蔣知英，陳意軍，劉萬太，梁 州

(1.湖南工程學院 電氣信息學院,湘潭 411101 ；2.湖南電氣職業(yè)技術學院,湘潭 411101)

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基于LabVIEW的電機測試系統(tǒng)的設計與研究

蔣知英1，陳意軍1，劉萬太2，梁 州1

(1.湖南工程學院 電氣信息學院,湘潭 411101 ；2.湖南電氣職業(yè)技術學院,湘潭 411101)

基于LabVIEW的電機測試平臺是針對于傳統(tǒng)方法已無法滿足電機生產(chǎn)測試量的需求而提出來的，通過對方案和功能的設計能夠完成電機出廠檢測的基本測量任務，可以滿足電機的動態(tài)性能測試，它具有便于操作、直觀顯示、工作簡單等優(yōu)點.探討了測試系統(tǒng)的總體設計方案、技術原理以及對某型號異步交流電機的實際測試.實際測量數(shù)據(jù)表明本系統(tǒng)運行穩(wěn)定,測量準確.

LabVIEW；空載實驗；負載實驗；測試技術

0 引 言

電能是現(xiàn)代社會主要的能源之一，而電動機是電能消耗的一個主要部分，隨著科技的發(fā)展，目前國內(nèi)外工業(yè)都趨于自動化、機械化，對電機的需求量逐漸增大，對電機的性能要求也日益提高，因此急需開發(fā)出一套測試量大、測量精度高、穩(wěn)定性好的測試平臺，利用LabVIEW軟件開發(fā)的電機試驗系統(tǒng),它以少量的硬件設備結(jié)合軟件的計算功能實現(xiàn)了整個電機參數(shù)的測量,具有效率高、精度準,可擴展性強以及操作簡單等特點，能夠滿足現(xiàn)在電機測試的所有需求.

LabVIEW是NI儀器公司推出的一種基于圖形開發(fā)、調(diào)試和運行的集成化環(huán)境,其結(jié)合了簡單易用的圖形開發(fā)環(huán)境及強大的硬件驅(qū)動、圖形顯示能力和高級數(shù)學分析庫,因其具有開發(fā)周期短,靈活性高等優(yōu)點,越來越被從事電機控制領域的工程師所青睞[1-3].在LabVIEW強大功能的支持下,只需一個操作界面就實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時采集、處理、顯示和存儲[4-6].

1 系統(tǒng)總體方案設計

本文電機測試系統(tǒng)主界面程序設計圖如圖1所示，首先進行系統(tǒng)初始化，進入主程序進行所需試驗項目的選擇，選擇所需測試項目后，程序?qū)⒆詣訌棾鏊x項目測試界面，根據(jù)測試要求對電機進行測試.

圖1 主界面程序設計圖

測試系統(tǒng)流程圖如圖2所示，從被試電機開始，將所需測量信號(如電壓、電流信號)經(jīng)傳感器變送至信號調(diào)理電路進行信號初步處理(如濾波、放大等)后，再被采集卡采集，并進行A/D轉(zhuǎn)換送入計算機中，在計算機中利用軟件并依據(jù)電機測試國標進行數(shù)據(jù)的處理和分析，并顯示和保存所測數(shù)據(jù)，以供查閱.

圖2 測試系統(tǒng)流程圖

2 測試系統(tǒng)技術原理

交流電機按結(jié)構(gòu)可分為同步電機和異步電機，針對于異步電機出廠批量檢測而設計的基于虛擬儀器的電機測試系統(tǒng)，主要通過數(shù)據(jù)采集卡對多臺電機的多路信號進行同步采樣，并將數(shù)據(jù)集中在計算機中的軟件進行處理和分析，本文是根據(jù)電機測試國標的要求來進行設計.

2.1 數(shù)據(jù)測量方法與算法

2.1.1 電壓、電流有效值的測量算法

電機試驗中的電壓和電流是非標準正弦波，利用小波變換來測量其有效值[7].小波變換法的優(yōu)點在于它不因波形的畸變而影響有效值的結(jié)果，并且能夠在短時間信號情況下，同樣取得較好的測量精度，對于平方可積函數(shù)i(t) 、v(t)，它們的小波分解公式如下：

(1)

(2)

根據(jù)上面(1)、(2)兩個計算公式，利用小波函數(shù)與尺度函數(shù)的正交性質(zhì)，得到電壓、電流有效值的計算公式為：

其中u(t)、i(t)分別為電壓、電流的瞬時值，T為周期.再對整個周期T進行N次采樣，則有：

電壓有效值：

(3)

電流有效值：

(4)

2.1.2 輸入、輸出功率測量算法

在功率測量中,實時電流(電壓)采樣點序列進行正交小波變換,由于每個電流(電壓)子帶都定義在時頻域中，因此通過電流(電壓)各子帶分量小波變換的系數(shù)計算各分量功率.由于各子帶成分是正交的，各子帶的功率之和就是電流(電壓)的總平均功率[8-9].

2.1.3 效率測量算法

(5)

修正后的轉(zhuǎn)矩：T′=T+Tfw.

(6)

修正后的轉(zhuǎn)速：n′=ns(1-s′).

(7)

2.2 測試系統(tǒng)程序設計

交流電機測試實驗程序框圖如圖3所示，在進行程序編寫時為簡化總程序圖可將某些測量數(shù)據(jù)算法進行模塊劃分，形成模塊化子VI，并對模塊化子VI進行調(diào)用，可將采集過來的數(shù)據(jù)統(tǒng)一進行保存.在虛擬儀器中采用至上而下的設計方法，進行模塊化設計，根據(jù)電機測試的要求，可將系統(tǒng)劃分為五個功能模塊，即空載測試模塊、負載測試模塊、溫升測試模塊及損耗分析模塊.利用主界面對各個功能模塊進行調(diào)用，此調(diào)用由軟件中的事件結(jié)構(gòu)來實現(xiàn).

圖3 電機測試實驗程序框圖

3 試驗論證與分析

被測三相異步電動機型號Y132M-4，其額定電壓380 V，額定電流15.4 A，額定功率7.5 kW.對該型號的一臺電機進行測試可以得出本測試系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，滿足電機測試技術的發(fā)展需求.

試驗結(jié)果分析：(1)空載試驗，空載實驗中測量空載電壓、電流，通過計算機依據(jù)記錄數(shù)據(jù)計算出輸入功率，并擬合出電壓-電流曲線；(2)負載實驗，測量電機效率、功率因素、損耗、輸入-輸出功率等性能參數(shù)，并可擬合出各特性曲線.其本測試系統(tǒng)測量結(jié)果如圖4、圖5所示.

圖4 空載試驗結(jié)果

圖5 負載試驗結(jié)果

測量數(shù)據(jù)結(jié)果對比分析：表1為本設計空載試驗測量數(shù)據(jù)，表2為傳統(tǒng)測量臺測量結(jié)果，由表1、表2的數(shù)據(jù)可以看出本設計測量出來的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)方法測量出來的數(shù)據(jù)基本一樣，這說明本設計的測量方法正確無誤，而且誤差也比較小，符合電機測量要求.

表1 測試系統(tǒng)空載電壓、電流測量結(jié)果

表2 傳統(tǒng)方法電機空載測量結(jié)果

4 結(jié) 論

通過實驗證明本測試系統(tǒng)可以滿足國標對交流異步電機的測試要求，從試驗結(jié)果可以看出數(shù)據(jù)測量準確，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定.利用本測試系統(tǒng)要比傳統(tǒng)測量儀器方便可靠，隨著人類對電機測量速度及精度的要求越高，電機測試將向著虛擬儀器測量的方向發(fā)展.

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The Design and Research of Motor Test System Based on LabVIEW

JIANG Zhi-ying1,CHEN Yi-jun1,LIU Wan-tai2,LIANG Zhou1

(1.College of Elect.of Information Engineering,Hunan Institute of Engineering,Xiangtan 411101,China; 2.Hunan Electrical Vocational and Technical College,Xiangtan 411101,China)

Motor test platform based on LabVIEW is against traditional methods which are unable to meet the demand for motor production test quantity.Through the design of scheme and function, it can perform multiple motor basic measurement tasks and satisfy the dynamic performance test of the motor. It has easy operation, visual display and simple work etc. This article discusses the overall design of the testing system, technology principle and the actual test of motor. Actual measurement data show that this system runs stably and measures accurately.

LabVIEW; no-load test; load test; testing technology

2014-12-08

蔣知英(1987-)，男，碩士研究生,研究方向：電氣測試技術.

TP206+.1

A

1671-119X(2015)02-0006-03