CN205157738U - 多种电机特性自动测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多种电机特性自动测量装置，通过待测电机、旋转编码器、离合器和静态扭矩传感器组合而成的运行平台，经过PLC的模拟量信号输入模块和智能仪表485通讯功能进行数据的收集，能够直观的在触摸屏上显示直流电机和交流电机的各项参数，通过PLC的数据采集、485通讯功能和模拟量输出能够实现自动调整电机的输入电压、频率等并自动给电机负载端进行加载，经过PLC的PID运算实现从空载到设定负载的全自动化电机加载功能，最后在触摸屏上自动记录下每个加载点对应的电机运行参数并绘制出电机的特性曲线。本实用新型能够对电机进行转速闭环和电流闭环的双闭环PID调节功能，以便测量在闭环调节下的电机运行特性。

Description

多种电机特性自动测量装置

技术领域

本实用新型涉及电机测量领域，具体涉及一种多种电机特性自动测量装置及其测量方法。

背景技术

目前在市面上存在很多种类的电机测量设备，但基本上都是手动调节，且调节效果精度不理想，测量的电机特性与理想值相去甚远，要测得其中一个点的数值要反复调节电机的运行状态，很难做到精确的一个值，还要手动记录下测量到的数据并绘制曲线，此间耗费大量时间。另外，现有的电机测量设备无法实现电机的转速闭环操作和电流闭环操作。现有的能实现电机自动测量的设备一般是通过PC(电脑)机板卡来采集信号，用上位机软件来处理数据，此类设备的制造成本较高，且不能实现闭环测试。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种多种电机特性自动测量装置，在对待测电机的多种特性参数进行测量的同时，能对自动加载的过程中每个加载点的数据进行记录并显示在触摸屏上，最终自动绘制出电机的各种特性曲线，另外还能实现直流电机和交流电机的转速闭环和电流闭环的控制。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

多种电机特性自动测量装置，包含待测电机运行平台以及PLC，另外还包括有与所述PLC通讯连接的触摸屏，所述触摸屏设有电机参数设置模块、测量数据记录模块以及PLC开关控制模块；所述PLC设有模拟量输入输出模块和RS485通讯模块，其中RS485通讯模块连接有电机测量智能仪表，所述电机测量智能仪表连接于待测电机运行平台；所述待测电机运行平台包括待测电机、旋转编码器、磁粉离合器、静态扭矩传感器，四者之间依次同轴连接，所述磁粉离合器电连接于至少一个模拟量开关电源，该模拟量开关电源连接于模拟量输入输出模块；当所述待测电机为直流电机时，待测电机电连接有至少两个模拟量开关电源，该模拟量开关电源电连接于模拟量输入输出模块；当待测电机为交流电机时，待测电机电连接于至少一个变频器，所述变频器连接于RS485通讯模块。

需要说明的是，所述PLC设有转速闭环模块和电流闭环模块，所述触摸屏相应设有控制转速闭环模块和电流闭环模块开启或关闭的转速闭环开关模块和电流闭环模块开关模块。

需要说明的是，当所述待测电机为直流电机时，所述电机测量智能仪表包括转速测量智能仪表、转矩测量智能仪表、电压测量智能仪表以及电流测量智能仪表，所述转速测量智能仪表连接于旋转编码器，转矩测量智能仪表连接于静态扭矩传感器，而电压测量智能仪表和电流测量智能仪表直接连接于待测电机。

进一步需要说明的是，所述电流测量智能仪表包括电枢电流测量智能仪表和励磁电流测量智能仪表，所述电压测量智能仪表包括电枢电压测量智能仪表和励磁电压测量智能仪表。

需要说明的是，当所述待测电机为交流电机时，所述电机测量智能仪表包括转速测量智能仪表、转矩测量智能仪表以及单相多功能智能仪表，所述转速测量智能仪表连接于旋转编码器，转矩测量智能仪表连接于静态扭矩传感器，而所述单相多功能智能仪表则直接连接于待测电机。

需要说明的是，所述电机参数设置模块包括电枢电压设置子模块、电枢电流设置子模块、励磁电压设置子模块、额定转速设置子模块、运行频率设置子模块、额定电流设置子模块以及测量的扭矩范围设置子模块，其中电枢电压设置子模块、电枢电流设置子模块、励磁电压设置子模块、额定转速设置子模块和测量的扭矩范围设置子模块用于当待测电机为直流电机时的参数设定，额定转速设置子模块、运行频率设置子模块、额定电流设置子模块以及测量的扭矩范围设置子模块则用于当待测电机为交流电机时的参数设定。

需要说明的是，所述触摸屏设有图形生成模块。

需要说明的是，所述PLC还连接有电子手轮。

基于上述多种电机特性自动测量装置的直流电机测量方法，包括如下步骤：

S1通过触摸屏，通过触摸屏的电枢电压设置子模块、电枢电流设置子模块、励磁电压设置子模块、额定转速设置子模块和测量的扭矩范围设置子模块中设定待测直流电机的电枢电压、电枢电流、励磁电压、额定转速以及测量的扭矩范围，并通过触摸屏的转速闭环开关模块和电流闭环开关模块确定是否开启PLC中的转速闭环模块以及电流闭环模块；设定完成后，触摸屏通过PLC开关控制模块控制PLC启动；

S2启动后，PLC根据步骤S1中设定的电枢电压值和励磁电压值通过模拟量输入输出模块向与待测直流电机连接的两个模拟量开关电源发送信号，两个模拟量开关电源分别根据接收到的信号向待测直流电机输出一个电压值，该电压值与设定的电枢电压值和励磁电压值相同；此时，电压测量智能仪表以及电流测量智能仪表将实时测量到的待测直流电机两端的电压和电流值通过RS485通讯模块传送到PLC，PLC利用PID运算使得模拟量开关电源输出电压值和设定值保持一致，使待测直流电机启动；

S3待测直流电机完全启动后，PLC的模拟量输入输出模块根据在触摸屏预先设定的扭矩范围向与磁粉离合器连接的模拟量开关电源发送信号，该模拟量开关电源根据该信号向磁粉离合器发送电压值，通过向磁粉离合器发送不同的电压值控制负载的扭矩大小，并逐渐从扭矩范围的最小值依次加载到最大值；此时，转矩测量智能仪表实时读取待测直流电机的转矩数值并通过RS485通讯模块传送至PLC，PLC运用PID算法对测量到的扭矩值与设定值进行PID运算使得实际的扭矩值与设定值一致；

S4在待测直流电机加载的过程中，所述PLC通过RS485通讯模块读取和记录各个电机测量智能仪表的数值并通过触摸屏实时显示；

S5当步骤S1中选择开启转速闭环模块，则PLC在接收到转速测量智能仪表的测量数值后会利用PID算法对该测量值和设定的额定转速值进行PID运算，通过加减待测直流电机的电枢电压控制待测直流电机的转速维持在预先设定的额定转速上；

S6当步骤S1中选择开启电流闭环，则PLC在接收到电流测量智能仪表的电枢电流测量数值后利用PID算法对该测量值和设定的电枢电流值进行PID运算，通过加减待测直流电机的电枢电压控制待测直流电机的电流维持在预先设定值上；

S7在测量结束后，所述触摸屏的图形生成模块会根据待测直流电机的每个特性的数据自动生成特性曲线并显示。

基于上述多种电机特性自动测量装置的交流电机测量方法包括如下步骤：

S1通过触摸屏，在触摸屏的运行频率设置子模块、额定电流设置子模块、额定转速设置子模块和测量的扭矩范围设置子模块设定待测交流电机的运行频率、额定电流、额定转速以及测量的扭矩范围，并通过触摸屏的转速闭环开关模块和电流闭环开关模块确定是否开启转速闭环模块和电流闭环模块；设定完成后，通过触摸屏的PLC开关控制模块启动PLC；

S2启动后，PLC根据将设定的运行频率值以命令的形式通过RS485通讯模块发送至变频器，变频器根据接收的频率命令向待测交流电机输出该运行频率值，使待测交流电机启动；

S3待测交流电机完全启动后，PLC的模拟量输入输出模块根据预先设定的扭矩范围向与磁粉离合器连接的模拟量开关电源发送信号，该模拟量开关电源根据该信号向磁粉离合器发送电压值，通过向磁粉离合器发送不同的电压值控制负载的扭矩大小，并逐渐从扭矩范围的最小值依次加载到最大值；此时，转矩测量智能仪表实时读取待测交流电机的转矩数值并通过RS485通讯模块传送至PLC，PLC利用PID算法对测量到的扭矩值与设定值进行PID运算使得实际的扭矩值与设定值一致；

S4在待测交流电机加载的过程中，所述PLC通过RS485通讯模块读取和记录各个电机测量智能仪表的测量数值以及变频器中的电机参数数值，并通过触摸屏实时显示；

S5当步骤S1中选择开启转速闭环，则PLC在接收到转速测量智能仪表的测量数值后会利用PID算法对该测量值和设定的额定转速值进行PID运算，通过加减变频器的频率控制待测交流电机的转速维持在预先设定的额定转速上；

S6当步骤S1中选择开启电流闭环，则PLC在接收到单相多功能智能仪表的电流测量数值后会利用PID算法对该测量值和设定的额定电流值进行PID运算，通过加减变频器的频率控制待测交流电机的电流维持在预先设定值上；

S7在测量结束后，所述触摸屏的图形生成模块会根据待测交流电机的每个特性的数据自动生成特性曲线并显示。

本实用新型的有益效果在于：

1.适用于直流他励电机、直流串励电机、直流复励电机、三相鼠笼式异步电机、三相绕线式异步电机，单相电容分相式异步电机、三相同步电机等多种直流电机和交流电机，且相对于现有的自动测量设备，本实用新型的制造成本更低；

2.能通过触摸屏设置电枢电压、励磁电压、负载扭矩、交流电压和交流电压频率对待测电机采用自动或手动模式进行调节；

3.本实用新型能通过对电流、电压和转速等数值进行预先设定，或通过对变频器的数据进行读取和控制，从而实现电机过电流保护、过电压保护、超速保护的功能；

4.能通过触摸屏自动记录下每个测量点对应的数值(电压、电流、转速、转矩、功率、功率因数、机械效率等)并且自动绘制出该电机对应的特性曲线，大大的减少了电机的测量和操作时间，并以更直观的方式展示电机的运行特性；

5.能够根据操作者的设定值通过PLC的PID运算稳定在该值的测量范围，通过数字化的输出方式将输出电压进行数字化，使输出的电压精确度得到保障。

6.采用本实用新型能够进行电机转速闭环和电流闭环实验。

7.能够人为在触摸屏上设定调节值以调节待测电机的输入电压、输入频率、负载转矩等，同时，这些调节值还可通过电子手轮进行调节，两种调节方式均能经过PLC的PID运算，优于传统的电位器调节；

8.手动调节模式下加入了电子手轮，通过电子手轮可以将输入值进行数字化使输入方式更加直观，可靠。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本实用新型的附图示出了本实用新型的优选实施例，并与说明书一起用来说明本实用新型的原理。在附图中：

图1为本实用新型装置实施例一的结构连接示意图；

图2为图1中待测直流电机运行平台中各部分的连接示意图；

图3为利用图1装置进行电机测量的流程示意图；

图4为本实用新型装置实施例二的结构连接示意图；

图5为图4中待测交流电机运行平台中各部分的连接示意图；以及

图6为利用图4装置进行电机测量的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一

如图1所示，多种电机特性自动测量装置包括待测直流电机运行平台101以及PLC102，其中，所述待测直流电机运行平台101包括待测直流电机110、旋转编码器111、磁粉离合器112、静态扭矩传感器113，四者之间依次同轴连接；另外还包括有与所述PLC102通讯连接的触摸屏103，所述触摸屏103设有电机参数设置模块、测量数据记录模块以及PLC开关控制模块。通过设置电机参数设置模块和PLC开关控制模块，使用者可以在触摸屏103上进行电机参数的设置和控制PLC102的启动和关闭，电机参数设置模块和PLC开关控制模块具体以设置界面的形式在触摸屏上展示；而通过设置测量数据模块，触摸屏在实时显示测量数据的同时也可以对数据进行记录，以供后续生成图形使用。所述PLC102还设有模拟量输入输出模块116、RS485通讯模块，其中RS485通讯模块连接有电机测量智能仪表。所述PLC102能够进行PID运算。

所述电机测量智能仪表具体包括转速测量智能仪表104、转矩测量智能仪表105、电枢电压测量智能仪表106、电枢电流测量智能仪表107、励磁电压测量智能仪表108、励磁电流测量智能仪表109，所述转速测量智能仪表104连接于旋转编码器111，转矩测量智能仪表105连接于静态扭矩传感器113，而电枢电压测量智能仪表106、电枢电流测量智能仪表107、励磁电压测量智能仪表108、励磁电流测量智能仪表109连接于待测直流电机110。待测直流电机110电连接有两个模拟量开关电源114和115，该模拟量开关电源114和115电连接于模拟量输入输出模块116；

所述磁粉离合器112连接于一个模拟量开关电源117，该模拟量开关电源117的信号控制端连接于模拟量输入输出模块116；

所述PLC102设有转速闭环模块和电流闭环模块，相应地，触摸屏103设有转速闭环开关模块以及电流闭环开关模块，用于控制转速闭环模块和电流闭环模块的启动或关闭。

所述触摸屏103设置有图形生成模块，即触摸屏103具备生成图形的功能。

所述PLC102还连接有一电子手轮118。所述电子手轮的作用在于手动模式下调节电机设定值，比如要输入220V的电枢电压，就可以把电子手轮打到电枢电压档位，然后旋转手轮调节输出电压至220V，该调节方式比传统的电位器调节方式要优越，主要特点是将输入方式数字化旋转一定的圈数就可以达到设定的电压。电机的设定值包括电枢电压、励磁电压、负载扭矩、变频器输出频率。

如图2所示，所述待测直流电机110与旋转编码器111、旋转编码器111和磁粉离合器112之间均通过联轴器齿轮119和轴承座120连接，而磁粉离合器112和静态扭矩传感器113之间通过扭矩联轴器121连接。

基于上述多种电机特性自动测量装置的直流电机测量方法包括如下步骤，如图3所示：

S1通过触摸屏，通过触摸屏的电枢电压设置子模块、电枢电流设置子模块、励磁电压设置子模块、额定转速设置子模块和测量的扭矩范围设置子模块中设定待测直流电机的电枢电压、电枢电流、励磁电压、额定转速以及测量的扭矩范围，并通过触摸屏的转速闭环开关模块和电流闭环开关模块确定是否开启PLC中的转速闭环模块以及电流闭环模块；设定完成后，触摸屏通过PLC开关控制模块控制PLC启动；

S2启动后，PLC根据步骤S1中设定的电枢电压值和励磁电压值通过模拟量输入输出模块向与待测直流电机连接的两个模拟量开关电源发送信号，两个模拟量开关电源分别根据接收到的信号向待测直流电机输出一个电压值，该电压值与设定的电枢电压值和励磁电压值相同；此时，电压测量智能仪表以及电流测量智能仪表将实时测量到的待测直流电机两端的电压和电流值通过RS485通讯模块传送到PLC，PLC利用PID运算使得模拟量开关电源输出电压值和设定值保持一致，使待测直流电机启动；

S3待测直流电机完全启动后，PLC的模拟量输入输出模块根据在触摸屏预先设定的扭矩范围向与磁粉离合器连接的模拟量开关电源发送信号，该模拟量开关电源根据该信号向磁粉离合器发送电压值，通过向磁粉离合器发送不同的电压值控制负载的扭矩大小，并逐渐从扭矩范围的最小值依次加载到最大值；此时，转矩测量智能仪表实时读取待测直流电机的转矩数值并通过RS485通讯模块传送至PLC，PLC运用PID算法对测量到的扭矩值与设定值进行PID运算使得实际的扭矩值与设定值一致；

S4在待测直流电机加载的过程中，所述PLC通过RS485通讯模块读取和记录各个电机测量智能仪表的数值并通过触摸屏实时显示；

S5当步骤S1中选择开启转速闭环模块，则PLC在接收到转速测量智能仪表的测量数值后会利用PID算法对该测量值和设定的额定转速值进行PID运算，通过加减待测直流电机的电枢电压控制待测直流电机的转速维持在预先设定的额定转速上；

S6当步骤S1中选择开启电流闭环，则PLC在接收到电流测量智能仪表的电枢电流测量数值后利用PID算法对该测量值和设定的电枢电流值进行PID运算，通过加减待测直流电机的电枢电压控制待测直流电机的电流维持在预先设定值上；

S7在测量结束后，所述触摸屏的图形生成模块会根据待测直流电机的每个特性的数据自动生成特性曲线并显示。

实施例二

如图4所示，多种电机特性自动测量装置包括待测交流电机运行平台201以及PLC202，其中，所述待测交流电机运行平台201包括待测直流电机207、旋转编码器208、磁粉离合器209、静态扭矩传感器210，四者之间依次同轴连接。另外还包括有与所述PLC202通讯连接的触摸屏203，所述触摸屏203设有电机参数设置模块、测量数据记录模块以及PLC开关控制模块。通过设置电机参数设置模块和PLC开关控制模块，使用者可以在触摸屏203上进行电机参数的设置和控制PLC202的启动和关闭，电机参数设置模块和PLC开关控制模块具体以设置界面的形式在触摸屏上展示；而通过设置测量数据模块，触摸屏在实时显示测量数据的同时也可以对数据进行记录，以供后续生成图形使用。所述PLC202还设有模拟量输入输出模块213和RS485通讯模块，其中RS485通讯模块连接有电机测量智能仪表。所述PLC202具有PID运算功能。另外，待测交流电机207电连接于一个变频器211，所述变频器211连接于RS485通讯模块。

所述电机测量智能仪表包括转速测量智能仪表204、转矩测量智能仪表205以及单相多功能智能仪表206，所述转速测量智能仪204表连接于旋转编码器208，转矩测量智能仪表205连接于静态扭矩传感器210，而所述单相多功能智能仪表206则直接连接于待测电机207。

所述磁粉离合器209连接于一个模拟量开关电源212的输出，该模拟量开关电源212的信号控制端连接于模拟量输入输出模块213；

所述PLC202还设置有转速闭环模块和电流闭环模块，相应地，所述触摸屏203设有转速闭环开关模块以及电流闭环开关模块，用于控制转速闭环模块和电流闭环模块的开启或关闭。

所述触摸屏203中设置有图形生成模块，即触摸屏203具有图形生成功能。

所述PLC202还连接有一电子手轮214。所述电子手轮的作用在于手动模式下调节电机设定值，比如要输入220V的电枢电压，就可以把电子手轮打到电枢电压档位，然后旋转手轮调节输出电压至220V，该调节方式比传统的电位器调节方式要优越，主要特点是将输入方式数字化旋转一定的圈数就可以达到设定的电压。电机的设定值包括电枢电压、励磁电压、负载扭矩、变频器输出频率。

如图5所示，所述待测交流电机207与旋转编码器208、旋转编码器208和磁粉离合器209之间均通过联轴器齿轮215和轴承座216连接，而磁粉离合器209和静态扭矩传感器210之间通过扭矩联轴器217连接。

基于上述多种电机特性自动测量装置的交流电机测量方法包括如下步骤，如图6所示：

S1通过触摸屏，在触摸屏的运行频率设置子模块、额定电流设置子模块、额定转速设置子模块和测量的扭矩范围设置子模块设定待测交流电机的运行频率、额定电流、额定转速以及测量的扭矩范围，并通过触摸屏的转速闭环开关模块和电流闭环开关模块确定是否开启转速闭环模块和电流闭环模块；设定完成后，通过触摸屏的PLC开关控制模块启动PLC；

S2启动后，PLC根据将设定的运行频率值以命令的形式通过RS485通讯模块发送至变频器，变频器根据接收的频率命令向待测交流电机输出该运行频率值，使待测交流电机启动；

S3待测交流电机完全启动后，PLC的模拟量输入输出模块根据预先设定的扭矩范围向与磁粉离合器连接的模拟量开关电源发送信号，该模拟量开关电源根据该信号向磁粉离合器发送电压值，通过向磁粉离合器发送不同的电压值控制负载的扭矩大小，并逐渐从扭矩范围的最小值依次加载到最大值；此时，转矩测量智能仪表实时读取待测交流电机的转矩数值并通过RS485通讯模块传送至PLC，PLC利用PID算法对测量到的扭矩值与设定值进行PID运算使得实际的扭矩值与设定值一致；

S4在待测交流电机加载的过程中，所述PLC通过RS485通讯模块读取和记录各个电机测量智能仪表的测量数值以及变频器中的电机参数数值，并通过触摸屏实时显示；

S5当步骤S1中选择开启转速闭环，则PLC在接收到转速测量智能仪表的测量数值后会利用PID算法对该测量值和设定的额定转速值进行PID运算，通过加减变频器的频率控制待测交流电机的转速维持在预先设定的额定转速上；

S6当步骤S1中选择开启电流闭环，则PLC在接收到单相多功能智能仪表的电流测量数值后会利用PID算法对该测量值和设定的额定电流值进行PID运算，通过加减变频器的频率控制待测交流电机的电流维持在预先设定值上；

S7在测量结束后，所述触摸屏的图形生成模块会根据待测交流电机的每个特性的数据自动生成特性曲线并显示。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.多种电机特性自动测量装置，包含待测电机运行平台以及PLC，其特征在于，还包括有与所述PLC通讯连接的触摸屏；所述PLC设有模拟量输入输出模块和RS485通讯模块，其中RS485通讯模块连接有电机测量智能仪表，所述电机测量智能仪表连接于待测电机运行平台；所述待测电机运行平台包括待测电机、旋转编码器、磁粉离合器、静态扭矩传感器，四者之间依次同轴连接，所述磁粉离合器电连接于至少一个模拟量开关电源，该模拟量开关电源连接于模拟量输入输出模块；当所述待测电机为直流电机时，待测电机电连接有至少两个模拟量开关电源，该模拟量开关电源电连接于模拟量输入输出模块；当待测电机为交流电机时，待测电机电连接于至少一个变频器，所述变频器连接于RS485通讯模块。

2.根据权利要求1所述多种电机特性自动测量装置，其特征在于，所述PLC设有转速闭环模块和电流闭环模块。

3.根据权利要求1所述的多种电机特性自动测量装置，其特征在于，当所述待测电机为直流电机时，所述电机测量智能仪表包括转速测量智能仪表、转矩测量智能仪表、电压测量智能仪表以及电流测量智能仪表，所述转速测量智能仪表连接于旋转编码器，转矩测量智能仪表连接于静态扭矩传感器，而电压测量智能仪表和电流测量智能仪表直接连接于待测电机。

4.根据权利要求3所述的多种电机特性自动测量装置，其特征在于，所述电流测量智能仪表包括电枢电流测量智能仪表和励磁电流测量智能仪表，所述电压测量智能仪表包括电枢电压测量智能仪表和励磁电压测量智能仪表。

5.根据权利要求1所述的多种电机特性自动测量装置，其特征在于，当所述待测电机为交流电机时，所述电机测量智能仪表包括转速测量智能仪表、转矩测量智能仪表以及单相多功能智能仪表，所述转速测量智能仪表连接于旋转编码器，转矩测量智能仪表连接于静态扭矩传感器，而所述单相多功能智能仪表则直接连接于待测电机。

6.根据权利要求1所述的多种电机特性自动测量装置，其特征在于，所述PLC还连接有电子手轮。