变频电机试验自动采集与控制系统的设计

目  录
摘要    I
Abstract    II
第1章  绪论    1
1.1 电机型式试验简介    1
1.2 电机试验标准    1
1.3 电机自动测试的特点    2
1.4 系统总体思路    2
第2章  变频电机及其测试技术    3
2.1 变频电机测试技术的现状    3
2.2 变频调速的基本控制方式    4
2.2.1 变频调速的基本原理    4
2.2.2 基频以下调速—恒转矩调速特性的控制    5
2.2.3 基频以上调速—恒功率调速特性的控制    5
2.2.4 通用电动机在使用交流变频器时存在的问题    6
2.3 交交变频器工作原理    7
2.3.1 交交变频器的结构    7
2.3.2 交交变频器的数学模型    8
2.3.3 波形采集结果    8
第3章  变频电机型式试验    10
3.1 空载试验    10
3.1.1 试验目的    10
3.1.2 试验方法    10
3.2 堵转试验    11
3.2.1 试验目的    11
3.2.2 试验设备    11
3.2.3 试验方法及有关注意事项    11
3.3 温升试验    12
3.3.1 试验目的    12
3.3.2 试验方法    12
3.4 负载试验    12
3.4.1 试验目的    12
3.4.2 试验方法    13
3.5 转矩的测定试验    13
3.5.1 试验目的    13
3.5.2 试验设备    14
3.5.3 试验方法    14
第4章  系统总体设计    15
4.1 系统总体结构    15
4.2 测试系统硬件部分    15
4.2.1 霍尔传感器    15
4.2.2 转矩转速传感器    18
4.2.3 信号调理电路    19
4.2.4 非正弦电信号的采集    19
4.2.5 交流参量的采样方式    20
4.2.6 数据采集卡（板）    23
4.2.7 控制电路介绍    27
4.3 测试系统的软件部分    28
4.3.1 软件设计思路    28
4.3.2 各项试验控制    28
第5章  数据处理技术    33
5.1 非正弦电信号采集数据的处理    33
5.1.1 谐波分析    33
5.1.2 同步采样算法    34
5.1.3 非整周期采样算法    34
5.2 电压电流测量    36
5.3 相位差测量    37
5.4 功率及功率因素的计算    39
5.5 曲线拟合    40
第6章  系统测试的误差干扰及其解决措施    42
6.1 测试的误差干扰    42
6.1.1 空间电磁场的干扰    42
6.1.2 测试系统的自身误差    42
6.2 解决措施    42
6.2.1 在变频器输入侧的对策    43
6.2.2 在变频器输出侧的对策    43
第7章  系统改进和展望    44
7.1 系统进一步完善的建议    44
7.1.1 硬件方面    44
7.1.2 软件方面    44
7.2 电机测试系统的发展方向    44
结束语    45
参考文献    46
致  谢    47
附  录    48
 
变频电机试验自动采集与控制系统的设计
摘要：随着各种电力电子装置及其它非线性设备的广泛使用，变频电机的使用范围变得越来越广，对它的研究就变得越来越重要。
    由于该系统频率范围宽，采用一般仪表测试已不能满足精度要求，全套测试系统采用计算机采集系统。电压、电流采用线性好，且频率范围宽的电压、电流传感器。采用高速采集板，对电压、电流波形进行采集和分析。采用转矩、转速传感器测量仪对电机转矩、转速进行测量，送计算机分析。试验软件按要求进行电压、电流、转矩、转速等的数据采集。
本文设计的内容主要是对变频电机的电流、电压进行采集和处理。由于变频电机的特殊性，采用交交变频器供电的电源系统，使得电流和电压波形发生了畸变，波形由原来的正弦波变成非正弦波。在数据采集部分，我们采用了国内较为先进的由北京莱姆电子有限公司提供的LEM电压、电流传感器，并采用了PCI2016高速数据采集卡。通过高性能的霍尔传感器把试验的各项参数自动进行现场数据采集并传输到计算机进行处理，最后作出试验报告，从而判定电机性能是否合格。
关键词：霍尔传感器；交交变频器；数据采集卡；数据处理
 
Designing On the Auto-collecting and the controlSystem forCycloconverter-fed Synchronous Motor
Abstract: Along with each kind of electric power electronic installation and other non-linear equipment widespread use, the frequency conversion electrical machinery use scope becomes more and more broad, becomes to its research more and more important.
Because this system frequency range is wide, uses the common measuring appliance test not to be able to satisfy the precision request, the complete set test system uses the computer gathering system. The voltage, the electric current use the linearity to be good, also frequency range width voltage, electric current sensor. Uses the high speed gathering board, to the voltage, the current waveform carries on gathering and the analysis. Uses the torque, the tachometer generator measuring instrument to the electrical machinery torque, the rotational speed carries on the survey, delivers the computer analysis. Experiments the software according to request to carry on the voltage, the electric current, the torque, the rotational speed and so on the data acquisition. 
This article designs the content mainly is to the frequency conversion electrical machinery electric current, the voltage carries on gathering and processing. As a result of the frequency conversion electrical machinery particularity, uses the junction to hand over the frequency changer power supply the electrical power system, caused the electric current and the voltage waveform has the distortion, the profile turned the nonsine wave by the original sine wave. In the data acquisition part, we have used the home advanced the LEM voltage, the electric current sensor which provides by Beijing Lai Mho Electron Limited company, and has used the PCI2016 high speed data gathering card. Carries on through the high performance Hall sensor experimental each parameter the field data to gather and transmits the computer to carry on automatically processing, finally makes the test report, thus determination electrical machinery performance is whether qualified.
Keywords：Hall sensor，Cycloconverter，Data acquisition card，Data processing

 
 
第1章  绪论
1.1 电机型式试验简介
    电机试验是利用仪器、仪表以及相关设备，按照相关标准的规定，对电机制造过程中的半成品和成品，或以电机为主体的配套产品的电气性能、力学性能、安全性能及可靠性能等技术指标进行的检验。通过这些检验，可以全部或部分的反映被试电机的相关性能数据，用这些数据，可以判断被试产品是否符合设计要求、品质的优劣以及改进的目标和方向。成品试验是针对组装成整机后电机进行部分或全部的性能试验，成品试验又分为型式试验和检查试验两大类[1]。
    所谓型式试验是一种全面的的性能试验，能够较确切地得到被试电机的有关性能参数的试验，其目的是为了确定电机的电气和机械性能是否全面达到技术要求，各种型式电机均需要通过本试验才能投产或继续生产。国际标准和英、苏、德等国家都把型式试验当作一种性能试验，用来检查电机的特性和参数。这种试验一般只对各种型式电机中的第一台或首批的几台样机进行，所以称为型式试验。根据需要，试验可包括标准中规定的所有项目，也可以是其中的一部分项目。
检查试验又称为常规试验、出厂试验。这种试验是为了确定电机是否处于电气和机械上的正常工作状态。检查试验的内容较型式试验大为简化，它是电机最基本和最常用的试验，每台新装配完成的电机都要进行检查试验。只有检查试验合格的电机才能认为达到安全和良好的状态的要求，并允许出厂。
1.2 电机试验标准
    国家有关部门根据各类电机或某一大类电机的共性、制定出一部分通用标准；根据某一系列或某一品种的特殊要求，又制定出了专用标准。各企业或地区也可根据自己的实际情况制定标准实施细则或用于本企业和本地区特有产品的专用标准。在各级标准，特别是国家级标准中，有强制执行性标准、推荐性标准和指导性标准三大类[1]。
    一般标准代号由三部分组成。第一部分由字母组成，它表示标准的级别（国家标准、部级标准、行业标准和企业标准等）、性质（强制型、推荐型和指导型）专业属性（电工类、机械类、冶金类等，本项代号只在1987到1990年间采用过）等。
    国家标准代号为GB；部级标准一般在B前面家上该部名称的汉语拼音字头，如机械工业不为J，即为JB；B后面的字（或B后的“/”线后）为标准性质代号，T为推荐型，Z为指导型，无字母则一般为强制型[1]。
    第二部分紧跟在第一部分之后，由数字组成，它是标准的序号。在“—”号后有两位数字，这是第三部分，它是本标准被批准年号的后两位。三相异步电动机试验项目在GB1032中做出了规定。GB1032《三相异步电动机试验方法》中规定了普通三相异步电动机的型式试验和检查试验项目[1]。
1.3 电机自动测试的特点
电机测试技术的发展与电机工业的发展是密切相关的。在电机的试验研究，工作情况的监视以及自动控制系统中都有大量的数据需要采集和处理[12]。近年来，微型计算机应用的大量推广为自动测试系统开拓了发展的新途径。微型计算机在自动测试系统中的功能为：（1）进行程序控制；（2）监视测试过程；（3）记录、整理并分析测试结果，即将测得的数据进行分析处理，最后以数字显示，打印或绘制图表，也可以信息方式存储。微型计算机在测试系统中作为测试系统的一部分，充当一部分电子测量仪器的作用。由于微型计算机使用中具有高度灵活性和通用性，可以方便地实现多种方式地控制及测试功能，因此，随着微型计算机价格的大幅度下降，它在电机测试中的应用具有广阔的前景，势必促进“机电一体化”技术的飞速发展，使机电一体化产品成为具有智能化特征的电子产品。
1.4 系统总体思路
变频电机试验自动采集与控制系统的设计定位在以先进的计算机为核心的试验数据采集与测试的基础上，完善了异步电动机型式试验的能力。该课题要求试验系统面向100kW以下的小型三相异步电动机的型式试验，能满足异步电动机型式试验的要求并能自动生成报告。电源系统采用交交变频电源，负载采用回馈法试验机组电源，达到节约能量的目的。本次设计的重点在于对测量数据的采集。采集系统由各种测量仪、传感器将试验数据测量后，采集并传送到计算机进行处理。