高壓異步電機微機測控系統(tǒng)的設(shè)計

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目： 高壓異步電機微機測控系統(tǒng)的設(shè)計 誠 信 聲 明本人聲明：1、本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果；2、據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料；3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）中的所有內(nèi)容均真實、可信。 作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 設(shè)計（論文）題目： 高壓異步電機微機測控系統(tǒng)的設(shè)計 一、 基本任務(wù)及要求： 設(shè)計一個高壓異步電機特性測試微機控制系統(tǒng)。要求該系統(tǒng)能準(zhǔn)確測試被試高壓電機的 各項性能，

2、并能自動生成試驗報告。在規(guī)定時間內(nèi)，完成以下工作： 1、整體方案的確定； 2、高壓試驗電源系統(tǒng)的設(shè)計； 3、微機控制系統(tǒng)的設(shè)計； 4、微機采集與處理系統(tǒng)設(shè)計； 5、提交設(shè)計說明書和圖紙。 二、 進(jìn)度安排及完成時間： （1）2月21日至3月12日：查閱資料；撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報告；熟悉相關(guān)知識。 （2）3月13日至3月27日：整體方案的確定。 （3）3月28日至4月9日：畢業(yè)實習(xí)。 （4）4月10日至5月1日：高壓試驗電源系統(tǒng)的設(shè)計。 （5）5月2日至5月15日：微機控制系統(tǒng)的設(shè)計。 （6）5月16日至5月30日：微機采集與處理系統(tǒng)設(shè)計。 （7）6月1日至6月10日：撰寫畢業(yè)設(shè)計論文 （8）6月

3、11日至6月13日:畢業(yè)設(shè)計答辯 目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 引言11.2 微機在電機測試中的應(yīng)用21.3 電機試驗31.3.1 基本要求31.3.2 試驗項目4第2章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測試原理52.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)52.2 各性能參數(shù)的測試原理62.2.1 電壓電流的測量62.2.2 瞬間功率的測量72.2.3 平均功率的測量72.2.4 功率因數(shù)和頻率的測量72.2.5 溫度的測量8第3章 電機試驗93.1 絕緣電阻測量93.1.1 試驗?zāi)康?3.1.2 試驗過程93.2 空載試驗93.2.1 試驗?zāi)康?3.2.2 試驗過程103.2.3 數(shù)據(jù)分析103.3 堵轉(zhuǎn)試驗1

4、13.3.1 試驗?zāi)康?13.3.2 試驗過程113.4 溫升試驗113.4.1試驗?zāi)康?13.4.2 試驗過程123.5 負(fù)載試驗123.5.1 試驗?zāi)康募霸囼灧椒?23.5.2 試驗過程133.5.3 數(shù)據(jù)計算分析133.6 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的測量133.6.1 試驗?zāi)康?33.6.2 試驗過程14第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計154.1 高壓試驗電源系統(tǒng)的設(shè)計154.1.1試驗電源組的選擇154.1.2試驗電源系統(tǒng)的設(shè)計204.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計214.2.1智能儀表的工作原理224.2.2 智能儀表的介紹234.2.3智能儀器設(shè)備選定284.3微機控制系統(tǒng)的設(shè)計294.3.1 串行傳送的特點294.3

5、.2串行通信接口的簡介304.3 高壓型式試驗臺324.3.1 控制電器介紹32高壓型式試驗臺工作原理34第 5章 軟件設(shè)計365.1 軟件系統(tǒng)功能365.2 軟件設(shè)計思路36結(jié) 束 語39參考文獻(xiàn)41致 謝41附 錄42 高壓異步電機微機測控系統(tǒng)的設(shè)計 摘要：隨著社會的的不斷發(fā)展，工業(yè)用電機的輸出功率和電壓等級要求越來越高，為確保其質(zhì)量安全，電機都需要進(jìn)行大量的試驗，因此，研制一套高準(zhǔn)確度、高自動化程度的電機自動測試系統(tǒng)對提高生產(chǎn)效率、減輕工作強度和提高產(chǎn)品質(zhì)量具有很大的現(xiàn)實意義。本課題用計算機作為自動測試系統(tǒng)的核心，各種數(shù)據(jù)的采集利用互感器、變送器和由單片機組成的智能儀器儀表等設(shè)備組成測試

6、系統(tǒng)的硬件設(shè)備。整個測試系統(tǒng)分為三部分：計算機數(shù)據(jù)處理和顯示部分；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集；智能顯示儀表和通信控制；其中計算機數(shù)據(jù)處理和顯示部分由數(shù)據(jù)存儲、輸出部分以及繪圖、計算部分組成，它可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取、計算、分析等功能，并能自動生成試驗報告；現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集負(fù)責(zé)采集試驗數(shù)據(jù)，如電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)以及高壓電機各部分溫度等等；智能顯示儀表和通信負(fù)責(zé)試驗數(shù)據(jù)的顯示及傳輸。論文詳細(xì)的論述了高壓異步電動機的各個試驗項目、試驗方法和自動測控，最后得到高壓異步電動機試驗報告。關(guān)鍵詞：高壓異步電機，微機測控，智能儀表The high voltage asynchronous motor microcom

7、puter detection-control system design Abstract：Along with society's development, motor output power and voltage level required more and more high, to make sure that the quality safety, motor are need to do a lot of test, therefore, developing a set of high accuracy, high automation degree of mot

8、or automatic test system to improve production efficiency and reduce the working strength and improve product quality has great practical significance. This topic with the computer as the core of automatic test system, various data collection using transformer, transmitter composed by single-chip mi

9、crocomputer intelligent and instrument equipment composition test system hardware device. The test system is divided into three parts: the computer data processing and display parts; Field data collection; Intelligent display instrument and communication control; Which computer data processing and d

10、isplay in part by the data storage, output part and graphics, calculation of parts, it can realize the data access, calculation, analysis, and other functions, and can automatically generate test reports; Field data collection is responsible for collecting test data, such as voltage, current, power,

11、 frequency and power factor and high voltage motor parts temperature and so on; Intelligent display instrument and communication is responsible for test data display and transmission. The paper detailed discussion of high voltage asynchronous motor each test project, test method and automatic measur

12、ement and control, finally get the high voltage asynchronous motor test report.Keywords: High voltage asynchronous motor ,Microcomputer detection-control ,Intelligent instrument第1章 緒論 1.1 引言 21世紀(jì)最主要的能源電能的生產(chǎn)、傳輸和使用與電機有著分不開的關(guān)系，它是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換或改變電能性質(zhì)的機械，更是工業(yè)的重要設(shè)備。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，對電機產(chǎn)品提出了越來越高的性能和質(zhì)量指標(biāo)。在新的電機產(chǎn)品研制過程中，除了必

13、須對設(shè)計、工藝過程及理論分析等方面進(jìn)行研究外，還必須對電機進(jìn)行大量的試驗，以進(jìn)一步探索改進(jìn)和完善的方法。電機試驗對電機設(shè)計及制造有著非常重要的意義，而傳統(tǒng)的電機試驗系統(tǒng)主要由模擬設(shè)備和機械式測量儀表構(gòu)成，試驗人員工作繁重，數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作復(fù)雜，且由于人為因素，數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確。隨著電機技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷提高，電機試驗微機采集處理系統(tǒng)作為電機測試領(lǐng)域的一個重要組成部分，也得到了迅速的發(fā)展。它已經(jīng)從傳統(tǒng)的方式發(fā)展為完全以計算機為中心，采用數(shù)據(jù)采集與傳感器相結(jié)合的集中管理和分散控制的自動測試系統(tǒng)，能很好的完成測試工作的全過程。它既能實現(xiàn)對信號的檢測，也能對所獲得的信號進(jìn)行分析處理而獲得有效的信息。目前

14、，電機作為主要動力，產(chǎn)量不斷提高，電壓等級要求也越來越高，那么對其各方面性能的測試（電機測試）方法和技術(shù)的改進(jìn)問題也就突出的擺在人們面前。高壓異步電機微機測控系統(tǒng)的設(shè)計正是根據(jù)電機測試技術(shù)發(fā)展的需要，結(jié)合電器控制、電力電子技術(shù)、計算機通訊等多種技術(shù)完成的，該課題的研究對于自動測試技術(shù)的發(fā)展，尤其是電機測試技術(shù)的發(fā)展起到極為重要的作用。近年來，計算機的大量推廣應(yīng)用為自動測試系統(tǒng)的發(fā)展開拓了新的發(fā)展方向。計算機在自動測試系統(tǒng)中的主要功能有：進(jìn)行程序控制；監(jiān)視測試過程；記錄、整理并分析測試結(jié)果，即將測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，最后以數(shù)字顯示、打印和擬合工作特性曲線。可見計算機在測試系統(tǒng)中己成為了測試設(shè)備

15、的一部分。由于計算機的使用具有高度靈活性和擴展性，可以非常方便地實現(xiàn)多種的控制及測試功能。因此隨著計算機價格的大幅度下降，它在電機測試中的應(yīng)用具有廣闊的前景。同時，隨著新的測試儀器的出現(xiàn)，也為電機的計算機自動測試系統(tǒng)的實現(xiàn)和升級變的更為方便，也促進(jìn)了新技術(shù)在電機試驗工作中的應(yīng)用。近代電子技術(shù)的迅速發(fā)展又為提高電機試驗的精度和速度、進(jìn)行動態(tài)特性測試及采用新的測試方法提供了可能性，進(jìn)一步推動了電機測試技術(shù)的發(fā)展。隨著計算機的廣泛應(yīng)用，硬件性能的提高以及價格的下降，傳統(tǒng)的電機測試方法己經(jīng)不能適應(yīng)社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，而采用計算機以及現(xiàn)代測試儀器的自動測試與控制系統(tǒng)的研制是順應(yīng)潮流勢在必行的。1.2

16、微機在電機測試中的應(yīng)用 計算機具有運算速度快、實時控制功能強，可配置外圍設(shè)備以及具有智能化、編程靈活、工作可靠等一系列優(yōu)點，并具有很強的數(shù)據(jù)處理能力。在我們所設(shè)計的高壓異步電機微機測控系統(tǒng)具有以下特點和優(yōu)越性(1)： （1）精度高。普通儀器測量常用 0.5級和 0.2級儀表，加上讀數(shù)的人為誤差使測量精度難保證，計算機具有很強的數(shù)據(jù)處理能力，能對大量的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行再加工，有效地處理系統(tǒng)誤差和隨機誤差，從而降低試驗誤差，明顯提高了測量準(zhǔn)確度。 （2）速度快。傳統(tǒng)的測量方法要耗費許多人力物力，測量時間長，而使用電機微機測試系統(tǒng)可在短時間內(nèi)完成對電機各參數(shù)的測量、數(shù)據(jù)的處理和插值、工作特性曲線的繪制等

17、工作，節(jié)省了時間，節(jié)約人力，大大提高了試驗效率，減輕了實驗人員的勞動強度。 （3）可靠性高。傳統(tǒng)測量所得的數(shù)據(jù)一般都會有人為誤差，特別是試驗時間過長時，更易產(chǎn)生誤差，并且傳統(tǒng)的測量方法一般要逐點改變電機運行狀態(tài)以便測量其參數(shù)，多為靜態(tài)測量，而電機微機測試系統(tǒng)有合理的設(shè)計和嚴(yán)格的測試保證其可靠性，可以進(jìn)行大量重復(fù)的測試，不易出錯，不僅能測量電機的靜態(tài)特性，而且可同時測量電機的動態(tài)特性。 （4）自動化程度高。傳統(tǒng)的測量方法一般將測量數(shù)據(jù)逐點描繪成曲線，手工制作試驗報告，而使用設(shè)計完善的智能化自動測試系統(tǒng)可以自動控制整個電極試驗過程，實現(xiàn)自動檢測、自動校準(zhǔn)、自動存儲數(shù)據(jù)，自動進(jìn)行曲線擬合繪制特性曲線

18、、自動計算試驗結(jié)果和打印試驗報告，甚至自動進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷。測試人員只需進(jìn)行簡單操作、即可完成整個試驗過程，并立即得到試驗報告。 （5）計算機的開放式系統(tǒng)使其具有極強的通用性和多功能性，對于不同的測量任務(wù)只需更換配在它上面的儀器設(shè)備就可以完成，特別是計算機軟件技術(shù)的發(fā)展，使得某些硬件設(shè)備需要更換時，只需改變系統(tǒng)上的某一部分的硬件和計算機的軟件，就可以對電機測試系統(tǒng)講行升級改進(jìn)。 微型計算機在電機測試中的應(yīng)用主要有兩個方面:其一用于控制;其二用于數(shù)據(jù)處理。前者強有力的推動了電機測量裝置和控制裝置的自動化和多功能化。因為人們可以將預(yù)先編好的程序存放在只讀存儲器ROM中，使用人員接上被測設(shè)備后，只要

19、按動面板或鍵盤上的功能鍵，測量裝置或控制裝置便可在微型計算機的控制下按程序自動操作;根據(jù)計算機的判斷進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使裝置處于最佳工作狀態(tài)下;根據(jù)預(yù)先給定的容差判斷被測電機的性能指標(biāo)是否合格，必要時可對被測電機進(jìn)行自動分選;第二方面的功能用來處理測量結(jié)果，并對被測物理量進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換;指定函數(shù)關(guān)系的計算:可以對被測參數(shù)進(jìn)行非線形校正:也可通過對機內(nèi)測量基準(zhǔn)進(jìn)行自校并把系統(tǒng)誤差存儲起來，再從測量數(shù)據(jù)中扣除，以提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。 微型計算機與新的測試方法結(jié)合組成的測量或控制裝置可充分發(fā)揮微型計算機的運算功能和邏輯功能，使硬件軟化。例如在常規(guī)的電機實驗中常常要測取電壓、電流、功率等，要準(zhǔn)確地測出電壓

20、和電流的瞬時值，可以利用微型計算機的運算功能準(zhǔn)確地算出功率值，使電路顯著簡化，提高了可靠性，并大大降低了測試難度。在電機的控制中，也可盡量用程序邏輯代替硬件邏輯，并可發(fā)揮軟件功能，在一定條件下使電機按照人們的要求輸出所需要的特性。1.3 電機試驗 電機試驗是利用儀器、儀表以及相關(guān)設(shè)備，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對電機制造過程中的半成品和成品，或以電機為主體的配套產(chǎn)品的電氣性能、力學(xué)性能、安全性能及可靠性能等技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行的檢驗。通過這些檢驗，可以全部或部分的反映被試電機的相關(guān)性能數(shù)據(jù)，用這些數(shù)據(jù)，可以判斷被試產(chǎn)品是否符合設(shè)計要求、品質(zhì)的優(yōu)劣以及改進(jìn)的目標(biāo)和方向。成品試驗是針對組裝成整機后電機進(jìn)行部分或

21、全部的性能試驗，成品試驗又分為型式試驗和檢查試驗兩大類。1.3.1 基本要求 首先我們所研制的高壓異步電機微機測控系統(tǒng)的基本要求是(2)： （1）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀體積小，慣性輕，噪聲小，壽命長。 （2）各種儀器的測試精度高，數(shù)字顯示轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、功率因素、電流、電壓，電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速的測量要準(zhǔn)確。 （3）測試系統(tǒng)能完成220KW以上的各類型電機的絕緣電阻、空載試驗、堵轉(zhuǎn)試驗、負(fù)載試驗、溫升試驗和最大轉(zhuǎn)矩的測定，并能進(jìn)行自動測試，存貯數(shù)據(jù)，繪制曲線圖，打印報表。 （4）轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量儀采用單線控制，具有抗干擾特點，使系統(tǒng)可靠，運行穩(wěn)定。 （5）系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計用開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以利于

22、系統(tǒng)的擴展，方便系統(tǒng)的二次開發(fā)，從而適應(yīng)各種特殊試驗要求。 其次用微型計算機控制的測量裝置必須具有以下功能:(1)測量裝置必須具備接受某種程序控制的能力，即能接受數(shù)字指令，并按照這些指令來改變測量部分的電路狀態(tài)，從而完成指定的操作或執(zhí)行某一規(guī)定的任務(wù)。(2)測量裝置電源的通、斷，量程的改變及開關(guān)量的給出所用的手動開關(guān)必須改為電動的。(3)由于程序指令是數(shù)字指令，因而對一些連續(xù)變化的模擬量的調(diào)節(jié)、控制可用數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A將數(shù)字指令變?yōu)槟M量，再進(jìn)行模擬量調(diào)節(jié)。(4)由于計算機內(nèi)部所有信息都是二進(jìn)制數(shù)字量形式，因而要用計算機對外部模擬量進(jìn)行計算處理，需要將這些信息從模擬量變稱數(shù)字量。實現(xiàn)數(shù)字化的重

23、要器件是模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D。(5)微型計算機的工作速度比硬件電路的速度高很多，因而整個系統(tǒng)的測量速度將取決于模擬量的測量速度。但是無論采取何種措施，硬件部分的測量速度始終跟不上微型計算機的工作速度，為了使測量部分與微型計算機工作協(xié)調(diào)，必須在微型計算機與測量裝置之間設(shè)置必要的緩沖器或鎖存器，以便更好地解決輸入/輸出數(shù)據(jù)傳送的控制方法。微機測試系統(tǒng)是以微型計算機或微處理機為核心組成的數(shù)字化測試系統(tǒng)。它在實現(xiàn)快速測試、高準(zhǔn)確度測試、綜合參數(shù)測試和自動測量方面比一般測試裝置具有突出的優(yōu)點，同時由于微型計算機具有較強的數(shù)據(jù)處理功能，所以在測量數(shù)據(jù)計算處理和最后顯示測試結(jié)果方面可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)表格、曲線和圖形等

24、各種形式的輸出。1.3.2 試驗項目 （1）絕緣電阻試驗。測量電機的絕緣電阻、以及此時的電機的溫度。 （2）空載試驗。檢測空載電流、空載電壓、空載輸入功率，繪制空載特性曲線。 （3）堵轉(zhuǎn)試驗。檢測堵轉(zhuǎn)電流、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩、電壓，并自動繪制堵轉(zhuǎn)特性曲線。 （4）溫升試驗。檢測電流、電壓、輸入功率、工頻、轉(zhuǎn)速、效率、功率、轉(zhuǎn)差率、輸入功率，利用帶電測溫儀帶電測量電機各部分的溫度。 （5）負(fù)載試驗。檢測電流、電壓、輸入功率、工頻、轉(zhuǎn)速、效率、功率、轉(zhuǎn)差率、輸入功率，繪制工作特性曲線。 （6）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速試驗。檢測最大轉(zhuǎn)矩，各轉(zhuǎn)速情況等。 第2章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與測試原理2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 如圖(2.1)所示,I、

25、U、P分別為電流變送器、電壓變送器和功率變送器；R為電阻/輸入接口模擬開關(guān)被試電機與陪試電機結(jié)構(gòu)fTPntRUI計算機鍵盤打印顯示A/D轉(zhuǎn)換模擬開關(guān)D/A轉(zhuǎn)換輸出接口開關(guān)量控制電壓調(diào)節(jié)輸入接口頻率調(diào)節(jié)負(fù)載調(diào)節(jié)報警圖2.1 電機自動測試原理框圖電壓變換器；t溫度變送器。以上各量為模擬量，經(jīng)模擬多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器變換成數(shù)字量送入微機。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的模擬信號經(jīng)轉(zhuǎn)矩儀變換成數(shù)字信號，連同頻率信號一起經(jīng)數(shù)字量接口電路直接送入微機。 電動發(fā)電機組的電壓、頻率調(diào)節(jié)以及被試電機的負(fù)載調(diào)節(jié)可在計算機的統(tǒng)一控制下自動實現(xiàn)。由微機送入控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和模擬開關(guān)后，可以利用晶閘管電路或伺服電機等對電機

26、進(jìn)行控制，以實現(xiàn)系統(tǒng)頻率、電壓和負(fù)載的自動調(diào)節(jié)。電機自動測試系統(tǒng)的主要組成有:微機系統(tǒng)及其外部設(shè)備、測試硬件平臺、各種數(shù)字測試儀器。電機型式自動測試系統(tǒng)的主要功能有兩個:一個是對電機試驗工況的自動控制，二是對電機參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集與處理。試驗的過程控制是由測試硬件平臺來實現(xiàn)，要全面準(zhǔn)確地完成電機的自動測試，該試驗系統(tǒng)的硬件主要有(3):(1) 試驗電源設(shè)備(2) 高壓型式試驗臺(3) 測試儀表:各種試驗參數(shù)的智能測量儀器儀表(4) 微型計算機:用于實驗過程中的控制，數(shù)據(jù)采集，處理，以及報告生成輸出2.2 各性能參數(shù)的測試原理 電機試驗無論是型式試驗還是出廠試驗都要對被測電機的電壓、電流、功

27、率、頻率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)以及溫度等一些物理量進(jìn)行測試。在這些物理量中又有電量和非電量之分，對于交流電機而言，電量的測量主要包括交流電壓、交流電流及其有效值、平均功率、功率因數(shù)及效率、繞組冷態(tài)直流電阻的測量等，非電量的測量主要包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫升的測量。電機的測試包括電機的電壓、電流、功率、頻率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及溫度等量的采樣，本系統(tǒng)采用的都是智能儀器儀表對信號進(jìn)行采樣然后再用RS-485通信協(xié)議來通信從而測量系統(tǒng)的各電量參數(shù)。計算機對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到電壓電流的有效值和平均值、功率、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速以及溫度的實際值。 電壓電流的測量若將電壓有效值公式(2.1)離散化，

28、以一個周期內(nèi)有限個采樣電壓的數(shù)量來代替一個周期內(nèi)連續(xù)變化的電壓函數(shù)值，則 （2.1）式中 Tm相鄰兩次采樣的時間間隔； um第m-1個時間間隔的電壓采樣瞬時值； N一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)。這就是一個周期內(nèi)采樣瞬時值即每周期采樣點數(shù)計算電壓信號有效值的公式。同樣電流有效值的計算公式為 （2.2）2.2.2 瞬間功率的測量交流電路的瞬時功率定義為電壓和電流瞬時值的乘積，即P(t)=u(t)I(t),對其進(jìn)行離散化處理，對于第m個采樣點（t=mt）時的瞬時功率為： （2.3） 由式(2.3)可知，計算瞬時功率，要求采用同一時刻的電壓和電流值相乘，在實際的測試過程中，可以采用下面的采樣方式: 電壓和電流

29、同時采樣。要對電壓和電流同時采樣，被測電壓和電流必須配置獨立的采樣電路。由計算機對電壓和電流采樣電路同時下達(dá)開始采樣命令，同時啟動電壓和電流A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢后先進(jìn)行鎖存，然后由計算機分別下達(dá)指令，取出電壓和電流值。同時采樣法的優(yōu)點是電壓和電流可以同時采樣和進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，可以提高測量精度，缺點是需要獨立的電壓和電流采集電路，成本較高。2.2.3 平均功率的測量平均功率為瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值，即 （2. 4） 其中，um和im為在第m個采樣點的電壓和電流離散值，N為一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)。2.2.4 功率因數(shù)和頻率的測量正弦波電壓和電流供電時，交流電路的平均功率為: （2. 5）

30、其中U和I分別為電壓和電流的有效值，而為電壓和電流之間的相位移。在智能化電機測試系統(tǒng)中，功率因數(shù)的測量由功率計來完成。電網(wǎng)頻率的測量主要介紹測周法來測頻率的主要原理:將異步電機的端電壓接至電壓互感器，經(jīng)隔離衰減后送入差分放大器，差分放大器的輸出是一個不大于5V的正弦波，該正弦波由過零比較器變換后為一個TTL方波，由它所檢測到的兩次正弦跳變之間的間隔，即為電壓周期T，故電網(wǎng)頻率可求得: （2. 6）過零比較器電壓互感器差分放大器圖2.2 頻率測量的電路框圖在微機化電機測試系統(tǒng)中，頻率的的測量也是由功率計來完成的，按照圖2.2所示的原理圖，在功率計的接口程序中進(jìn)行頻率的求取，再把它引入計算程序中進(jìn)

31、行處理后直接在功率計中顯示頻率值。2.2.5 溫度的測量 電機各部分溫度如機殼溫度、鐵心溫度、軸承溫度和繞組溫度等，特別是繞組溫度不僅表示電機的發(fā)熱狀態(tài)，而且與電機的壽命有密切的關(guān)系。所以電機制造廠和用戶都很重視電機溫度的測量，電機試驗標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定要進(jìn)行溫升試驗，其目的就是在于熱穩(wěn)定狀態(tài)下測定電機各部分的溫度。為保證電機的正常運行，那么電機各部件的穩(wěn)定溫升不得超過國家標(biāo)準(zhǔn)的允許值。國家標(biāo)準(zhǔn)中對電機的鐵心，軸承，潤滑油，冷卻介質(zhì)等規(guī)定了溫度的極限值，對電機的繞組也規(guī)定了溫升的極限值。繞組的溫升除了與各種絕緣結(jié)構(gòu)的極限使用溫度有關(guān)以外，還與環(huán)境溫度，熱點溫度有關(guān)。電機溫升的測量方法根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定

32、有四種:溫度計法、電阻法、埋置檢溫計法和迭加法(雙橋?qū)﹄姕y溫法)，此外，目前國內(nèi)正在研制的有無線電測溫、紅外線測溫核溫度指示器等(4)。第3章 電機試驗3.1 絕緣電阻測量 試驗內(nèi)容：測量所有繞組對機殼的絕緣電阻3.1.1 試驗?zāi)康?絕緣電阻測定是一個頗為重要的非破壞性試驗。測定電機繞組的絕緣電阻可以反映電機電阻絕緣處理質(zhì)量，以及絕緣受潮和表面污染情況。絕緣電阻降低到一定值會影響電機的耐電壓試驗，也會影響電機起動和正常運行，甚至?xí)＜笆褂谜叩娜松戆踩p壞電機。因此，在各種電機的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)中，第一項試驗便是測定電機繞組各相之間及其對機殼的絕緣電阻。3.1.2 試驗過程本系統(tǒng)主要用電阻測試儀來

33、測量繞組電阻。在實際冷、熱兩狀態(tài)，試驗人員人工分別測量三個定子繞組引出端U、V、W對機殼以及轉(zhuǎn)子繞組對機殼的絕緣電阻，并將數(shù)據(jù)輸入計算機。3.2 空載試驗3.2.1 試驗?zāi)康娜喈惒诫姍C的空載試驗是給定子加額定頻率的額定電壓，空載運行的試驗?？蛰d試驗的目的是：（1）求額定頻率下的空載電流，空載損耗與外施電壓的關(guān)系，即求取電機的空載特性。（2）在檢查試驗中，求額定頻率和額定電壓下的空載電流和空載損耗。確定鐵耗和機械耗。（3）檢查氣隙，繞組參數(shù)和鐵心質(zhì)量是否正常，裝配是否正常。（4）檢查三相空載電流的平衡度。（5）驗證新產(chǎn)品磁路設(shè)計的合理性。3.2.2 試驗過程被測電機起動之后，均應(yīng)空轉(zhuǎn)一段時間，

34、使它的磨擦損耗達(dá)到穩(wěn)定。空載試驗的流程如下：（1）開始試驗，在額定頻率下試驗時，施于定子繞組上的電壓應(yīng)從110130定電壓開始，逐步降低到可能達(dá)到的最低電壓值，即電流開始回升為止。對于基本系列的電動機，建議在 1.2、1.1、1.0、0.95、0.85、0.7、0.5、0.4、0.3和0.2倍額定電壓下進(jìn)行試驗，在空載試驗的操作平臺上點擊采集第幾次試驗數(shù)據(jù)，就讀取系統(tǒng)中三相線電壓，三相線電流，輸入有功功率，無功功率和頻率。 （2）試驗結(jié)束時應(yīng)立即將電機停下，并測量定子繞組的電阻，并記錄測量電阻所用的時間。對空載電流大于70額定電流的電動機，應(yīng)分別在額定電壓點讀數(shù)后和試驗結(jié)束后測量定子繞組的電阻

35、。試驗完畢，計算機自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并存入數(shù)據(jù)庫。（3）輸出結(jié)果，可以打印單個的空載試驗報表。3.2.3 數(shù)據(jù)分析 空載試驗的原始數(shù)據(jù)在試驗完畢后會自動存入數(shù)據(jù)庫，并會提示你是否實時打印空載試驗的單個報表。報表中的數(shù)據(jù)，既有所測得的原始數(shù)據(jù)，也有分析計算所得到的各項數(shù)據(jù)，所有的計算都是通過編寫的計算軟件來實現(xiàn)(5)。 （1）求電壓平均值取三相線電壓測量值的算術(shù)平均值作為實際的空載線電壓。在此，我們用每一次所測得的三相電壓值的平均值。若讀數(shù)時的電源頻率與額定頻率有偏差，則額定頻率時的空載電壓為： （3.1） （2）求三相線電流平均值取三相線電流測量值的算術(shù)平均值作為實際的空載電流。（3）求空載輸

36、入功率輸入功率由三相功率計測得。（4）求空載功率因數(shù)CosCos0一般不要求計算，若有要求，可按下式計算： （3.2） （5）求定子繞組銅耗 （3.3）式中為空載相電流；為相電阻（6）求鐵耗和機械耗之 和空載時若忽略轉(zhuǎn)子繞組的銅耗，則； （3.4） 由測量和計算數(shù)據(jù)進(jìn)行分析曲線擬合最后得出空載特性曲線。3.3 堵轉(zhuǎn)試驗 堵轉(zhuǎn)試驗也是異步電動機最基本的試驗項目。試驗時轉(zhuǎn)子被堵住不動，通常在定子繞組上施加額定頻率的三相電壓。對于繞線轉(zhuǎn)子電動機，應(yīng)將轉(zhuǎn)子繞組在集電環(huán)上短路。3.3.1 試驗?zāi)康?（1）測定電動機的堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，測取堵轉(zhuǎn)特性曲線，即堵轉(zhuǎn)時的電流，轉(zhuǎn)矩與外施電壓的關(guān)系曲線。 （2）

37、求額定電壓時的堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，從而檢查電機的起動性能是否符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 （3）考慮籠型轉(zhuǎn)子的鑄鋁質(zhì)量及轉(zhuǎn)子槽形尺寸設(shè)計的合理性。對于繞線轉(zhuǎn)子電動機，堵轉(zhuǎn)試驗?zāi)艽_切反映定轉(zhuǎn)子電抗是否正常，并能考核定轉(zhuǎn)子繞線焊接質(zhì)量及繞組端部的機械強度。3.3.2 試驗過程(1)開始試驗，在額定頻率下將電動機調(diào)至1.2倍額定電壓下工作，并逐漸降低驅(qū)動電壓至0.5倍額定電壓。為了防止電機過熱，在我們所研制的測試系統(tǒng)中，設(shè)置了自動測試選項，每次電機起動，系統(tǒng)會自動采集完數(shù)據(jù)，并且顯示在操作平臺中，一般的電機，運行58秒便讓電機自動停轉(zhuǎn)。(2)試驗完畢，計算機自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理曲線擬合最后得出堵轉(zhuǎn)特性曲線。

38、3.4 溫升試驗3.4.1試驗?zāi)康?電機各部分溫度如機殼、鐵心、軸承和繞組溫度等，特別是繞組溫度不僅表示電機的發(fā)熱狀態(tài)，而且與電機的壽命有密切的關(guān)系。所以電機制造廠和用戶都很重視電機溫度的測量，電機試驗標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定要進(jìn)行溫升試驗，其目的就是在于熱穩(wěn)定狀態(tài)下測定電機各部分的溫度。為保證電機的正常運行，那么電機各部件的穩(wěn)定溫升不得超過國家標(biāo)準(zhǔn)的允許值。國家標(biāo)準(zhǔn)中對電機的鐵心，軸承，潤滑油，冷卻介質(zhì)等規(guī)定了溫度的極限值，對電機的繞組也規(guī)定了溫升的極限值。繞組的溫升除了與各種絕緣結(jié)構(gòu)的極限使用溫度有關(guān)以外，還與環(huán)境溫度，熱點溫度有關(guān)。在我們研制的電機測試控系統(tǒng)中，溫度的測量由Pt100測得溫度再傳給計算

39、機進(jìn)行相應(yīng)的處理。溫升試驗的目的是測定電機額定運行時各部件的實際穩(wěn)定溫升，以檢驗電機設(shè)計是否合格，制造工藝是否良好。本系統(tǒng)的溫升試驗主要用直接負(fù)載法，加負(fù)載的方法用電源回饋法：兩臺相同的異步電機用連軸器連接，負(fù)載電機的勵磁電路由另外的電源供電。當(dāng)負(fù)載電機的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的值時，加入勵磁電流使負(fù)載電機成為發(fā)電機，改變勵磁電流的大小便可調(diào)節(jié)負(fù)載。此方法讀數(shù)，比較穩(wěn)定，耗電少，但設(shè)備較復(fù)雜。采用直接負(fù)載法做溫升試驗時，被試電機應(yīng)保持額定負(fù)載，直到電機各部分溫升達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)為止。試驗過程中，每隔半小時記錄被試電機的電壓，電流和輸入功率，以及定子鐵心，軸承，風(fēng)道進(jìn)出口處的冷卻介質(zhì)和周圍環(huán)境冷卻介質(zhì)的溫度

40、。若采用帶電測溫法時，還應(yīng)每隔半小時以及試驗結(jié)束前測量繞組的電阻。3.4.2 試驗過程 （1）開始試驗，根據(jù)所需要的工作制進(jìn)行溫升試驗，在額定頻率下將電動機調(diào)至額定電壓和額定頻率下工作，并從l.2倍額定負(fù)載逐漸降低至0.3倍額定負(fù)載。計算機會自動讀取電壓、電流、總功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、鐵心溫度、軸承溫度以及介質(zhì)溫度等數(shù)據(jù)，試驗過程中，計算機會實時提示試驗的操作步驟。（2）試驗完畢，停止電機，計算機自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并存入數(shù)據(jù)庫。（3）輸出溫升試驗的結(jié)果，打印報表。3.5 負(fù)載試驗3.5.1 試驗?zāi)康募霸囼灧椒?負(fù)載試驗一般應(yīng)緊接著溫升試驗進(jìn)行，否則，在開始試驗前應(yīng)使被試電機帶額定負(fù)載運行，直至定轉(zhuǎn)

41、子繞組接近熱穩(wěn)定狀態(tài)。為了保持試驗過程中溫度基本不變，試驗應(yīng)從較高的負(fù)載開始，逐步降低負(fù)載，測取所需的數(shù)據(jù)，負(fù)載試驗的線路圖和加負(fù)載的方法和溫升試驗的完全相同。 測取工作特性曲線目的在于求得在額定電壓和額定頻率下，輸入功率P1，定子電流I1，效率、功率因數(shù)cos及轉(zhuǎn)差率Sref與輸出功率P2的關(guān)系曲線，并考核效率和功率因數(shù)是否合格，取得分析電機運行性能的必要的數(shù)據(jù)資料。 試驗時，在1.25 Pn0.25 Pn只范圍內(nèi)測取6-8點讀數(shù)，每點應(yīng)讀取下列參數(shù)：三相定子電壓U1；三相定子電流I1；三相轉(zhuǎn)子電壓U2；電源頻率f。3.5.2 試驗過程（1）開始試驗，在額定頻率下將電動機調(diào)至額定電壓工作，并

42、從1.2倍額定負(fù)載逐漸降低至0.3倍額定負(fù)載，計算機會自動讀取電壓、電流、總功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)等數(shù)據(jù)，試驗過程中，計算機會實時提示試驗的操作步驟。 （2）試驗結(jié)束，停止電機，開啟電阻測試儀測試電機的熱態(tài)電阻，計算機自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并提示試驗人員存入數(shù)據(jù)庫。（3）輸出負(fù)載試驗的結(jié)果，打印報表。3.5.3 數(shù)據(jù)計算分析試驗時，用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀測量電動機的轉(zhuǎn)速n1（r/min），并同時測量電源的頻率，轉(zhuǎn)差率按式（3.5）計算，輸入功率按式（3.6）計算，輸出功率按式（3.7）計算。 （3.5） （3.6） （3.7） 求出不同負(fù)載點的效率，作效率曲線，然后取負(fù)載上升和下降兩條曲線作為所求的

43、效率曲線。3.6 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速的測量3.6.1 試驗?zāi)康?為了求得被試電動機的最大轉(zhuǎn)矩，從而考核該電動機的帶負(fù)載性能及過載能力。3.6.2 試驗過程 1. 運用智能儀表（激光轉(zhuǎn)速計）測量轉(zhuǎn)速，讀入計算機2. 最大轉(zhuǎn)矩的測量：初始參數(shù)：（1）直流電阻測定已求得換算至基準(zhǔn)工作溫度時的電阻值（2）由空載試驗求得的參數(shù)，可得：空載電流的有功分量：空載電流的無功分量： （3）由堵轉(zhuǎn)試驗求得的參數(shù)，可得：堵轉(zhuǎn)電流：堵轉(zhuǎn)功率：堵轉(zhuǎn)電流的有功分量：堵轉(zhuǎn)電流的無功分量：計算最大轉(zhuǎn)矩 由求出、 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)： 式中：對10kW及以上的籠型電機，取c=0.9；對繞線式轉(zhuǎn)子電機和小于10kW的籠型電機，取c=1.0。 第

44、4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.1 高壓試驗電源系統(tǒng)的設(shè)計 試驗用電源對電機測試系統(tǒng)及電機性能的影響很大，為了保證測試的準(zhǔn)確性，對試驗電源要有一定的要求。試驗用交流電源設(shè)備包括電力變壓器、調(diào)壓器、交流發(fā)電機組等，它們又可分為單相和三相、電壓固定或可調(diào)、單頻率、多頻率和可調(diào)頻率、工頻、中頻等多種類型。 GB 755 指出試驗電源的電壓波形正弦性畸變率應(yīng)不超過5%，在進(jìn)行溫升試驗時應(yīng)不超過2.5%。電壓的負(fù)序分量和零序分量均不超過正序分量的1%；在進(jìn)行溫升試驗時，負(fù)序分量不超過正序分量的0.5%，零序分量的影響予以消除。試驗電源的頻率與額定頻率之差應(yīng)在額定頻率的±1%范圍內(nèi)。試驗電源的額定容量應(yīng)

45、為被試電機額定功率的2倍以上，電壓的調(diào)節(jié)范圍應(yīng)為電機額定電壓的5%130%。 國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：在電機進(jìn)行溫升試驗時，負(fù)序分量應(yīng)不超過正序分量的0.5%，零序分量的影響應(yīng)予排除（在三相三線制供電系統(tǒng)不出現(xiàn)零序分量）；其他試驗，負(fù)序分量和零序分量均不應(yīng)超過正序分量的1%。試驗電源組的選擇試驗電源一般采用直流電動機-同步發(fā)電機組。調(diào)節(jié)直流電動機的勵磁可以調(diào)節(jié)機組轉(zhuǎn)速，從而調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的頻率。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制，可以保證試驗電源頻率的穩(wěn)定性。調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的勵磁可以調(diào)節(jié)輸出電壓，采用電壓負(fù)反饋閉環(huán)控制，可以保證試驗電源電壓的穩(wěn)定性。 如果電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，二試驗電源的頻率又不需要調(diào)節(jié)，也可采用同步電動機作為電源機組的驅(qū)動電機。 1）直接負(fù)載法（50Hz回饋法） 380V可控整流 500V/2000A 電壓 17DP 反饋 LV 6000V K1 K4 K2 K3 N N 11TD 11TF 11ZF 12ZF 12TF MP 被試機 陪試機 圖4-1 50Hz回饋法試驗電源機