摘要：直流有刷電機工作電流受到電刷換流影響會產(chǎn)生波動，因此通過電機電流諧波分析可以獲得電機的轉(zhuǎn)速。基于此原理本文提出了一種對智能車模小型有刷直流電機性能檢測方法。

　　根據(jù)簡化的直流電機模型，電機在穩(wěn)定運行時，輸入電壓、電流與電機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如公式(1)所示：　　

         
　　C_e是與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù); U是工作直流電源電壓;是磁極氣隙磁通;R為線圈電阻。當(dāng)C_e、、R、U穩(wěn)定不變時，電機轉(zhuǎn)速-電流之間是簡單的線性函數(shù)。兩個系數(shù)包含了電機主要特性。特別是截距參數(shù)對應(yīng)了電機堵轉(zhuǎn)時的電流值，它的大小與電機最大輸出功率成正比。測量電機轉(zhuǎn)速-電流系數(shù)需要在恒定工作電壓下，測量電機不同轉(zhuǎn)速和工作電流之間的一組數(shù)據(jù)，通過線性擬合獲得。 

　　測量方法

　　采集電機工作電流信號是測量電機參數(shù)的基礎(chǔ)。電機參數(shù)測量電路如圖1所示。測量電路中的電流檢測和采集電路是核心，它需要將電機的工作電流轉(zhuǎn)換成電壓并進行采集。根據(jù)待測電機的工作電流范圍和轉(zhuǎn)速范圍確定電流采集電路的方案：電流采集方式、電流采集頻率和轉(zhuǎn)換精度。

　　電機工作電流采集電路

　　采集電機工作電流首先需要將電流轉(zhuǎn)換成電壓，然后進行AD轉(zhuǎn)換。采用霍爾電流傳感器可以減少電流采集電路對于測量的影響。CQ-2093是一款交流電流霍爾傳感器。它只需要5V電源供電，電流測量范圍是20安培。由于模型車電機工作電流較小，所以需要將CQ-2093輸出信號進行放大20倍后進行AD轉(zhuǎn)換。使用Freescale公司的DSC F8013單片機采集電流信號，然后通過RS232串口發(fā)送到計算機進行分析處理。F8013的AD轉(zhuǎn)換精度為12bit，可以滿足電機電流采集的精度需要。圖2給出了電流采集電路。　　

 

　　信號采集頻率

　　根據(jù)采樣定理，為了使得信號經(jīng)過采樣不發(fā)生頻率混疊，采樣頻率需要大于信號中最高頻率分量的兩倍。通過示波器對于實際電機電流波形進行測量，確定電流波動頻率范圍。選擇智能車模A型車模所使用的RS380電機進行測量。利用圖2給出的電流采集電路，測量運放U2輸出信號。為了比較電流波動頻率與電機轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，還使用了光電傳感器對于電機輸出軸轉(zhuǎn)速進行測量。測量波形如圖3所示。

　　圖3中的電流波形顯示，電機轉(zhuǎn)速與電流波動周期之間存在倍數(shù)關(guān)系。電機旋轉(zhuǎn)一周，由于電刷換流引起的電流波動次數(shù)是電機的極對數(shù)兩倍。RS-380SH電機是三對極，因此電機旋轉(zhuǎn)一周，電流波動六次。所以電流信號中最低諧波頻率是電機轉(zhuǎn)速的六倍。