CN102520354B - 一种基于labview平台的异步电机测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于labview平台异步电机测试系统，包括供电变压器、整流单元、变频器1、四象限变频器2、变频器3、被测电机、陪试电机、测试系统监控模块；供电变压器连接电网，整流单元与变频器1、四象限变频器2、变频器3相连；变频器1连接滤波器1后接被测电机；被测电机与陪试电机通过联轴器连接；陪试电机根据实际工况与四象限变频器2或变频器3相连；滤波器1和滤波器2通过并联运行控制单元相连；测试系统监控模块用于监控变频器、被测电机、陪试电机状态和性能参数。同时将采集数据送到系统的上位机，实现数据实时采集和处理，实时显示、存储回放和自动判断等功能。该测试系统可以实现宽功率范围段异步电机各项性能试验。

Description

一种基于labview平台的异步电机测试系统

技术领域

本发明涉及电机生产技术领域，特别涉及一种基于labview平台的异步电机测试系统。

背景技术

异步电动机广泛的应用于工业领域，可用于驱动各种通用机械如压缩机、水泵、破碎机、机床、运输机械及其他机械设备，在矿山、机械、冶金、石油、化工、电站等各种行业中作原动机用。异步电机的性能直接关系到用户的正常生产和产品质量。

在新型异步电机的研制过程中，或异步电机在出厂前，必须对其性能进行测试，判断其性能是否满足需要，因此制备一套测试设备，作为异步电机的性能测试手段是必需的。

生产制造的异步电机都有一定的输出功率要求，其范围从几百瓦到几百千瓦，甚至上兆瓦，如此宽的功率范围段，需要很多的测试设备和不同功率段的测试台，导致固定资本投入大且占地面积大。另一方面，在大功率电机的测试过程中，若不采用能量回收，将导致测试过程中用电成本很高。

因此，很有必要研发出能进行宽功率范围段测试的异步电机测试系统，以确保异步电机研发和制造的高性能、高安全性和高可靠性，同时可将大功率电机负载试验中的能量进行反馈回收，降低企业的生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于labview平台的异步电机测试系统，能够实现对研发和制造的宽功率范围段的异步电机进行各项性能测试。

本发明所采用的技术方案是：一种基于labview平台的异步电机测试系统，包括：供电变压器、整流单元、变频器1、四象限变频器2、变频器3、被测电机、陪试电机、测试系统监控模块；

所述供电变压器的输入端连接供电电网，所述供电变压器的输出端连接所述整流单元的输入端；

所述整流单元的输出端与所述变频器1、四象限变频器2、变频器3的输入端相连；

所述变频器1的输出端连接所述滤波器1的输入端，滤波器1的输出端连接所述被测电机定子；

所述被测电机与陪试电机通过联轴器连接在一起；

所述陪试电机根据实际工况选择与四象限变频器2或者变频器3相连；

所述滤波器1和所述滤波器2的输出端通过并联运行控制单元相连； 

所述测试系统监控模块，用于监测和控制变频器、被测电机、陪试电机的状态和性能参数。

所述测试系统监控模块可将采集的数据送到基于labview平台的上位机，上位机实现对测量数据进行实时采集处理和分析，实时显示、存储回放和自动判断等功能。

优先地，所述被测电机作为原动机拖动所述陪试电机转动，所述陪试电机处于发电状态；所述陪试电机发出的电能传递至所述四象限变频器2；

所述四象限变频器2将所述电能转换为直流电压反馈至公共直流母线端，实现所述被测电机输出能量的回馈。

优选地，所述供电变压器的输入端通过断路器Q1连接供电电网；

所述四象限变频器2的输出端通过断路器Q2与所述滤波器的输入端相连接；

所述四象限变频器2的输出端通过断路器Q3与所述输出接线端的输入端相连接；

所述滤波器1输出端通过并联运行控制单元Q4连接到滤波2的输出端。

优选地，所述测试系统监控模块包括为处理器和模拟信号输入单元；所述模拟信号输入单元包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、模拟信号接口和模数转换器；

所述电流传感器用于测量所述供电变压器、被测电机及陪试电机的电流，所述电流经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的数字电流信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述数字电流信号进行分析；

所述电压传感器用于测量所述公共直流母线电压、被测电机及陪试电机的电压，所述电压经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的数字电压信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述数字电压信号进行分析；

所述温度传感器用于测量环境温度、所述被测电机的温度，所述温度经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的温度信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述温度信号进行分析。

优选地，所述测试系统监控模块包括开关量输入/输出单元，开关量输入单元用于将所述各个断路器的分合状态送入所述微处理器分析，开关量输出单元用于将所述微处理器控制命令发送至所述各个断路器的开关。

优选地，所述微处理器对所述数字电流信号、数字电压信号和温度信号进行分析后，还包括：当判断出现过压、过流、过温时发出报警信号或切除信号。

优选地，所述转矩转速传感器用于测量被测电机和陪试电机的转矩和转速，将所述转矩和转速发送至所述为处理器，所述微处理器对所述转矩和转速进行分析。

优选地，上位机系统包括以下步骤：

（1）系统初始化；

（2）设置测试项目和被测电机的类型，并设置相应控制参数；

（3）调度不同的测试项目，并运行；

（4）对测量数据进行实时采集处理和分析、实时显示、存储回放和自动判断；

（5）试验全部完成后，可按需选择不同的报表格式进行打印。

优选地，测试系统采用所述手动控制和所述自动控制并存的方式。

本发明的有益效果是：本发明能够满足电机生产企业宽功率范围段的异步电机试验要求，在试验过程中具有能量回馈回收、载荷闭环控制，测试中消耗的能量可以回收利用，节约能源，通过本发明来测试异步电机的设计水平和制造水平，提高异步电机研发和制造的高性能、高安全性和高可靠性。

附图说明

图1为本发明的第一实施例结构图。

图2为本发明的系统监控模块结构图。

具体实施方式

为使得本发明的上述目的、特征和优点能够更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参见图1，该图为本发明提供的基于labview平台的异步电机测试系统第一实施例结构图。

本实施例提供的基于labview平台的异步电机测试系统，包括：供电变压器（103）、整流单元（104）、变频器1（105）、四象限变频器2（106）、变频器3（107）、被测电机（108）、陪试电机（109）、测试系统监控模块（109）；

所述供电变压器（103）的输入端连接供电电网（101），所述供电变压器（103）的输出端连接所述整流单元（104）的输入端；

所述整流单元（104）的输出端与所述变频器1（105）、四象限变频器2（106）、变频器3（107）的输入端相连；

所述变频器1（105）的输出端连接所述滤波器1（112）的输入端，滤波器1（112）的输出端连接所述被测电机（108）定子；

所述被测电机（108）与陪试电机（109）通过联轴器（111）连接在一起；

所述陪试电机（109）根据实际工况选择与四象限变频器2（106）或者变频器3（107）相连；

所述滤波器1（112）和所述滤波器2（115）的输出端通过并联运行控制单元（116）相连； 

所述测试系统监控模块（131），用于监测和控制变频器1（105）、四象限变频器2（106）、变频器3（107）、被测电机（108）、陪试电机（109）的状态和性能参数。

所述测试系统监控模块（131）可将采集的数据送到基于labview平台的上位机（151），上位机（151）实现对测量数据进行实时采集处理和分析，实时显示、存储回放和自动判断等功能。

更详细地从功能角度阐述如下。

所述变频器1（105）用于所述被测电机（108）的试验电源。所述变频器1（105）输出电压和输出频率单独可调。所述滤波器1（112）用于变频电源输出波形整形及滤波，根据其选型不同，输出波形优选为正弦波，减少对所述被测电机（108）的冲击和高频影响。

所述四象限变频器2（106）用于所述陪试电机（109）的大功率范围段加载电源。所述四象限变频器2（106）输出电压和输出频率单独可调。所述四象限变频器2（106）的输出方式有两种：其一，可以通过所述断路器Q2（113）与所述滤波器2（115）连接，再通过所述并联运行控制单元Q4（116）与所述滤波器1（112）的输出端相连，所述滤波器2（115）的输出波形优选为正弦波，减少对对所述被测电机（108）的冲击和高频影响；其二，可以通过所述断路器Q3（114）与所述陪试电机（109）连接。需要注意的是，两者只可取其一。

所述断路器Q2（113）和所述断路器Q3（114）用于所述四象限变频器2（106）直接输出和经所述滤波器2输出切换。

所述并联运行控制单元Q4（116），用所述变频器1（105）和所述四象限变频器2（106）并联运行试验的控制。

所述变频器3（107），用于所述陪试电机（109）小功率范围段加载电源（例如30KW以下），所述变频器3（107）输出电压和输出频率单独可调。

所述输出接线端（117），用于所述变频器2（106）或所述变频器3（107）输出接线至所述陪试电机（109）。

例如，当所述基于labview平台的异步电机测试系统的最大负载试验为A（KW），则所述变频器1（105）和所述四象限变频器2（106）的各自单机运行时的输出容量为C=(1.5 ~ 3)A（KVA）；而将所述并联运行控制单元Q4（116）闭合进行并机运行时，则整体输出容量为2C（KVA），可以满足更大功率电机的空载和堵转试验。

当所述陪试电机（109）的功率大于例如30KW以上时，所述被测电机（108）输出的能量可通过所述四象限变频器2（106）进行大部分的回收，回收到公共直流母线上，又可供所述变频器1（105）使用。不仅节约了能源，而且由于回收的能量是内部循环，不向电网注入能量，因此不会对电网产生谐波电流干扰。

参见图2，该图为本发明的测试系统监控模块结构图。

所述测试系统监控模块（111）包括微处理器（301）、模拟量输入单元（302）和转矩转速测量单元（303）、开关量输入单元（304）、开关量输出单元（305）。

下面详细介绍各个单元的机构和功能。

所述模拟信号输入单元（302）包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、模拟信号接口和模数转换器等。

所述电流传感器和所述电压传感器用于测量所述供电变压器（103）、被测电机（108）的电流和电压，所述电流和电压经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的数字电流信号和数字电压信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述数字电流信号和所述数字电压信号进行分析；

所述温度传感器（403）用于测量环境温度、所述被测电机（108）的温度，所述温度经过模拟信号接口进入模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的温度信号发送至所述微处理器（301），所述微处理器（301）对所述温度信号进行分析。

需要说明的是，上述电流传感器、电压传感器和温度传感器有多个，因为要检测被测设备的电压和电流，还包括供变压器输出的电压和电流。由于要测量被测电机的温度，每相设置两个温度传感器，被测电机有三相，因此需设置六个温度传感器，同时还有一个用来测量环境温度的温度传感器。

需要说明的是，本实施例提供的所述微处理器对所述数字电流信号、数字电压信号和温度信号进行分析后，还包括：当判断出现过压、过流、过温、设备故障时发出报警信号或切除信号。例如，给每个被测参数设定两个门限值，当超过第一门限值时，进行报警；当超过第二门限值时，通过控制各个断路器的通断来切断各个设备的供电通路，或通过开关直接停止各个设备的运行。

所述转矩转速测量单元（303），用于测量所述被测电机（108）的转矩和转速，通过信号调理后发送至所述微处理器（301），所述微处理器（301）对所述转矩转速进行分析。

所述开关量输入单元（304），用于将所述各个断路器的分合状态发送至所述微处理器（301），所述微处理器（301）对所述状态进行分析。

所述开关量输出单元（305），用于将所述微处理器（301）的控制命令发送至所述各个断路器。

所述微处理器（301）判断供电线路出现过压或过流时，控制相应的断路器断开供电通路。

以上实施例中的微处理器具体可以由单片机、DSP或PLC来实现。

基于labview平台的异步电机测试系统采用手动操作和自动操作方式并存的操作方式。手动控制是指面板按钮操作；自动控制是指计算机键盘/鼠标操作。

采用手动控制和自动控制并存的方式，一方面是为避免微机故障时影响试验工作，另一方面当不便采用自动控制或微机出现故障时可以采用手动操作进行试验。

本系统可以实现异步电机的测试项目包括：

（1）安全性能测试：绝缘电阻测量，直流电阻测量，工频耐压试验，匝间耐压试验等

（2）电气性能测试：堵转试验，空载试验，绕线型转自开路电压测量，负载试验，短时升高电压试验，超速试验，温升试验，短时过转矩试验等

（3）力学性能试验：最大转矩测定，转动惯量测定等

（4）其他性能试验：振动试验，噪声测定等

可以根据生产和测试的需要，在所述测试项目基础上进行选择，设定型式试验项目和出厂试验项目。

所述上位机系统包括以下步骤：

（1）系统初始化：当进入测试系统后，第一步就是进行系统的初始化化，主要对RS485总线和多串口通信模块、测试系统监控模块、上位机系统等进行初始化，对出现异常情况进行报错，为测试系统的运行做必要的准备工作。

（2）设置被测设备的类型，并设置相应控制参数：主要完成异步电机的型号设置和测试参数设置。异步电机型号设置主要是根据异步电机型号不同，其对应功率的不同，来设置相应的控制参数。测试参数设置主要是根据测试的内容来设置，如堵转试验，空载试验，负载试验，短时升高电压试验等。

（3）调度不同的测试项目，并运行；根据设定的测试项目和各个型号和测试参数的设置，依次进行各项测试试验，并将试验结果数据自动保存在上位机硬盘中。手动测量的数据由人工输入到试验软件界面，再保存在存储器内，提供本机数据库功能，可以进行试验数据的本机查询访问，设计有试验报告自动生成软件并提供输出打印功能。

（4）数据的处理和存储：对上述采集信号实时数字显示并以labview特有的LVM文件格式或电子表格格式存储在本地硬盘上，也可将数据处理后存放到数据库中，便于日后分析或处理

（5）数据的显示和回放：主要是将采集的信号以曲线或表格的形式实时显示在上位机终端；也可将存储的LVM文件格式或电子表格格式文件重新读取后显示在上位机终端。通过结果的显示，可以方便知道测试结果和测试系统的异常情况。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明所做任何形式上的限制。虽然本发明已较佳的实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基于labview平台的异步电机测试系统，其特征在于，包括：供电变压器、整流单元、变频器1、四象限变频器2、变频器3、被测电机、陪试电机、测试系统监控模块；

所述供电变压器的输入端连接供电电网，所述供电变压器的输出端连接所述整流单元的输入端；

所述整流单元的输出端与所述变频器1、四象限变频器2、变频器3的输入端相连，为公共直流母线端；

所述变频器1的输出端连接滤波器1的输入端，所述滤波器1的输出端连接所述被测电机定子；

所述被测电机与陪试电机通过联轴器连接在一起；

所述陪试电机根据实际工况选择通过输出接线端与四象限变频器2的输出端或者变频器3输出端相连，二者只能取其一；

所述滤波器1和滤波器2的输出端通过并联运行控制单元相连；

所述四象限变频器2的输出端通过断路器Q2与所述滤波器2的输入端相连接；

所述测试系统监控模块，用于监测和控制变频器、被测电机、陪试电机的状态和性能参数；所述测试系统监控模块将采集的数据送到基于labview平台的上位机，上位机实现对测量数据进行实时采集处理和分析，实时显示、存储回放和自动判断的功能。

2.根据权利要求1所述的基于labview平台的异步电机测试系统，被测电机通过联轴器拖动所述陪试电机转动，所述陪试电机处于发电状态；所述陪试电机发出的电能传递至所述四象限变频器2；

所述四象限变频器2将所述电能转换为直流电压反馈至所述公共直流母线端，实现所述被测电机输出能量的回馈。

3.根据权利要求2所述的基于labview平台的异步电机测试系统，其特征在于，所述供电变压器的输入端通过断路器Q1连接供电电网；

所述四象限变频器2的输出端通过断路器Q2与所述滤波器2的输入端相连接；

所述四象限变频器2的输出端通过断路器Q3与所述输出接线端的输入端相连接；

所述滤波器1输出端通过并联运行控制单元Q4连接到所述滤波器2的输出端。

4.根据权利要求3所述基于labview平台的异步电机测试系统，其特征在于，所述测试系统监控模块包括微处理器和模拟信号输入单元；所述模拟信号输入单元包括电流传感器、电压传感器、温度传感器、模拟信号接口和模数转换器；

所述电流传感器用于测量所述供电变压器、被测电机及陪试电机的电流，所述电流经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的数字电流信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述数字电流信号进行分析；

所述电压传感器用于测量所述公共直流母线电压、被测电机及陪试电机的电压，所述电压经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的数字电压信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述数字电压信号进行分析；

所述温度传感器用于测量环境温度、所述被测电机的温度，所述温度经过所述模拟信号接口进入所述模数转换器，所述模数转换器进行模数转换后，将转换后的温度信号发送至所述微处理器，所述微处理器对所述温度信号进行分析。

5.根据权利要求4所述基于labview平台的异步电机测试系统，其特征在于，所述测试系统监控模块包括开关量输入/输出单元，开关量输入单元用于将所述各个断路器的分合状态送入所述微处理器分析，开关量输出单元用于将所述微处理器控制命令发送至所述各个断路器的开关。

6.根据权利要求5所述基于labview平台的异步电机测试系统，其特征在于，所述微处理器对所述数字电流信号、数字电压信号和温度信号进行分析后，还包括：当判断出现过压、过流、过温时发出报警信号或切除信号。

7.根据权利要求4—6任一项所述基于labview平台的异步电机测试系统，其特征在于，还包括转矩转速传感器，用于测量被测电机和陪试电机的转矩和转速，将所述转矩和转速发送至所述微处理器，所述微处理器对所述转矩和转速进行分析。