趙黎華+李猛+陳志亮

摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷提高，同時由于國際市場不斷增長的需求，我國電機(jī)行業(yè)得到了快速發(fā)展。由于電機(jī)種類與數(shù)量的增加，用于電機(jī)性能與質(zhì)量指標(biāo)測試的電機(jī)測試技術(shù)也不斷發(fā)展。針對職業(yè)院校教師開展電機(jī)測試實驗教學(xué)效果差以及一些負(fù)責(zé)電機(jī)檢測的企事業(yè)單位實驗效率低、人員勞動強(qiáng)度大等問題，提出并設(shè)計了一套基于虛擬技術(shù)的電機(jī)型式實驗測試系統(tǒng)，包括計算機(jī)、控制柜、測量儀器柜等，可以實現(xiàn)空載實驗、負(fù)載實驗、堵轉(zhuǎn)實驗、溫升實驗等電機(jī)測試實驗。經(jīng)實驗驗證，該電機(jī)型式實驗測試系統(tǒng)性能穩(wěn)定，效果良好，彌補(bǔ)了現(xiàn)有電機(jī)測試技術(shù)中的缺陷。

關(guān)鍵詞：電機(jī)測試；型式實驗；傳感器；虛擬技術(shù)；LabView

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）02-0170-03

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及國際市場對中小型電機(jī)的需求，出現(xiàn)了越來越多的電機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，電機(jī)種類與品質(zhì)各式各樣，因此對電機(jī)性能和質(zhì)量指標(biāo)的檢測技術(shù)及設(shè)備的需求迫切。電機(jī)測試技術(shù)是伴隨著電機(jī)工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的，兩者密切相關(guān)，相輔相成。電機(jī)測試技術(shù)就是根據(jù)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，采用相關(guān)的設(shè)備，對生產(chǎn)的電機(jī)進(jìn)行電機(jī)實驗，從而得到測試電機(jī)的電氣性能、力學(xué)性能、安全性能及可靠性等技術(shù)指標(biāo)。電機(jī)測試實驗是電機(jī)制造與生產(chǎn)過程中的必要工序，是對電機(jī)生產(chǎn)技術(shù)和裝備的綜合評價，對生產(chǎn)的電機(jī)性能與質(zhì)量指標(biāo)起著重要作用。目前，伴隨著科學(xué)技術(shù)的提高，電機(jī)生產(chǎn)在設(shè)計、工藝等方面的水平日益提高，電機(jī)的性能和質(zhì)量指標(biāo)也有了很大提高，對電機(jī)測試技術(shù)的要求也越來越高。

隨著全球環(huán)境的日趨惡化以及國際能源的日益緊缺，近年來，許多發(fā)達(dá)國家在提高電機(jī)效率方面都提出了具體的時間規(guī)劃。相應(yīng)地，需要電機(jī)測試技術(shù)在測試?yán)碚?、測試手段、測試裝備等方面進(jìn)一步提高，目的在于提高電機(jī)測試實驗效率、降低人員勞動強(qiáng)度以及提高測試設(shè)備的精度等。

由于電機(jī)行業(yè)的快速發(fā)展，各類職業(yè)院校都開展了相應(yīng)的電機(jī)實驗課程。針對目前職業(yè)院校開展電機(jī)測試實驗過程中出現(xiàn)的時間效率低、能源消耗大、精度不足等問題，筆者基于先進(jìn)虛擬儀器LabView技術(shù)，結(jié)合各類測量傳感器，設(shè)計了一套電機(jī)型式實驗測試系統(tǒng)，將計算機(jī)、儀器儀表等硬件結(jié)合在一起，通過軟件設(shè)計實現(xiàn)對實驗的控制和資料的運算、分析、處理、顯示、打印及存儲功能。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本電機(jī)型式實驗測試系統(tǒng)將計算機(jī)、測量儀器等硬件設(shè)備與虛擬儀器LabView軟件技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行電機(jī)型式實驗，從而實現(xiàn)電機(jī)型式實驗的自動控制。系統(tǒng)組成包括計算機(jī)、打印機(jī)、控制柜、測量儀器柜、電源控制柜、轉(zhuǎn)矩傳感器、陪試電機(jī)以及被試電機(jī)等，其相應(yīng)的系統(tǒng)總體組成結(jié)構(gòu)框圖如下頁圖1所示。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

計算機(jī) 本電機(jī)型式實驗測試系統(tǒng)利用計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運算分析、圖形處理等能力，通過軟件設(shè)計為測試系統(tǒng)提供圖形化的人機(jī)操作界面，用于實現(xiàn)系統(tǒng)硬件配置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、數(shù)據(jù)波形顯示及特性曲線打印報告等功能。

控制柜 控制柜負(fù)責(zé)整個測試系統(tǒng)的整體控制，用于實現(xiàn)被試電機(jī)數(shù)據(jù)的測量、采集和處理，包括PLC模塊單元和由接觸器、熱繼電器、中間繼電器連接構(gòu)成的電氣線路。PLC控制柜上裝有轉(zhuǎn)換開關(guān)，用于切換手動和自動運行狀態(tài)。PLC模塊單元包括CPU模塊、電源模塊、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊和模擬量輸入模塊。PLC模塊單元與計算機(jī)之間采用CP 5611通訊卡連接，從而操作計算機(jī)軟件控制窗口，實現(xiàn)對被試電機(jī)項目的自動選擇和控制，并由軟件自動生成數(shù)據(jù)報表。

測量儀器柜 測量儀器柜包含測量電機(jī)性能參數(shù)的各類傳感器，比如多功能數(shù)字功率計、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測試儀、智能電機(jī)參數(shù)測試儀等，在計算機(jī)的控制下負(fù)責(zé)測量電機(jī)的電壓、電流、功率等各項參數(shù)。多功能數(shù)字功率計實物如圖2所示。

電源控制柜 電源控制柜用于給陪試電機(jī)和被試電機(jī)提供電源，電源設(shè)計采用了電子內(nèi)回饋變頻技術(shù)，將被試電機(jī)的正弦波電源與陪試電機(jī)的電源相結(jié)合。其電源工作原理為：把交流電整流為直流電，再經(jīng)過逆變單元，變?yōu)檎也?，?jīng)過濾波，變壓器隔離產(chǎn)生純正的正弦波（失真度<3%），頻率范圍47～63HZ?；仞亞卧獮橐粋€智能控制同步整流，當(dāng)陪試電機(jī)工作在第四象限時（發(fā)電狀態(tài)），經(jīng)DSP采用特殊算法控制該單元把交流電整流為直流電，回饋到直流母線（因為是直流回饋，對電網(wǎng)無污染）。其原理框圖如圖3所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要用來提供友好的人機(jī)操作界面，從而實現(xiàn)系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示等功能。

虛擬儀器技術(shù)概述 虛擬儀器技術(shù)是利用計算機(jī)作為測量平臺，采用虛擬儀器軟件模擬實際儀器操作過程，通過設(shè)計人機(jī)交互界面來完成傳感器信號的采集、處理、分析以及顯示、存儲等功能。虛擬儀器系統(tǒng)主要由硬件平臺與軟件平臺兩部分構(gòu)成。硬件平臺僅僅是為了完成信號的輸入、輸出，軟件設(shè)計才是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。本系統(tǒng)采用LabView虛擬儀器軟件開發(fā)平臺進(jìn)行軟件的設(shè)計。

系統(tǒng)開發(fā)工具LabView 本電機(jī)型式實驗測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用圖形化的編程語言工具——LabView7.1。該軟件主要通過使用相應(yīng)的圖標(biāo)、框圖和連線來進(jìn)行程序設(shè)計，設(shè)計過程簡單直觀、容易操作、易于理解。LabView具備編程語言中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、語法等基本要素，同時具備自己的擴(kuò)展函數(shù)庫和子程序應(yīng)用模塊。用戶通過使用這些模塊可以快速實現(xiàn)串口通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換、波形顯示等功能。另外，LabView也支持CIN節(jié)點，方便用戶使用C、C++語言進(jìn)行程序設(shè)計。

系統(tǒng)軟件功能結(jié)構(gòu) 根據(jù)本電機(jī)型式實驗測試系統(tǒng)的功能需求，利用LabView軟件設(shè)計了以下幾個功能模塊：（1）空載測試模塊?？刂齐姍C(jī)在額定電壓、額定頻率的工作條件下空載運行，記錄電壓、電流及輸入功率值，最后繪制空載特性曲線，分析計算銅耗、鐵耗、機(jī)械耗。（2）堵轉(zhuǎn)測試模塊。電機(jī)接近冷狀態(tài)下進(jìn)行，采用電阻法進(jìn)行堵轉(zhuǎn)測試，讀取電壓、電流、功率的數(shù)值，繪制電機(jī)的堵轉(zhuǎn)特性曲線。（3）負(fù)載測試模塊。在被測電機(jī)的負(fù)載端加上測功電機(jī)，保持發(fā)電狀態(tài)，實現(xiàn)被測電機(jī)的負(fù)載性能指標(biāo)測試。（4）數(shù)據(jù)回放和分析模塊。通過軟件設(shè)計，在數(shù)據(jù)采集過程中加入存儲過程，方便用戶進(jìn)行后面的數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)波形顯示、生成報表等功能。endprint

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)功能框圖如圖4所示。

電機(jī)型式實驗

利用本型式實驗測試系統(tǒng)可進(jìn)行的測試項目如下。

直流電阻 電機(jī)在環(huán)境溫度下，用四端法測量其直流電阻，可換算出基準(zhǔn)溫度下的電阻值。

空載實驗 讓電機(jī)在額定電壓、額定頻率下空載運行，一直到機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定，然后從1.1～1.3倍額定電壓開始，逐步降低電壓，直到電機(jī)電流開始回升為止，其間測取7～9點數(shù)據(jù)，記錄電壓、電流及輸入功率值，最后繪制空載特性曲線，分析計算銅耗、鐵耗、機(jī)械耗。

負(fù)載實驗 當(dāng)電機(jī)的溫度接近熱穩(wěn)定時，給電機(jī)加額定電壓，通過改變電機(jī)負(fù)載，在1.25～0.25倍額定負(fù)載范圍內(nèi)均勻測取6～8點數(shù)據(jù)，記錄每點的電壓、電流、輸入功率、輸出功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，可通過輸入輸出法或負(fù)載雜散損耗采用推薦值的損耗分析法確定效率，并繪制特性曲線。

堵轉(zhuǎn)實驗 在電機(jī)接近冷狀態(tài)下進(jìn)行，實驗時設(shè)備可通過外力將電機(jī)轉(zhuǎn)子堵住，從額定電壓的1.1倍開始，降低電壓到接近電機(jī)額定電流時為止，其間測取6～8點，讀取電壓、電流、功率及轉(zhuǎn)矩，并繪制轉(zhuǎn)矩特性曲線。當(dāng)采用電阻法測堵轉(zhuǎn)時，只讀取電壓、電流、功率的數(shù)值，每側(cè)完一點，測取定子繞組的電阻值，借此計算對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值。最后可繪制電機(jī)的堵轉(zhuǎn)特性曲線。

溫升實驗 本設(shè)備采用電阻法做溫升實驗。電機(jī)運行熱穩(wěn)定以后，斷電測取某一繞組的電阻值降落曲線，可以反推到斷電瞬間的電阻值，并以此電阻值和冷態(tài)數(shù)據(jù)求取繞組溫升。在實驗過程中，可自動穩(wěn)定負(fù)載，溫升穩(wěn)定后，提示用戶斷電停機(jī)，以進(jìn)行下面的實驗項目。

隨著計算機(jī)控制技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的不斷提高，電機(jī)測試技術(shù)也隨之得到了廣泛應(yīng)用與快速發(fā)展。高性能的電機(jī)測試系統(tǒng)，由于具備測試過程自動化、測試時間短、測試精度高等優(yōu)勢，在電機(jī)測試行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景和市場。筆者基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計的電機(jī)型式實驗測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了電機(jī)性能與質(zhì)量指標(biāo)的測試，具有操作簡單、數(shù)據(jù)精度高、測試時間短、性能穩(wěn)定等特點，使用效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳漢熙，韓寶江，李巧蓮.檢測技術(shù)及設(shè)備在電機(jī)制造中的應(yīng)用[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2012，39（5）：37-40.

[2]李舒陽，李波.電機(jī)自動測試系統(tǒng)[J].微電機(jī)，2000，33（6）：32-34.

[3]王寶軍，丁軼成.智能化電機(jī)測功機(jī)實驗裝置的研究[J].實驗室研究與探索，2003，22（4）：91-92.

[4]耿洪奎.電機(jī)型式實驗站技術(shù)方案比較[J].電機(jī)技術(shù)，2008（4）41-43.

[5]張亞峰.基于虛擬儀器的電機(jī)自動測試系統(tǒng)[D].西安：西安交通大學(xué)，2002.

[6]顧繩谷.電機(jī)與拖動基礎(chǔ)（第4版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[7]張增楷.如何提高小型三相異步電動機(jī)效率測試的準(zhǔn)確度[J].電工技術(shù)雜志，1983（6）：28-29.

（責(zé)任編輯：謝良才）endprint

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)功能框圖如圖4所示。

電機(jī)型式實驗

利用本型式實驗測試系統(tǒng)可進(jìn)行的測試項目如下。

直流電阻 電機(jī)在環(huán)境溫度下，用四端法測量其直流電阻，可換算出基準(zhǔn)溫度下的電阻值。

空載實驗 讓電機(jī)在額定電壓、額定頻率下空載運行，一直到機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定，然后從1.1～1.3倍額定電壓開始，逐步降低電壓，直到電機(jī)電流開始回升為止，其間測取7～9點數(shù)據(jù)，記錄電壓、電流及輸入功率值，最后繪制空載特性曲線，分析計算銅耗、鐵耗、機(jī)械耗。

負(fù)載實驗 當(dāng)電機(jī)的溫度接近熱穩(wěn)定時，給電機(jī)加額定電壓，通過改變電機(jī)負(fù)載，在1.25～0.25倍額定負(fù)載范圍內(nèi)均勻測取6～8點數(shù)據(jù)，記錄每點的電壓、電流、輸入功率、輸出功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，可通過輸入輸出法或負(fù)載雜散損耗采用推薦值的損耗分析法確定效率，并繪制特性曲線。

堵轉(zhuǎn)實驗 在電機(jī)接近冷狀態(tài)下進(jìn)行，實驗時設(shè)備可通過外力將電機(jī)轉(zhuǎn)子堵住，從額定電壓的1.1倍開始，降低電壓到接近電機(jī)額定電流時為止，其間測取6～8點，讀取電壓、電流、功率及轉(zhuǎn)矩，并繪制轉(zhuǎn)矩特性曲線。當(dāng)采用電阻法測堵轉(zhuǎn)時，只讀取電壓、電流、功率的數(shù)值，每側(cè)完一點，測取定子繞組的電阻值，借此計算對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值。最后可繪制電機(jī)的堵轉(zhuǎn)特性曲線。

溫升實驗 本設(shè)備采用電阻法做溫升實驗。電機(jī)運行熱穩(wěn)定以后，斷電測取某一繞組的電阻值降落曲線，可以反推到斷電瞬間的電阻值，并以此電阻值和冷態(tài)數(shù)據(jù)求取繞組溫升。在實驗過程中，可自動穩(wěn)定負(fù)載，溫升穩(wěn)定后，提示用戶斷電停機(jī)，以進(jìn)行下面的實驗項目。

隨著計算機(jī)控制技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的不斷提高，電機(jī)測試技術(shù)也隨之得到了廣泛應(yīng)用與快速發(fā)展。高性能的電機(jī)測試系統(tǒng)，由于具備測試過程自動化、測試時間短、測試精度高等優(yōu)勢，在電機(jī)測試行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景和市場。筆者基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計的電機(jī)型式實驗測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了電機(jī)性能與質(zhì)量指標(biāo)的測試，具有操作簡單、數(shù)據(jù)精度高、測試時間短、性能穩(wěn)定等特點，使用效果良好。

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[7]張增楷.如何提高小型三相異步電動機(jī)效率測試的準(zhǔn)確度[J].電工技術(shù)雜志，1983（6）：28-29.

（責(zé)任編輯：謝良才）endprint

系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)功能框圖如圖4所示。

電機(jī)型式實驗

利用本型式實驗測試系統(tǒng)可進(jìn)行的測試項目如下。

直流電阻 電機(jī)在環(huán)境溫度下，用四端法測量其直流電阻，可換算出基準(zhǔn)溫度下的電阻值。

空載實驗 讓電機(jī)在額定電壓、額定頻率下空載運行，一直到機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定，然后從1.1～1.3倍額定電壓開始，逐步降低電壓，直到電機(jī)電流開始回升為止，其間測取7～9點數(shù)據(jù)，記錄電壓、電流及輸入功率值，最后繪制空載特性曲線，分析計算銅耗、鐵耗、機(jī)械耗。

負(fù)載實驗 當(dāng)電機(jī)的溫度接近熱穩(wěn)定時，給電機(jī)加額定電壓，通過改變電機(jī)負(fù)載，在1.25～0.25倍額定負(fù)載范圍內(nèi)均勻測取6～8點數(shù)據(jù)，記錄每點的電壓、電流、輸入功率、輸出功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩，可通過輸入輸出法或負(fù)載雜散損耗采用推薦值的損耗分析法確定效率，并繪制特性曲線。

堵轉(zhuǎn)實驗 在電機(jī)接近冷狀態(tài)下進(jìn)行，實驗時設(shè)備可通過外力將電機(jī)轉(zhuǎn)子堵住，從額定電壓的1.1倍開始，降低電壓到接近電機(jī)額定電流時為止，其間測取6～8點，讀取電壓、電流、功率及轉(zhuǎn)矩，并繪制轉(zhuǎn)矩特性曲線。當(dāng)采用電阻法測堵轉(zhuǎn)時，只讀取電壓、電流、功率的數(shù)值，每側(cè)完一點，測取定子繞組的電阻值，借此計算對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值。最后可繪制電機(jī)的堵轉(zhuǎn)特性曲線。

溫升實驗 本設(shè)備采用電阻法做溫升實驗。電機(jī)運行熱穩(wěn)定以后，斷電測取某一繞組的電阻值降落曲線，可以反推到斷電瞬間的電阻值，并以此電阻值和冷態(tài)數(shù)據(jù)求取繞組溫升。在實驗過程中，可自動穩(wěn)定負(fù)載，溫升穩(wěn)定后，提示用戶斷電停機(jī)，以進(jìn)行下面的實驗項目。

隨著計算機(jī)控制技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的不斷提高，電機(jī)測試技術(shù)也隨之得到了廣泛應(yīng)用與快速發(fā)展。高性能的電機(jī)測試系統(tǒng)，由于具備測試過程自動化、測試時間短、測試精度高等優(yōu)勢，在電機(jī)測試行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景和市場。筆者基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計的電機(jī)型式實驗測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了電機(jī)性能與質(zhì)量指標(biāo)的測試，具有操作簡單、數(shù)據(jù)精度高、測試時間短、性能穩(wěn)定等特點，使用效果良好。

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[7]張增楷.如何提高小型三相異步電動機(jī)效率測試的準(zhǔn)確度[J].電工技術(shù)雜志，1983（6）：28-29.

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