基于LabVIEW的电机测试系统的设计与研究

蒋知英，陈意军，刘万太，梁 州

(1.湖南工程学院 电气信息学院,湘潭 411101 ；2.湖南电气职业技术学院,湘潭 411101)



基于LabVIEW的电机测试系统的设计与研究

蒋知英1，陈意军1，刘万太2，梁 州1

(1.湖南工程学院 电气信息学院,湘潭 411101 ；2.湖南电气职业技术学院,湘潭 411101)

基于LabVIEW的电机测试平台是针对于传统方法已无法满足电机生产测试量的需求而提出来的，通过对方案和功能的设计能够完成电机出厂检测的基本测量任务，可以满足电机的动态性能测试，它具有便于操作、直观显示、工作简单等优点.探讨了测试系统的总体设计方案、技术原理以及对某型号异步交流电机的实际测试.实际测量数据表明本系统运行稳定,测量准确.

LabVIEW；空载实验；负载实验；测试技术

0 引 言

电能是现代社会主要的能源之一，而电动机是电能消耗的一个主要部分，随着科技的发展，目前国内外工业都趋于自动化、机械化，对电机的需求量逐渐增大，对电机的性能要求也日益提高，因此急需开发出一套测试量大、测量精度高、稳定性好的测试平台，利用LabVIEW软件开发的电机试验系统,它以少量的硬件设备结合软件的计算功能实现了整个电机参数的测量,具有效率高、精度准,可扩展性强以及操作简单等特点，能够满足现在电机测试的所有需求.

LabVIEW是NI仪器公司推出的一种基于图形开发、调试和运行的集成化环境,其结合了简单易用的图形开发环境及强大的硬件驱动、图形显示能力和高级数学分析库,因其具有开发周期短,灵活性高等优点,越来越被从事电机控制领域的工程师所青睐[1-3].在LabVIEW强大功能的支持下,只需一个操作界面就实现了数据实时采集、处理、显示和存储[4-6].

1 系统总体方案设计

本文电机测试系统主界面程序设计图如图1所示，首先进行系统初始化，进入主程序进行所需试验项目的选择，选择所需测试项目后，程序将自动弹出所选项目测试界面，根据测试要求对电机进行测试.

图1 主界面程序设计图

测试系统流程图如图2所示，从被试电机开始，将所需测量信号(如电压、电流信号)经传感器变送至信号调理电路进行信号初步处理(如滤波、放大等)后，再被采集卡采集，并进行A/D转换送入计算机中，在计算机中利用软件并依据电机测试国标进行数据的处理和分析，并显示和保存所测数据，以供查阅.

图2 测试系统流程图

2 测试系统技术原理

交流电机按结构可分为同步电机和异步电机，针对于异步电机出厂批量检测而设计的基于虚拟仪器的电机测试系统，主要通过数据采集卡对多台电机的多路信号进行同步采样，并将数据集中在计算机中的软件进行处理和分析，本文是根据电机测试国标的要求来进行设计.

2.1 数据测量方法与算法

2.1.1 电压、电流有效值的测量算法

电机试验中的电压和电流是非标准正弦波，利用小波变换来测量其有效值[7].小波变换法的优点在于它不因波形的畸变而影响有效值的结果，并且能够在短时间信号情况下，同样取得较好的测量精度，对于平方可积函数i(t) 、v(t)，它们的小波分解公式如下：

(1)

(2)

根据上面(1)、(2)两个计算公式，利用小波函数与尺度函数的正交性质，得到电压、电流有效值的计算公式为：

其中u(t)、i(t)分别为电压、电流的瞬时值，T为周期.再对整个周期T进行N次采样，则有：

电压有效值：

(3)

电流有效值：

(4)

2.1.2 输入、输出功率测量算法

在功率测量中,实时电流(电压)采样点序列进行正交小波变换,由于每个电流(电压)子带都定义在时频域中，因此通过电流(电压)各子带分量小波变换的系数计算各分量功率.由于各子带成分是正交的，各子带的功率之和就是电流(电压)的总平均功率[8-9].

2.1.3 效率测量算法

(5)

修正后的转矩：T′=T+Tfw.

(6)

修正后的转速：n′=ns(1-s′).

(7)

2.2 测试系统程序设计

交流电机测试实验程序框图如图3所示，在进行程序编写时为简化总程序图可将某些测量数据算法进行模块划分，形成模块化子VI，并对模块化子VI进行调用，可将采集过来的数据统一进行保存.在虚拟仪器中采用至上而下的设计方法，进行模块化设计，根据电机测试的要求，可将系统划分为五个功能模块，即空载测试模块、负载测试模块、温升测试模块及损耗分析模块.利用主界面对各个功能模块进行调用，此调用由软件中的事件结构来实现.

图3 电机测试实验程序框图

3 试验论证与分析

被测三相异步电动机型号Y132M-4，其额定电压380 V，额定电流15.4 A，额定功率7.5 kW.对该型号的一台电机进行测试可以得出本测试系统稳定可靠，满足电机测试技术的发展需求.

试验结果分析：(1)空载试验，空载实验中测量空载电压、电流，通过计算机依据记录数据计算出输入功率，并拟合出电压-电流曲线；(2)负载实验，测量电机效率、功率因素、损耗、输入-输出功率等性能参数，并可拟合出各特性曲线.其本测试系统测量结果如图4、图5所示.

图4 空载试验结果

图5 负载试验结果

测量数据结果对比分析：表1为本设计空载试验测量数据，表2为传统测量台测量结果，由表1、表2的数据可以看出本设计测量出来的数据与传统方法测量出来的数据基本一样，这说明本设计的测量方法正确无误，而且误差也比较小，符合电机测量要求.

表1 测试系统空载电压、电流测量结果

表2 传统方法电机空载测量结果

4 结 论

通过实验证明本测试系统可以满足国标对交流异步电机的测试要求，从试验结果可以看出数据测量准确，整个系统运行稳定.利用本测试系统要比传统测量仪器方便可靠，随着人类对电机测量速度及精度的要求越高，电机测试将向着虚拟仪器测量的方向发展.

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The Design and Research of Motor Test System Based on LabVIEW

JIANG Zhi-ying1,CHEN Yi-jun1,LIU Wan-tai2,LIANG Zhou1

(1.College of Elect.of Information Engineering,Hunan Institute of Engineering,Xiangtan 411101,China; 2.Hunan Electrical Vocational and Technical College,Xiangtan 411101,China)

Motor test platform based on LabVIEW is against traditional methods which are unable to meet the demand for motor production test quantity.Through the design of scheme and function, it can perform multiple motor basic measurement tasks and satisfy the dynamic performance test of the motor. It has easy operation, visual display and simple work etc. This article discusses the overall design of the testing system, technology principle and the actual test of motor. Actual measurement data show that this system runs stably and measures accurately.

LabVIEW; no-load test; load test; testing technology

2014-12-08

蒋知英(1987-)，男，硕士研究生,研究方向：电气测试技术.

TP206+.1

A

1671-119X(2015)02-0006-03