CN202649423U - 一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，该系统主要包括程控电源(9)、电量传感器(7)、联轴器(2)、转矩转速传感器(3)、接线排(8)、数据采集模块(11)、制动器(5)、功率放大模块(6)和计算机(10)。通过程序控制能实现电机驱动电压和负载力矩的动态调节，待电机运行平稳后进行信号采集和处理，可以获得被测电机(1)的输入输出特性数据。测试过程中数据以波形图的方式实时显示，同时被记录到存储设备上。系统中数据采集和控制设备的通用性极大地拓宽了用户的选择，同时系统具有采样速度快、处理效率高、维护方便、易于扩展和升级等优点。

Description

一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统

技术领域

本实用新型属于电机特性自动测试领域，涉及一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统。

背景技术

电机的研发、制造和使用过程中，需要对其输入输出特性进行必要的测试，典型的输入参数包括输入电压、电流、功率因数、频率、输入电功率，输出参数包括输出转矩、输出转速、输出功率，综合参数为电机效率。如今电机的应用越来越广，性能要求越来越高，需要大量的特性自动测试系统。

目前市场上最常见的电机特性自动测试系统是采用测功机和专用仪器的测试系统。中国实用新型专利CN 201020195429.8公开了一种电机综合性能自动测试系统。该系统包括测功机、测功机智能控制仪、测功机智能显示仪、电参数测量仪和计算机主机，该测功机内含转速传感器，转速信号被转换成脉冲量输出，该脉冲量被输入到测功机智能控制仪，该测功机智能控制仪内的单片机系统采用了锁相稳速控制电路对被测电机进行转速控制。这种电机综合性能自动测试系统采用的测功机智能控制仪和测功机智能显示仪都属于专用设备，专用设备一旦故障，只能送回原厂维修，存在可替换性差，维修周期长，扩展性不好等缺点，而且测功机智能控制仪采用单片机做处理器，数据采样和处理效率低。由于采用稳压电源给电机供电，该系统还存在电压调节不方便的缺点。

实用新型内容

本实用新型目的是：提供一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，不需要专用仪器或模块，能对电机在各种工况下的运行特性进行测试。

本实用新型的技术方案是：

一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，所述系统主要由程控电源9、电量传感器7、联轴器2、转矩转速传感器3、接线排8、数据采集模块11、制动加载单元4和计算机10组成；其中，制动加载单元4包括制动器5和功率放大模块6，并且制动器5与功率放大模块6相连接；其特征在于，所述计算机10通过Labview指令实现程控电源9和功率放大模块6输出信号的调节，并且通过数据采集模块11采集各工况下的工作特性数据。

所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述程控电源9是交流程控电源，电量传感器7对输入电压、电流、功率因数和频率信号进行采集。

所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述程控电源9是直流程控电源，电量传感器7对输入电压、电流信号进行采集。

所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述转矩转速传感器3输出信号可以是脉冲信号或模拟量信号中的一种。

所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述数据采集模块11是放置在计算机主板上的板卡式数据采集设备或通过USB接口与计算机相连接的独立式数据采集设备中的一种。

所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述制动器5可以是磁粉制动器、磁滞制动器或涡流制动器中的一种。

所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述计算机(10)运行基于虚拟仪器图形化编程语言Labview编写的程序，实时地以图表形式显示所采集的测试数据，同时将数据存储到计算机(10)内的存储设备上，并且能以离线方式对历史数据进行查询、报表和图形化显示。

本实用新型的工作原理是：

所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其中程控电源9与计算机10通过USB、GPIB或RS232等接口通信方式相连。程控电源9可以是交流程控电源或直流程控电源中的一种。当程控电源9是交流程控电源时，电量传感器7对输入电压、电流、功率因数和频率信号进行采集。当程控电源9是直流程控电源时，电量传感器7对输入电压、电流信号进行采集。电量传感器输出的每个信号都是4-20mA或0-5V的标准信号，这些信号通过接线排8连接到数据采集模块11的模拟量输入端。

转矩转速传感器3输出两路信号，分别是转矩信号和转速信号，它们都通过接线排8连接到数据采集模块11的模拟量输入端，这些信号可以是脉冲信号或模拟量信号中的一种。

功率放大模块6将标准信号的功率放大，接收4-20mA或0-5V控制信号的输入，对应将输出最小值至最大值的电流，输出输入两者间为线性映射关系。功率放大模块6通过接线排8连接到数据采集模块11的模拟量输出端。

数据采集模块11可以是放置在计算机10主板上的板卡式数据采集设备或者通过USB接口与计算机10相连接的独立式数据采集设备中的一种，其数据采样速率可达200kHz以上。且数据采集模块11有足够多的模拟量输入输出接口，能容纳上述传感信号和控制信号的连接。

制动加载单元4所采用的磁粉制动器、磁滞制动器或涡流制动器，它们都有一个共同特点，即当励磁电流改变后，其制动力矩也发生变化。因此，通过Labview指令调节与功率放大模块6相连接的数据采集模块11上模拟量输出端的电压，功率放大模块6相应改变输出电流，即实现了制动力矩的改变。

计算机10通过Labview指令实现程控电源9和功率放大模块6输出信号的调节，从而分别实现对电机驱动电压和制动器制动力矩的改变，并且通过数据采集模块11采集各工况下的工作特性数据，实现电机特性测试流程的自动控制，测试数据可以实时地以图表形式显示，同时被存储到所述计算机(10)内的存储设备上。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型采用通用的数据采集模块和驱动控制单元，用户能以积木式方法快速搭建测试系统，且用户对组成模块的可选择性强。

2、本实用新型数据采样速度快，利用计算机进行数据处理，效率高。

3、本实用新型维修和更换模块非常方便，且系统容易在冗余的数据采集接口上进行扩展。

4、本实用新型采用基于Labview的虚拟仪器技术进行控制，容易实现在线编程和升级。

5、本实用新型采用程控电源，可以实现电机在功率允许范围内的全工况自动化测试。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

图1为本实用新型结构原理框图。

图2为本实用新型自动测试主程序流程图。

图3为本实用新型数据采样和处理流程图。

具体实施方式

实施例：如图1所示，一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，该系统主要包括程控电源9、电量传感器7、联轴器2、转矩转速传感器3、接线排8、数据采集模块11、制动加载单元4和计算机。所述制动加载单元4由制动器5和功率放大模块6组成，并且制动器5与功率放大模块6相连接。所述电量传感器7、转矩转速传感器3和功率放大模块6分别通过接线排8和数据采集模块11相连接，所述转矩转速传感器3两端分别通过联轴器2与被测电机1和制动器5相连接，所述计算机10与程控电源9和数据采集模块11相连接。以上连接中，除转矩转速传感器3与被测电机1和制动器5的连接是机械连接外，其余连接都是电气连接。

电机有很多特性需要测试，如机械特性、效率特性等。要获得电机特性，需要对其在各种工况，即不同电源驱动和负载状态下的输入输出数据进行测定。为此，系统通过程控电源9来改变给电机的电源驱动，通过制动加载单元4改变加载电机上的负载。

搭建测试平台，将各组成部分固定且正确连接。系统上电后，运行基于虚拟仪器图形化编程语言Labview编写的计算机程序，由程序控制整个自动测试过程。程序流程如图2所示，具体流程步骤如下。

S01：系统初始化，对测试过程中的一些参数进行设定，包括系统各部件的型号、各传感信号量的校正参数、功率放大模块6的控制信号系数、程控电源9的接口与比例参数等的设定，还包括被测电机1的型号、测试时间、测试人员等信息的输入，以及测试数据的存盘文件目录设定。上述参数将被保存起来并默认在下一次测试中使用，因此，后续测试仅需要对变化的参数进行修改设定。

S02：启动测试。将程序中VI前面板上的手柄开关切换到“ON”状态，启动测试。

S03：电机电压设定。程控电源9通过USB、GPIB或RS232等接口与计算机10相连接，在程序中通过Labview的VISA库实现计算机10与程控电源9的双向通信。采用VISA Write指令可以控制程控电源9调节输出给电机的驱动电压，起始时给电机的驱动电压设定为其额定电压。

S04：制动加载设定。通过数据采集模块11的驱动程序VI，向与功率放大模块6对应的模拟量输出端输出一个控制信号，起始时该信号量被设定为某一个值，该值输出到功率放大模块6后，功率放大模块6的输出电流作为励磁电流使得制动器5制动转矩等于电机额定负载转矩。

S05：延时。等待一段时间，让被测电机1在该工况下进入稳定运行状态。

S06：数据采样与处理。读取各传感信号对应的模拟量接口上的电压或电流大小，经折算和校正后获得各信号量的值。数据流程如图3所示。

对输入电机电能的参数进行采样。当程控电源9是交流程控电源时，采样参数包括输入电压、电流、功率因数和频率。当程控电源9是直流程控电源时，采样参数包括输入电压和电流。由于采集的电量传感信号为标准信号，通过简单的线性映射就可以获得输入电机的电参数。

同时，对转矩和转速信号进行采样。转矩转速传感器3输出信号可以是脉冲信号或模拟量信号中的一种。如果是模拟量，可以采用与电参数相似的方法获得。目前市场上转矩转速传感器更多的是输出脉冲信号，对于这种信号，不能简单的用计数器的方法去检测，实验表明，由于信号的干扰较大，脉冲波形很不规则，对其计数获得的检测结果与实际值存在很大误差。将转矩、转速信号分别通过模拟量接口输入到数据采集模块11，模块的采样频率设定为被采样信号最高有效频率的5倍左右，程序中采用单频测量VI对其进行处理，得到的频率值与被测信号能很好吻合，对于转矩信号，频率值需要折算为力矩值。

通过信号采样检测获得以上信号后，可计算电机的输入功率、输出功率和效率。对于直流电机，输入功率为电压值乘以电流值；对于交流电机，输入功率为电压值与电流值的乘积再乘以功率因数。电机输出功率为转矩和转速的乘积，效率为输出功率与输入功率的比值。

S07：数据显示与存储。在采样过程中，上述数据以流的形式不断的出现，这些数据被依次保存到所指定的文件中，同时，它们以波形图的形式显示在显示屏上。通过示波器VI，以启动测试时为时间零点，分别以不同颜色显示电压、电流、转矩、转速、效率的波形。Labview程序中VI前面板上设有一个触发按钮，按下并释放该按钮后，清空示波器上所有波形，且重置其时间零点。

S08：加载循环完成判断。为了获得电机的机械特性，需要对电机在拖动不同负载时的工作状态进行测试。因此，需要给电机加载不同制动力矩，使得它能从空载开始逐渐增大负载，直至堵转为止。加载的改变以增量的形式通过改变功率放大模块6的控制信号来实现。当加载循环未完成时，将控制信号值增大一个步进量，并转到步骤4，否则，转到步骤9。

S09：输入循环完成判断。为了获得电机在不同驱动电压下的工作特性，需要改变电机输入电压。通过向程控电源9发送改变电压的指令来实现电机电压在某个电压区间以增量的形式逐步改变。当输入循环未完成时，命令程控电源9将输出电压值增大一个步进量，并转到步骤3，否则，转到步骤10。

S10：整个自动测试流程结束。

基于虚拟仪器的Labview程序，还提供以离线方式对历史数据进行查询、报表和图形化显示的功能。

若数据采集模块11的模拟量输入输出接口等资源足够丰富时，可以根据容量实现多套电机测试系统共享一个数据采集模块11和计算机10，从而进一步提高测试设备的利用率，同时降低测试系统成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例。

Claims (8)

1.一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，所述系统主要由程控电源(9)、电量传感器(7)、联轴器(2)、转矩转速传感器(3)、接线排(8)、数据采集模块(11)、制动加载单元(4)和计算机(10)组成；其中，制动加载单元(4)包括制动器(5)和功率放大模块(6)，并且制动器(5)与功率放大模块(6)相连接；其特征在于，所述计算机(10)通过Labview指令实现程控电源(9)和功率放大模块(6)输出信号的调节，并且通过数据采集模块(11)采集各工况下的工作特性数据。 

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述程控电源(9)是交流程控电源。 

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述程控电源(9)是直流程控电源。 

4.根据权利要求2所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述电量传感器(7)对输入电压、电流、功率因数和频率信号进行采集。 

5.根据权利要求3所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述电量传感器(7)对输入电压、电流信号进行采集。 

6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述转矩转速传感器(3)输出信号可以是脉冲信号或模拟量信号中的一种。 

7.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述数据采集模块(11)是放置在计算机主板上的板卡式数据采集设备或通过USB接口与计算机相连接的独立式数据采集设备中的一种。 

8.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的电机特性自动测试系统，其特征在于所述制动器(5)可以是磁粉制动器、磁滞制动器或涡流制动器中的一种。 

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