CN201130242Y - 交流电机瞬态特性实时测量装置 - Google Patents
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Abstract
一种交流电机瞬态特性实时测量装置。主要解决现有技术中没有一种廉价并可精确测得电机瞬态特性的装置的问题。其特征在于：所述装置还包括一个高精度扭矩传感器、两片单片机以及一个同步触发电路，以及两块安装在工控机内的模拟数据采集卡和数字数据采集卡，其中，扭矩传感器的信号输出端分别与单片机的计数器端口连接，单片机的十六位通用I/O口分别连接至装在数字数据采集卡的高十六位和低十六位，电压互感器(PT)、电流互感器(CT)的信号输出端分别连接至安装在工控机内的模拟数据采集卡的模拟信号输入端，同步触发电路为数字数据采集卡和模拟数据采集卡提供同步触发脉冲信号。与以往测量装置相比，具有简便可靠及实时性高的优点。
Description
技术领域：
本实用新型涉及一种电机测试技术领域内的装置，具体地说是涉及一种可以对交流电机瞬间运行特性进行测量的装置。
背景技术：
考察电机的动态运行特性主要是对电机瞬态转速转矩以及动态过程中电压电流的测试。通常对电压、电流信号可直接采集后输入工控机，而转速转矩的测试则比较复杂。由于电机在起动或其他瞬变过程中的动态响应过程很快，并且产生剧烈的振荡，所以测试系统必须具有较高的灵敏度、抗振能力及动态响应指标。为实现以上功能，目前大多采用两种方案：1)使用进口的高精度扭矩传感器和配套的测量仪获取转速转矩信号，然后通过RS232、RS485或PC的打印端口实现测量仪与外部计算机的数据交换；2)将高精度扭矩传感器输出的转速转矩信号作为模拟信号采集，在计算机中对其进行实时处理。然而，这两种方式都存在着一定的缺陷，而难以满足实际需要：由于与计算机的数据交换方式不同，方案1很难保证转速转矩和电压电流数据的同步性，从而对电动机动态特性的分析造成不利影响。方案2理论上可以解决动态过程中转速转矩和电压电流数据的同步性问题，但对数据采集卡的采样率要求很高。以一转速为1500rpm的电动机为例，假设其输出的转速信号为400线/转的方波信号，那么转速信号的频率大约为10KHZ。当采用1MHZ的采样率时，即由于转速信号脉宽测量引起的误差大约为1％，若想使误差降为0.2％，则需要将采样率提高为5MHZ，如此高的采样率使数据的实时处理非常困难且很难保证数据采集的连续性。此外，方案1中配套的测量仪和方案2中的高速数据采集卡价格昂贵，不利于推广应用。
实用新型内容：
为了解决现有技术中没有一种廉价并可精确测得电机瞬态特性的装置的问题，本实用新型提供一种交流电机瞬态特性实时测量装置，该种交流电机瞬态特性实时测量装置在现有测量装置基础上作出改进，通过增加简单的同步触发电路而保证了采集的转速转矩和电压电流数据的同步性，与以往数据交换方式相比，具有简便可靠及实时性高的优点，为电机动态特性的准确评估提供了坚实的技术支持。
本实用新型的技术方案是：该种交流电机瞬态特性实时测量装置，包括工控机及电压互感器、电流互感器，一个高精度扭矩传感器、两片单片机以及一个同步触发电路，以及两块安装在工控机内的模拟数据采集卡和数字数据采集卡，其中，所述扭矩传感器的两个信号输出端分别与两片单片机的计数器端口连接，分别输出转速信号、转矩信号；所述两片单片机的十六位通用I/O口分别连接至装在工控机内的数字数据采集卡的高十六位和低十六位，以时钟周期数形式输出方波脉宽信号；所述电压互感器、电流互感器的信号输出端分别连接至安装在工控机内的模拟数据采集卡的模拟信号输入端；所述同步触发电路为上述数字数据采集卡和模拟数据采集卡提供同步触发脉冲信号。
本实用新型具有如下有益效果：本系统的转速转矩数据通过数据采集的方式直接获取，并利用同步触发电路很好地解决了转速转矩和电压电流信号的同步采集问题，与以往数据交换方式相比，具有简便可靠及实时性高的优点，为电机动态特性的准确评估提供了坚实的技术支持。此外，采用ATmega88单片机实现转速转矩信号的实时处理，极大地减少系统对数据采集系统硬件的要求，提高了测试系统的效率，节约了成本。
附图说明：
图1是本实用新型的组成示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
由图1所示，该种交流电机瞬态特性实时测量装置，包括工控机及电压互感器PT、电流互感器CT，一个高精度扭矩传感器、两片单片机以及一个同步触发电路，以及两块安装在工控机内的模拟数据采集卡和数字数据采集卡。其中，具体连接关系为，所述扭矩传感器的两个信号输出端分别与两片单片机的计数器端口连接，分别输出转速信号、转矩信号；所述两片单片机的十六位通用I/O口分别连接至装在工控机内的数字数据采集卡的高十六位和低十六位，以时钟周期数形式输出方波脉宽信号；所述电压互感器PT、电流互感器CT的信号输出端分别连接至安装在工控机内的模拟数据采集卡的模拟信号输入端；所述同步触发电路为上述数字数据采集卡和模拟数据采集卡提供同步触发脉冲信号。
具体实施中，高精度扭矩传感器选用由北京三晶科技有限公司提供的传感器，而本测试装置中单片机选用ATmega88单片机，其晶振频率为20MHZ，时钟周期为50ns，当转矩频率为10KHZ时，每个转矩周期所经历的时钟周期数为2000，由于脉宽测量所引起的误差大约为0.05％。模拟信号的采集由凌华DAQ-2206数据采集卡实现，数字信号的采集则由凌华PCI-7300A数字采集卡完成。模拟信号即电压电流信号的调理和采集比较简单，本装置中使用的PT和CT均为欧姆龙产品，其二次侧输出的0～50mA电流信号经取样电阻变为-5～5V的电压信号，后输至DAQ-2206数据采集卡的模拟输入通道。
转速转矩信号的处理过程为：扭矩传感器输出的转速转矩信号送至单片机的T0计数器的16位端口，在单片机内置程序中将T0计数器的控制寄存器设为上升沿驱动，T1计数器16位的控制寄存器设为无分频工作模式，中断模式设为T0溢出中断；初始化T0计数器为0xFF，T1计数器为0x00；当转速或转矩方波信号的上升沿来临时，T0计数器自动加1，从而触发T0溢出中断，在中断程序中取出T1中的数据，即方波信号两上升沿间隔的时钟周期数，并将T0的值重置为0xFF，T1的值重置为0x00，从T1中取出的时钟周期数通过单片机的输出端口至PCI-7300A的高16位或低16位。1DX对应PCI-7300A的低16位X通道，2DX对应PCI-7300A的高16位X通道；U1-X对应一号单片机的X管脚，U2-X对应二号单片机的X管脚；J1-X对应PCI-7300A的第X管脚。工控机将采集到的每个数据按高16位、低16位分成两个数据，分别代表转速转矩信号的方波脉宽，经简单的运算可得到转速转矩的值。数字数据采集卡和模拟数据采集卡的同步通过同步触发电路实现，DAQ-2206数据采集卡的数字输出通道产生同步触发方波信号，该触发信号同时输至DAQ-2206的34号管脚和PCI-7300A的84号管脚，两采集卡收到触发信号后开始同步工作。
另外，如果将DAQ-2206和PCI-7300A设置为模拟触发模式，则可以通过软件编程来实现两采集卡的同步工作。高精度扭矩传感器输出的是0～5V的方波信号，包括转速信号和转矩信号两种，如果转速信号每转线数过少，可以另外安装光电编码器，利用光电编码器的转速信号提高瞬态转速的测试精度。转矩为零时的转矩信号的频率为10KHz，实际值应以该台转矩传感器的出厂测试报告为准，其频率在一定范围内随转矩而呈线性变化；转速信号的频率由电机的实际转速和内置光栅的线数决定，与转速成确定的比例关系。因此，为了得到电机的瞬态转速和转矩，只需测出相应方波的脉宽即可。
高精度扭矩仪输出的反映转速转矩大小的方波信号分别送至两单片机的T0计数器端口，单片机将测得的方波脉宽以时钟周期数的形式经十六位通用I/O口输出；两单片机输出的数字信号分别送至工控机数字采集卡的高十六位和低十六位，在工控机中将采集来的数据简单处理后就可得到瞬态转速转矩。另一方面，由PT、CT来的电压电流信号经调理后可被模拟数据采集卡直接采集。
由于单片机完成了转速转矩信号的实时处理，对于频率为10KHZ的转速转矩信号，只要选用采样率略大于10KHZ的数字数据采集卡即可。同时由于采集的是工频电压电流信号，每通道10KHZ的采样率也模拟数据采集卡足以满足测量的要求。为这样就极大地减轻了计算机的数据处理压力，避免了出现数据采集的不连续问题，在采用合理的程序设计之后可以实现电机运行过程的不间断记录。
模拟数据采集卡和数字数据采集卡的同步工作可通过同步触发电路或软件编程来保证。如果数字采集卡和模拟采集卡均允许外部触发，则可通过同步触发电路来精确保证他们的同步工作；若所选采集卡不允许外部触发或同步要求不是太高，则可通过软件编程对采集卡同时配置，同时触发，同时读取来保证两采集卡的同步工作。
Claims (3)
1、一种交流电机瞬态特性实时测量装置，包括工控机及电压互感器(PT)、电流互感器(CT)，其特征在于：所述装置还包括一个高精度扭矩传感器、两片单片机以及一个同步触发电路，以及两块安装在工控机内的模拟数据采集卡和数字数据采集卡，其中，
所述扭矩传感器的两个信号输出端分别与两片单片机的计数器端口连接，分别输出转速信号、转矩信号；
所述两片单片机的十六位通用I/O口分别连接至装在工控机内的数字数据采集卡的高十六位和低十六位，以时钟周期数形式输出方波脉宽信号；
所述电压互感器(PT)、电流互感器(CT)的信号输出端分别连接至安装在工控机内的模拟数据采集卡的模拟信号输入端；
所述同步触发电路为上述数字数据采集卡和模拟数据采集卡提供同步触发脉冲信号。
2、根据权利要求1所述的交流电机瞬态特性实时测量装置，其特征在于：所述装置还包括一个光电编码器，由该光电编码器代替扭矩传感器的一个信号输出端，输出转速信号。
3、根据权利要求1或2所述的交流电机瞬态特性实时测量装置，其特征在于：所述单片机为ATmega88单片机。
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