机械工程测试技术大作业：
三相异步电动机转矩测试。
指导老师：张小栋。
学院：机械学院。
班级：机自75班。
姓名：王晗。
学号：07101053
一． 测试任务。
三相异步电动机作为工业现场最常用的电动机之一，广泛应用于各种动力机械。电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流**子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
电机负载是电机最重要的参数，是人们选取电机型号重要的依据之一，也影响着电机的工作状况。
本测试任务是对新设计的某型号三相异步电动机样机进行扭矩测试。测试的目的一是为了验证理论计算，为产品进一步改进提供依据；二是对样机提出评价意见，作为新产品鉴定的依据。
根据力学分析，电机主轴受力可分为正应力和切应力，因此，只需对轴的正应力和切应力进行测量，就可以计算出轴此时所受扭矩的大小。
二． 测试方案。
1．测量方法：
测量电机主轴的扭矩有多种测试手段：
1） 电阻应变片式：利用导体半导体的应变效应，根据材料的力学推导，从而求出所受扭矩。这种方法方便简洁，便于测量，适合在实验室等场合下使用，但测量影响因素较多，有一定误差。
2） 柱（筒）式测力传感器：也是利用力学分析，达到测量的目的。这种方法的使用的传感器体积小，结构紧凑，构造简单，可以承受很大载荷，但需要专门的力传感器，不便于学习。
3） 应变式扭矩传感器：利用弹性元件传递扭矩时产生的应变来测量扭矩。方法跟上述两种类似，方便使用。
4） 磁电式扭矩传感器：利用扭矩产生扭转轴两端齿形圆盘磁通量的变化，从而感应出交流电压，两输出电压产生相位差，达到测量扭矩的目的。这种测试方法操作简单，误差较小，但需专门的仪器，对传感器及圆盘精度要求高。
综合比较上述几种测量方案，第一种（电阻应变片式）的安装方便，测量简单，具有鲜明的代表性，且适合在实验室中使用，并且原理简单，非常适合学生进行测量。因此，选取这种测量方案。
2．应变片安装：
两个相同的应变片分别与轴线呈45和135度方向粘贴，采用粘贴剂粘贴，如下图：
3．测量原理：
应变片电阻采用全桥连接。
平面单位体受力状态如上图所示，设斜面面积为，则两正交平面的面积分别为cos和sin，物体受力平衡，列出法线n和切线t方向的平衡方程如下：
由切应力互等定律知，利用三角公式，上两式化简为。
由于正应力为零，，，代入上式可得：
轴在受到扭矩作用时其切应力和切应变与它所传递的扭矩有线性关系。
为转轴所受扭矩，g为剪切弹性模量，w为圆轴断面的抗扭模量，对于实心圆周，d为圆轴外径，k为扭矩灵敏系数。
由应变片测出切应变，利用上式就可算出扭矩了。
应变片采用直流电桥全桥式安装，电桥输出
4．测量步骤：
1）搭建系统，监测和调试试验样机。
2）粘贴应变片并干燥，密封，检查绝缘；接好应变测试系统，调试仪器，合理选择灵敏度，消除不正常现象。
3）取空载状态作为初始状态，将应变仪清零。
4）检查仪器并开始试验。
三．后续测量系统的设计。
调理电路包括：运算放大器，低通滤波电路，a/d转换器，模拟多路开关，采样保持电路，控制电路。
一 工作过程为：当电桥将应变片感应信号转换为电压信号输出，然后经运算放大器放大信号后，经过滤波后，进行a/d转换，并通过接口输入到工控机存储，工控机将接受信息处理后显示出来。
四． 测量结果及分析。
1． 不同转速下的主轴扭矩。
首先对电机在不同转速下进行扭矩的测试和分析，作出在不同转速下的扭矩测试结果图，分析结果，观察扭矩随转速的变化趋势，大致可以得到电机在不同转速下的带载能力，这是测试电机的第一项特性。
2． 相同转速下的主轴扭矩。
在相同的转速下对主轴扭矩进行多次测试和分析，作出在相同转速下的扭矩测试结果图，分析扭矩变化的幅度以及波纹度，大致可得到电机的稳定性。
3． 结果与误差分析。
计算过程中采用多次测量求平均值地方法，以降低误差对测量结果的影响。
五． 测量系统分析。
本测量系统中采用了最传统的电阻应变片搭建电桥测量扭矩的方法，具有安装简洁，使用方便的特点，并且使用的仪器也较为普通，不用专门去购买专用设备，经济性较好。而且采用工业计算机处理数据，软件绘图的技术，大量节省了人工处理数据的时间，并且精度高，可达0.001n·m，图形直观可信，清晰明了。
因此，本测试系统理应可以完成既定的测试任务。
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