摘 要：本文簡要介紹了一種實用的電動機綜合參數(shù)測試儀的電路、工作原理及其軟件配置。經(jīng)實驗應(yīng)用，本測試儀大大簡化了實驗過程，提高了測量數(shù)據(jù)的精確度。

關(guān)鍵詞：電機；單片機；綜合參數(shù)；精確度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.123

1 引言

電動機參數(shù)測試是對電動機在運行中有關(guān)參數(shù)及特性分析的綜合性實驗，是電類專業(yè)一個非常重要的實驗。但在實驗過程中，須紀錄的參數(shù)比較多，實驗過程的接線比較復(fù)雜。電動機綜合參數(shù)測試儀改進了實驗中存在的缺陷，對電動機實驗過程中的參數(shù)及特性進行自動檢測，通過數(shù)碼管實時顯示出來，接線簡單，安裝方便。

2 測試儀的主要內(nèi)容及設(shè)計思路

電動機參數(shù)測試實驗需要測試的主要參數(shù)有：加到電動機定子繞組上的三相電源電壓：Ua、Ub、Uc；過電動機定子繞組的電流：Ia、Ib、Ic；電動機定子繞組的溫升：T；電動機的轉(zhuǎn)速：N；電動機的功率及功率因數(shù)：P、Q、cosΦ。

為了能夠測試上述所有參數(shù)，在以前的實驗過程中，需要進行較復(fù)雜的實驗接線，并且需要接入電壓表、電流表、功率表、轉(zhuǎn)速表以及溫度計等儀表。

根據(jù)上述所測試的參數(shù)及實驗現(xiàn)狀，確定了總體設(shè)計方案，采用多位數(shù)碼管實時顯示各被測參數(shù)，采用電壓、電流變送器實時采集電動機的定子電壓、電流，采用光電傳感器檢測電動機的轉(zhuǎn)速，采用集成溫度傳感器檢測電動機的定子繞組的溫度。同時，通過電壓、電流的交流波形進行相位比較，實時檢測功率因數(shù)角，并自動計算出有功功率P及無功功率Q的數(shù)值。

3 系統(tǒng)組成框圖及工作原理

系統(tǒng)原理框圖如圖1所示，電動機的三相電壓、三相電流分別經(jīng)電壓、電流變送器得到正弦交流信號，經(jīng)過信號處理電路后送至多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進行切換，由單片機控制A/D轉(zhuǎn)換器分時采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由89C52單片機進行處理，通過計算得到電動機的電壓、電流的有效值，并送到LED數(shù)碼管顯示器上進行顯示；采用光電傳感器檢測電動機的轉(zhuǎn)速，經(jīng)信號處理電路后送至單片機的定時技術(shù)器進行計數(shù)，從而得到電動機的轉(zhuǎn)速；采用集成溫度傳感器檢測電動機的定子繞組的溫度；通過電壓、電流的交流波形進行相位比較，實時檢測功率因數(shù)角，從而由單片及計算出電動機的功率因數(shù)，并通過計算機計算出有功功率P及無功功率Q的數(shù)值。

4 電壓、電流有效值的采集及處理

電壓、電流的測量是采用測量工頻正弦信號的峰值Um、Im的方法，由軟件將峰值轉(zhuǎn)換成有效值；電動機的三相電流、三相電壓信號經(jīng)過信號處理電路變?yōu)?～3V的正弦交流電壓信號，分別接至CD4051的IN0～IN5， CD4051通道控制由74LS573控制。CD4051的OUT端輸出的正弦交流信號經(jīng)過RC低通濾波后分為兩路，一路送至由LM358組成的過零比較器形成方波，另一路經(jīng)過D1半波整流后送ADC0809的IN0進行A/D轉(zhuǎn)換。過零比較器輸出的方波的下降沿恰好對應(yīng)于交流信號的過零點， 從此點延時5ms后再啟動A/D轉(zhuǎn)換器，則A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果就是峰值Um。因此，將方波信號送至單片機的，下降沿到來后引起單片機中斷，在中斷服務(wù)程序中立即啟動定時器T0定時5ms，當T0定時到時，在T0的中斷程序中啟動A/D轉(zhuǎn)換。

實現(xiàn)測量的方法是由單片機控制循環(huán)接通每一路信號，在中斷服務(wù)程序中啟動T0定時5ms，在T0溢出中斷服務(wù)程序中啟動A/D轉(zhuǎn)換。

5 轉(zhuǎn)速的測量

轉(zhuǎn)速的測量采用光電傳感器，即在電動機的軸上安裝一個圓盤，圓盤上開有一系列孔，光電傳電器的發(fā)光二極管與光敏三極管分別安裝在圓盤的兩側(cè)，當發(fā)光二極管發(fā)出的光通過開孔時被光敏三極管收到，光敏三極管導通，輸出低電平。當無開孔時光敏三極管不導通，輸出高電平，即當有一個開孔通過光電傳感器時，光電傳電器輸出一個脈沖。因此，當電機旋轉(zhuǎn)時，通過檢測光電傳電器輸出的脈沖的個數(shù)就可以計算出電動機的轉(zhuǎn)速。

設(shè)圓盤上開孔的個數(shù)為P，則電動機每旋轉(zhuǎn)一圈，光電傳電器輸出P個脈沖，設(shè)定時時間為1S，在1S內(nèi)計數(shù)器共計了N個脈沖，則：

電動機的轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)/分。

6 功率因數(shù)的測量及有功功率、無功功率的計算

假設(shè)Uv為正弦交流電壓，Ui為同一相正弦電流變換而成的電壓波。Uv與Ui分別經(jīng)過過零比較器后分別產(chǎn)生方波U1、U2，兩方波信號經(jīng)過與門相與后形成方波信號U3，電壓與電流的相位差φ與方波U3的寬度有對應(yīng)的關(guān)系，即方波的寬度為T-φ，其中T為正弦交流信號的周期的一半，即10ms。當U3的上升沿到來時啟動定時器T1進行計數(shù)，U3的下降沿停止計數(shù)，設(shè)T1的計數(shù)值為N，對于12MHz的晶振，機器周期為1μS，則，計數(shù)值所對應(yīng)的時間為TN。則，相位差φ對應(yīng)的時間：Tφ=10ms-TN；，所以：Φ=18 Tφ，求出功率因數(shù)。對于有功功率P和無功功率Q可通過計算求出：P=UIcosφ，Q=UIsinφ。

7 結(jié)論

電動機綜合參數(shù)測試儀的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)的實驗過程中接線麻煩、測試項目少、測試精度低等缺點，使學生能對電機參數(shù)有一個全面的認識。

參考文獻：

[1]蔡美琴等.Mcs-51系列單片機系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].高等教育出版社，2014（01）.

[2]翁桂榮.單片微型計算機接口技術(shù)[M].蘇州大學出版社，2012

（04）.

[3]王曉明.電動機的單片機控制[M].北京航空航天大學出版社，

2012（09）.

作者簡介：宋吉江（1963-），男，山東威海人，教授，研究生導師，主要從事電氣自動化方面的教學科研工作。