21表示良好空調(diào)機(jī)的穩(wěn)定狀態(tài)頻率速度頻譜圖，表示其為小的3Hz的部件。
圖22表示通過(guò)重復(fù)調(diào)節(jié)百葉窗和獲得、顯示不同百葉窗位置的風(fēng)扇的速度-時(shí)間特性而產(chǎn)生的空調(diào)機(jī)的規(guī)則的穩(wěn)定狀態(tài)速度-時(shí)間特性。它表示風(fēng)扇速度的波動(dòng)是非常小的，表明空調(diào)機(jī)的性能較高。
圖23表示通過(guò)重復(fù)調(diào)節(jié)百葉窗和獲得、顯示不同百葉窗位置的風(fēng)扇的速度-時(shí)間特性而產(chǎn)生的有缺陷空調(diào)機(jī)的速度-時(shí)間特性。在此情況下，顯示風(fēng)扇速度具有劇烈的波動(dòng)，表明空調(diào)機(jī)的性能較低。
圖24從功能上表示能夠顯示根據(jù)本發(fā)明而獲得的轉(zhuǎn)軸41的速度或轉(zhuǎn)矩特性的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和速度分析器40的方框圖。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和速度分析器40包括一采樣單元42，用于在一時(shí)間間隔內(nèi)并從初始采樣時(shí)間對(duì)所測(cè)定的速度或轉(zhuǎn)矩進(jìn)行采樣，用戶可選擇這兩個(gè)時(shí)間。顯示器43與采樣單元42相連接，用于顯示采樣的速度和/或轉(zhuǎn)矩特性。一控制屏44能夠控制相對(duì)于時(shí)間或頻率的一第一x軸尺度和相對(duì)于轉(zhuǎn)矩或速度的一第二正交的y軸尺度。通常，x軸是水平的，y軸是垂直的，雖然這是常用的情況，但如果需要，兩個(gè)軸也可以方向相反?？刂破?4容許用戶調(diào)節(jié)采樣單元42的采樣時(shí)間間隔，因此它提供了更大的靈活性，因?yàn)椴蓸訒r(shí)間間隔越長(zhǎng)，獲得的采樣就越多。
很顯然在沒(méi)有脫離本發(fā)明的精神的情況下可以對(duì)最佳實(shí)施例作出修改。因此，雖然最佳實(shí)施例就特定的a.c.PSC感應(yīng)電動(dòng)機(jī)已作出描述，但本發(fā)明同樣適用于其它類型的a.c.和d.c.電動(dòng)機(jī)。顯然，不同類型電機(jī)的實(shí)際速度-時(shí)間和速度-轉(zhuǎn)矩特性將會(huì)不一樣；不過(guò)給定類型電機(jī)的特性提供了對(duì)不可接受的偏離制造商設(shè)計(jì)要求的良好指示器。
還必須注意雖然各種電動(dòng)機(jī)也非常適合用上述方法進(jìn)行測(cè)試，但為了得益于本發(fā)明的特殊效果電動(dòng)機(jī)不必由電力供電。因此，例如，為了提供使用常用方法丟失的有價(jià)信息，使用本發(fā)明也能便于對(duì)蒸汽發(fā)動(dòng)機(jī)以及汽油、柴油和其它燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行測(cè)量。
同樣，在最佳實(shí)施例中，由旋轉(zhuǎn)軸編碼器產(chǎn)生的連續(xù)脈沖的時(shí)間周期能被測(cè)定。然而，可以明白本發(fā)明獨(dú)特地提出了對(duì)常用方法的速度和轉(zhuǎn)矩特性的動(dòng)態(tài)效應(yīng)分辨率進(jìn)行成千倍的改進(jìn)，應(yīng)該清楚還可以進(jìn)行重大改進(jìn)，例如，即使測(cè)量?jī)H每?jī)蓚€(gè)或三個(gè)脈沖的周期。
最后，雖然本發(fā)明用特定的實(shí)例對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的性能測(cè)試已作出描述，但是應(yīng)該明白本發(fā)明提供了更好測(cè)量角旋轉(zhuǎn)的分辨率，與其所指的任何特定應(yīng)用無(wú)關(guān)。
在下面的方法權(quán)利要求中，用于表示權(quán)利要求步驟的字母符號(hào)僅為方便使用而設(shè)置的，并不暗指實(shí)現(xiàn)這些步驟的任何特定順序。
權(quán)利要求
1．一種測(cè)量旋轉(zhuǎn)軸(22)角旋轉(zhuǎn)的方法，其特征在于該方法包括下列步驟(a)將軸與數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器(23)相連接，該編碼器能夠連續(xù)地產(chǎn)生逆二進(jìn)制邏輯狀態(tài)，以便任何一對(duì)順序邏輯狀態(tài)對(duì)應(yīng)于軸的已知角旋轉(zhuǎn)，(b)旋轉(zhuǎn)該軸，及(c)測(cè)量由數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的數(shù)對(duì)連續(xù)邏輯狀態(tài)之間的累積經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔以能獲得軸的角旋轉(zhuǎn)或其函數(shù)。
2．一種測(cè)試旋轉(zhuǎn)電機(jī)(21)或其部件性能的方法，其特征在于該方法包括下列步驟(a)將旋轉(zhuǎn)電機(jī)(21)的軸(22)與數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器(23)相連接，該編碼器能夠產(chǎn)生逆二進(jìn)制邏輯狀態(tài)，以便任何一對(duì)順序邏輯狀態(tài)對(duì)應(yīng)于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的已知角旋轉(zhuǎn)，以及(b)測(cè)量電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中由數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的連續(xù)數(shù)對(duì)邏輯狀態(tài)之間的累積經(jīng)過(guò)時(shí)間間隔，以能獲得旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度-時(shí)間特性或其函數(shù)，
3．如權(quán)利要求2所述的方法，用于測(cè)試旋轉(zhuǎn)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能，其特征在于(a)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)向旋轉(zhuǎn)電機(jī)提供電源，及(b)從電源大致提供給旋轉(zhuǎn)電機(jī)直至旋轉(zhuǎn)電機(jī)達(dá)到所期望的速度測(cè)量由數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器形成的連續(xù)邏輯狀態(tài)的相應(yīng)時(shí)間周期。
4．如權(quán)利要求2或3所述的方法，它還包括(d)通過(guò)參考旋轉(zhuǎn)電機(jī)預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和旋轉(zhuǎn)電機(jī)測(cè)量的速度-時(shí)間特性計(jì)算旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。
5．如權(quán)利要求2所述的方法，用于在旋轉(zhuǎn)電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)速度后測(cè)量其動(dòng)態(tài)性能，它還包括(d)由旋轉(zhuǎn)電機(jī)預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩-速度特性，上述動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩-速度特性具有一個(gè)波動(dòng)分量疊加其上的恒定靜態(tài)電位。
6．如權(quán)利要求3所述的方法，它還包括(e)消除速度-時(shí)間特性瞬變部分中的波動(dòng)，(f)由旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量旋轉(zhuǎn)電機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩-速度特性。
7．如權(quán)利要求6所述的方法，用于在電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)速度之前消除電機(jī)加速過(guò)程瞬變效應(yīng)中的波動(dòng)，它包括(a)鎖定電機(jī)軸，(b)監(jiān)測(cè)電機(jī)的定子電流，及(c)定子電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)值時(shí)就釋放電機(jī)軸。
8．如權(quán)利要求6所述的方法，用于在具有包括主線圈和與主線圈并聯(lián)切換的副線圈的定子的PSC式a.c.感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的加速過(guò)程中消除瞬變效應(yīng)中的波動(dòng)，該方法包括(a)在a.c.供電壓周期的已知角的情況下開(kāi)始僅將電流提供給主線圈，(b)監(jiān)測(cè)主線圈中的定子電流，及(c)主線圈中的定子電流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)值時(shí)在a.c.供電壓周期的相同已知角的情況下接通電路中的副線圈。
9．如權(quán)利要求6所述的方法，用于電動(dòng)機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)速度之前消除電動(dòng)機(jī)加速過(guò)程中瞬變效應(yīng)中的波動(dòng)，它包括(a)在與正常旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)軸，及(b)在旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)改變方向的時(shí)間過(guò)程中，開(kāi)始對(duì)速度-時(shí)間特性進(jìn)行采樣。
10．如權(quán)利要求6所述的方法，它包括(a)計(jì)算靜態(tài)速度-時(shí)間特性的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，(b)將在(a)中獲得的時(shí)間導(dǎo)數(shù)乘以旋轉(zhuǎn)電機(jī)和結(jié)合的外加負(fù)載的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以能獲得負(fù)載電機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性，及(c)從在(b)獲得的負(fù)載電機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性中減去旋轉(zhuǎn)電機(jī)的靜態(tài)速度-轉(zhuǎn)矩特性以能獲得負(fù)載的轉(zhuǎn)矩-速度特性。
11．如權(quán)利要求6所述的方法，它包括(a)計(jì)算靜態(tài)速度-時(shí)間特性的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，(b)將在(a)中獲得的時(shí)間導(dǎo)數(shù)乘以旋轉(zhuǎn)電機(jī)和結(jié)合的外加負(fù)載的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以能獲得負(fù)載電機(jī)的速度-轉(zhuǎn)矩特性，及(c)對(duì)負(fù)載電機(jī)進(jìn)行GO-NOGO試驗(yàn)以作為其速度-轉(zhuǎn)矩特性的函數(shù)。
12．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)電機(jī)是一種具有轉(zhuǎn)子和預(yù)先校正過(guò)定子的電動(dòng)機(jī)，步驟(a)至(c)相對(duì)于不同的轉(zhuǎn)子重復(fù)進(jìn)行以測(cè)試轉(zhuǎn)子的相對(duì)性能特性。
13．如權(quán)利要求3或6所述的方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)電機(jī)是一種具有轉(zhuǎn)子和預(yù)先校正過(guò)定子的電動(dòng)機(jī)，步驟(a)和(b)相對(duì)于不同的轉(zhuǎn)子重復(fù)進(jìn)行以測(cè)試轉(zhuǎn)子的相對(duì)性能特性。
14．如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)電機(jī)是一種具有定子和預(yù)先校正過(guò)轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)，步驟(a)至(c)相對(duì)于不同的定子重復(fù)進(jìn)行以測(cè)試定子的相對(duì)性能特性。
15．如權(quán)利要求3或6所述的方法，其特征在于旋轉(zhuǎn)電機(jī)是一種具有定子和預(yù)先校正過(guò)轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)，步驟(a)和(b)相對(duì)于不同的定子重復(fù)進(jìn)行以測(cè)試定子的相對(duì)性能特性。
16．如權(quán)利要求3所述的方法，它還包括(c)將具有已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的慣性負(fù)載(14)加到旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸上，(d)獲得具有和不具有慣性負(fù)載的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的相應(yīng)速度特性，(e)對(duì)在(d)中獲得的相應(yīng)速度特性進(jìn)行處理以能獲得旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
17．如權(quán)利要求2或3所述的方法，它還包括(f)在獲得穩(wěn)定狀態(tài)性能之前從旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)速度-時(shí)間特性中確定變化的轉(zhuǎn)矩。
18．如權(quán)利要求5或17所述的方法，其特征在于速度或轉(zhuǎn)矩的變化用作測(cè)量電機(jī)噪音。
19．如權(quán)利要求5或17所述的方法，其特征在于速度或轉(zhuǎn)矩的變化用作測(cè)量電機(jī)的不平衡度或振動(dòng)。
20．如權(quán)利要求3至19中任一所述的方法，它還包括(g)對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度-時(shí)間特性進(jìn)行傅里葉變化以獲得其頻譜。
21．如權(quán)利要求20的方法，用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前的其加速過(guò)程中消除瞬變效應(yīng)中的波動(dòng)，該方法包括(h)對(duì)頻譜進(jìn)行濾波以去除高頻分量，及(i)將產(chǎn)生的能譜變換為時(shí)間范疇。
22．如權(quán)利要求4,5,10,11和17中任一所述的方法，它還包括(g)對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-時(shí)間特性進(jìn)行傅里葉變換以能獲得其轉(zhuǎn)矩頻譜和速度頻譜。
23．如權(quán)利要求2至4中任一所述的方法，包括獲得旋轉(zhuǎn)電機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)速度條件下的振動(dòng)速度特性，它包括下列步驟(e)使旋轉(zhuǎn)電機(jī)達(dá)到其穩(wěn)定狀態(tài)速度，及(f)獲得疊加在上述振動(dòng)速度特性上的穩(wěn)定狀態(tài)速度曲線。
24．如權(quán)利要求3至4中任一所述的方法，包括獲得在旋轉(zhuǎn)電機(jī)從加速到穩(wěn)定狀態(tài)速度過(guò)程中的振動(dòng)速度特性，它包括下列步驟(g)將高慣性飛輪與轉(zhuǎn)軸相連接以能故意地延遲達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間，(h)在獲得穩(wěn)定狀態(tài)特性之后，獲取速度變化的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定狀態(tài)的速度-時(shí)間特性，(i)放大所需范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度以能獲得有限時(shí)間框架中疊加在其上述振動(dòng)速度特性上的速度-時(shí)間特性。
25．如權(quán)利要求23所述的方法，用于獲得旋轉(zhuǎn)電機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)速度下的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性，它還包括下列步驟(g)對(duì)速度-時(shí)間曲線相對(duì)于時(shí)間進(jìn)行微分，并乘以旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以能獲得作為時(shí)間函數(shù)的變化轉(zhuǎn)矩。
26．如權(quán)利要求24所述的方法，用于獲得旋轉(zhuǎn)電機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)速度下的振動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性，它還包括下列步驟(g)對(duì)速度-時(shí)間曲線相對(duì)于時(shí)間進(jìn)行微分，并乘以旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以能獲得作為時(shí)間函數(shù)的變化轉(zhuǎn)矩。
27．如權(quán)利要求23或24所述的方法，它還包括這樣的步驟(j)對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-時(shí)間或速度-時(shí)間特性進(jìn)行傅里葉變換以獲得其頻率轉(zhuǎn)矩能譜或頻率速度能譜。
28．如權(quán)利要求25或26所述的方法，它還包括這樣的步驟(j)對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-時(shí)間或速度-時(shí)間特性進(jìn)行傅里葉變換以獲得其頻率轉(zhuǎn)矩能譜或頻率速度能譜。
29．如權(quán)利要求3所述的方法，用于實(shí)時(shí)測(cè)試旋轉(zhuǎn)電機(jī)的穩(wěn)定狀態(tài)特性或其部件，其特征在于(a)與數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器相連接的上述軸保持一所需的時(shí)間段，以及(b)在電機(jī)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中由數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生脈沖的上述相應(yīng)時(shí)間周期在上述所需時(shí)間段過(guò)程中不斷地被實(shí)時(shí)測(cè)量。
30．如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于(a)選擇被縮短的上述時(shí)間段以獲得在符合設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行時(shí)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的初始性能特性，及(c)在電機(jī)實(shí)際工作的過(guò)程中選擇不受限制的時(shí)間段以檢測(cè)對(duì)符合設(shè)計(jì)條件的偏差。
31．如權(quán)利要求2或3所述的方法，用于測(cè)試空調(diào)機(jī)的工作性能，其特征在于旋轉(zhuǎn)電機(jī)是一種與空調(diào)機(jī)風(fēng)扇相連接的電動(dòng)機(jī)，包括下列步驟(a)使風(fēng)扇達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)速度，(b)獲得風(fēng)扇速度-時(shí)間特性，及(c)對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度-時(shí)間或轉(zhuǎn)矩-時(shí)間特性進(jìn)行傅里葉變換以能獲得其頻率速度能譜或頻率轉(zhuǎn)矩能譜，以此突出風(fēng)扇速度或轉(zhuǎn)矩中的頻率諧波，該頻率諧波具有較高值，表示其質(zhì)量性能低。
32．如權(quán)利要求2或3所述的方法，用于測(cè)試具有可調(diào)節(jié)百葉窗以調(diào)節(jié)氣流方向的空調(diào)機(jī)的工作性能，其特征在于旋轉(zhuǎn)電機(jī)是空調(diào)機(jī)的風(fēng)扇，包括下列步驟(a)使風(fēng)扇達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)速度，及(b)重復(fù)地調(diào)節(jié)百葉窗，獲得和顯示不同百葉窗位置風(fēng)扇的速度-時(shí)間特性；以此突出風(fēng)扇速度中的劇烈波動(dòng)，表示其質(zhì)量性能較低。
33．一種顯示根據(jù)前面權(quán)利要求中任一獲得轉(zhuǎn)軸的速度或轉(zhuǎn)矩特性的方法，它還包括下列步驟(a)從已知開(kāi)始采樣時(shí)間以有規(guī)律的時(shí)間間隔采樣所測(cè)量的速度或轉(zhuǎn)矩，(b)顯示上述所測(cè)量的作為時(shí)間或頻率函數(shù)的速度或轉(zhuǎn)矩采樣，(c)控制相對(duì)于時(shí)間或頻率的第一x軸尺度，及(d)控制相對(duì)于轉(zhuǎn)矩或速度的第二正交的y-軸尺度。
34．一種測(cè)量轉(zhuǎn)軸(22)角旋轉(zhuǎn)的裝置(20)，該裝置包括(a)一連接器，用于將軸與數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器(23)相連接，該編碼器能夠產(chǎn)生軸已知角旋轉(zhuǎn)的逆二進(jìn)制邏輯狀態(tài)，這樣任一對(duì)順序的邏輯狀態(tài)對(duì)應(yīng)于軸的已知角旋轉(zhuǎn)，及(b)一對(duì)定時(shí)器(31,32)，用于測(cè)量和累積由數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的連續(xù)逆二進(jìn)制邏輯狀態(tài)的相應(yīng)時(shí)間周期以能獲得軸的角旋轉(zhuǎn)或其函數(shù)。
35．一種測(cè)試旋轉(zhuǎn)電機(jī)(21)或其部件性能的裝置(20)，該裝置包括(a)一連接器，用于將旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸(22)與數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器(23)相連接，該編碼器能夠產(chǎn)生軸已知角旋轉(zhuǎn)的逆二進(jìn)制邏輯狀態(tài)，這樣任一對(duì)順序的邏輯狀態(tài)對(duì)應(yīng)于電機(jī)的已知角旋轉(zhuǎn)，(b)一電源28，用于在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)向旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)供電；(c)一對(duì)定時(shí)器(31,32)，用于從電源大致提供給旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)到旋轉(zhuǎn)電機(jī)達(dá)到所需速度測(cè)量由數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的連續(xù)逆二進(jìn)制邏輯狀態(tài)的相應(yīng)時(shí)間周期，(d)一與定時(shí)器相連接的計(jì)算機(jī)(25)，用于累積由數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的連續(xù)逆二進(jìn)制邏輯狀態(tài)的相應(yīng)時(shí)間周期以能獲得旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)速度特性，如果需要，用于將其存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器以便進(jìn)一步處理。
36．如權(quán)利要求35所述的裝置，還包括一與計(jì)算機(jī)相連接的顯示裝置(27)，用于圖解顯示經(jīng)過(guò)處理后的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)速度特性或其函數(shù)。
37．如權(quán)利要求35或2所述的裝置，適用于消除瞬變效應(yīng)以能獲得旋轉(zhuǎn)電機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩-速度特性。
38．如權(quán)利要求35至3中任一所述的裝置，其特征在于定時(shí)器包括一振蕩器(31)，用于在其輸出端產(chǎn)生已知頻率的高頻時(shí)鐘脈沖，及第一和第二計(jì)數(shù)器(32,33)，每個(gè)計(jì)數(shù)器具有與振蕩器輸出端相連接的時(shí)鐘輸入端(CLK)，每個(gè)計(jì)數(shù)器具有與軸編碼器(23)相連接的啟動(dòng)輸入端(ENABLE)，用于接收編碼器順序邏輯狀態(tài)過(guò)程中的連續(xù)編碼器脈沖，并與計(jì)算機(jī)相連接，以將軸編碼器的相應(yīng)邏輯狀態(tài)提供給計(jì)算機(jī)，每個(gè)計(jì)數(shù)器具有一個(gè)與計(jì)算機(jī)對(duì)應(yīng)相連接的復(fù)位端(RST)以能使第一和第二計(jì)數(shù)器被重新復(fù)位；因此通過(guò)將每個(gè)連續(xù)邏輯狀態(tài)過(guò)程中的相應(yīng)邏輯狀態(tài)中的時(shí)鐘脈沖數(shù)乘以時(shí)鐘頻率和累積上述相應(yīng)時(shí)間間隔，每個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)算編碼器產(chǎn)生相應(yīng)邏輯狀態(tài)過(guò)程中的連續(xù)編碼器脈沖之間的時(shí)鐘脈沖數(shù)和計(jì)算機(jī)累積編碼器產(chǎn)生相應(yīng)邏輯狀態(tài)過(guò)程中的相應(yīng)時(shí)間間隔。
39．如權(quán)利要求34至4中任一所述的用于顯示轉(zhuǎn)軸的速度或轉(zhuǎn)矩特性的裝置(40)，它還包括一采樣單元(41)，用于從已知開(kāi)始采樣時(shí)間以有規(guī)律的時(shí)間間隔采樣所測(cè)量的速度或轉(zhuǎn)矩，一顯示器(42)用于顯示所采樣的速度和/或轉(zhuǎn)矩特性，一控制屏(43)，用于控制相對(duì)于時(shí)間或頻率的第一x軸尺度和控制相對(duì)于轉(zhuǎn)矩或速度的第二正交的y-軸尺度。
40．如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于控制包括一調(diào)節(jié)上述時(shí)間間隔的控制。
41．如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于控制包括一調(diào)節(jié)開(kāi)始采樣時(shí)間的控制。
全文摘要
一種測(cè)量轉(zhuǎn)軸角旋轉(zhuǎn)的方法,它包括將軸與數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器相連接的步驟,該數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器能夠在相應(yīng)的連續(xù)時(shí)間間隔過(guò)程中產(chǎn)生連續(xù)的HIGH和LOW邏輯電平。該軸被旋轉(zhuǎn),由數(shù)字旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生的每個(gè)連續(xù)邏輯電平的相應(yīng)時(shí)間周期被累積以能獲得軸的角旋轉(zhuǎn)或其函數(shù)。這種方法產(chǎn)生與編碼器的占空系數(shù)中的容許誤差無(wú)關(guān)的精確結(jié)果。該方法可用于測(cè)試旋轉(zhuǎn)電機(jī)或其部件的性能以能獲得旋轉(zhuǎn)電機(jī)的速度－時(shí)間特性或其函數(shù)。由于本發(fā)明具有較高的固有測(cè)量分辨率,它可以精確地測(cè)定動(dòng)態(tài)特性以及穩(wěn)態(tài)特性而無(wú)需使用飛輪降低電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。
文檔編號(hào)G01M99/00GK1310800SQ99808850
公開(kāi)日2001年8月29日 申請(qǐng)日期1999年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月16日
發(fā)明者梅納切·科恩, 艾爾·科恩 申請(qǐng)人:M.E.A.電動(dòng)機(jī)檢測(cè)有限公司