一种变频调速电动机的参数测试系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种变频调速电动机的参数测试系统，属于电机测试技术领域。
【背景技术】
[0002] 在当前的测试领域中，传统的测试系统由于本身所固有的诸多弊端变得越来越不 适应现代测试的要求，需要从新的方向上寻找突破点，以解决当前测试系统的问题。
[0003] 交流电机以其结构简单、坚固耐用、环境适应能力强、电机维护简单等优点，至今 为大部分传动装置所采用。随着自动化水平的不断提高，新器件的不断问世，同时为了提高 产品产量和质量，大幅度地节省能源，交流电机调速传动的比重正在迅速增加。随着电力电 子技术的发展，交流电机的变频调速已逐步取代了传统的变极调速、电磁调速和调压调速 系统，被广泛应用于矿产、运输、纺织、风机、及空调家电等领域，其控制性能及经济性能都 已接近甚至超过直流电机调速系统。为了对交流电机在变频调速系统中的工作状况进行更 好的研宄，改善功率因数，需要实时、较长时间地采集电机的运行状态参数一一包括交流变 频调速装置输出的三相电压、电流等多路信号，并对采得的信号进行存储、分析处理和动态 回放。然而，交流变额器输出的电压和电流中既有按调速要求输出的低频率基波分量，又含 有开关引起的很多高次谐波，在对系统电参数如电机效率、有功功率、无功功率、功率因数 等重要技术指标进行综合测试、评价时，采用现有测试仪器和数字存贮示波器已经不能满 足这些要求，原因有以下两个方面： (1) 变频调速系统是非线性设备，其驱动电压信号是经过调制的矩形波，电流呈现出 强烈的非正弦性，谐波分量极大；而现有测试仪器采样速度较低，只能用于工频稳态参数测 量，无法完成非正弦信号的测量； (2) 在电机的启动、切除或负载发生变化等涉及电流大而且变化较快的场合，会出现 瞬变过程；对瞬变过程中电流的分析所需用的测试数据一般达上百万个，而普通数字存贮 式示波器响应速度虽然快，但存储容量不大，一般仅为l〇k级，由于受存储容量和存储 路数所限，满足不了此要求。
[0004] 现阶段测变频调速输出电压、电流特别是功率的专用数字测量仪器的价格十分昂 贵，非一般的工业应用单位所能承受。有关变频调速电机的试验方法与测量手段，研宄的 较少。变频调速电机的主要电气参数包括三相电流、三相电压、有功功率、功率因数及频率 等。变频调速电机的工作频率是变化的，大部分额定频率在低频或超低频，如果用传统的 模拟测量技术进行测试，会因低频信号周期长、幅值变化缓慢等原因，引起响应时间长、测 量准确度低等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构合理，使用方便可 靠，能满足变频调速电动机参数测试要求的变频调速电动机的参数测试系统。
[0006] 本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种变频调速电动机的参数测试系 统，它包括一带有人机交互界面的、主要以微机构成的测量平台，所述的电动机上设置有至 少包括电流、电压、温度以及振动信号传感器，分别通过接入信号调理电路，并通过数据采 集电路接入测量平台，由所述测量平台的微机完成对电动机振动、温度以及定子绕组短路 故障的检测。
[0007] 本发明所述的信号调理电路包括信号放大、隔离以及滤波电路，所述的电流和电 压信号传感器分别连接信号调理电路，经过所述信号放大、隔离以及整形滤波电路后，转换 成数据采集电路可以采集的交直流电压输出信号；所述的温度和振动信号传感器经过信号 的简单处理后以同样的方式分别连接信号调理电路，并由信号调理电路将其信号转换成数 据采集电路可以采集的交直流电压输出信号。
[0008] 本发明所述的数据采集电路包括数据采集和数据传送两部分，其中所述的数据采 集采用内部嵌入采样保持电路的模数转换器；所述的数据传送包括基于PCI总线的传输电 路、基于USB总线的传输电路以及基于ISA总线的传输电路三种； 数据采集电路将通过信号调理电路调理后的现场信号以一定的频率进行采集并存储 在片内或片外的缓存器后，由测试平台的微机通过基于PC中断方式读取数据。
[0009] 本发明所述的模数转换器包括TI公司的THS1206、Maxim公司的MAX125以及 AD公司的AD7874，其中AD公司的AD7874具有四通道同步采样保持电路，在外部采样 时钟的低电平有效时采样保持电路对4通道的输入信号完成同步采样并存入保持电路， 然后转换电路通过多路开关电路依次完成对4个保持信号的转换； 所述测试平台的微机通过基于PC中断方式读取由数据采集电路发送的数据主要包 括如下三种： 一是程序查询方式：微机CPU通过程序依次查询某地址单元，然后读取数据； 二是直接存储器存取（DMA)方式：将外部存储器地址与PC机内存统一编址，易实现 高速数据传输，可以大大提高数据的采集速度； 三是中断控制方式：数据转换完成后，以硬中断信号的方式，通知PC机读取。
[0010] 本发明所述的数据采集电路主要由模数转换电路和控制电路构成，一路模拟输入 信号经过零比较后，连接控制电路的锁相环电路，经N倍频后的输出频率经整形后作为模 拟数据采集器AD7874芯片的启动信号，与所述模拟数据采集器AD7874芯片相连有ISA总 线传输电路，将数据传送至测试平台。
[0011] 本发明所述的测试平台是通过微机以及附带的人机交互界面完成对电动机振动、 温度和定子绕组断路故障的监测，所述的人机交互界面包括了 LabVIEW前面板的设置，其 中 振动温度监测部分的前面板设置，它由一个数值型曲线图表Waveform char来分别显 示温度、振动的采样点信息；采样循环时间控制旋钮选择控制采样循环时间，循环时间的大 小通过数据显示窗口显示。"温度模拟控制端"和"振动幅度控制值"分别用来仿真数据采 集卡采样到的温度和振动信号。切换按钮实现对振动和温度测量的切换，温度计可以实时 显示测量温度的大小。
[0012] 定子电流监测部分的前面板设置，它包括电压参数设置部分、三相电压示波窗口， 每相电流示波窗口和每相的有功功率、功率因数、电流等的测量结果；其中，正弦电压参数 设置部分用来设置正弦电压的各个参数，如频率、幅值、Ua初相位、偏压、采样信息、a相阻 抗值等。"运行切换控制"按钮用来进行电压电流和振动温度测量的切换，开关"0N、0FF"控 制波形的输出，报警灯给出报警信号。
[0013] 程序框图设置，在完成前面板的器件摆放后，开始进行程序框图设置，将采集到的 电流、温度、振动信号由数据采集卡采集后都转变为电信号与所给定的值比较，对电机运行 情况进行实时监测，显示波形，并配有报警信号。
[0014] 本发明所述的程序框图由两部分组成，一部分是对温度和振动进行监测，一部分 是对定子绕组断路故障进行监测： 其中振动和温度部分框图设置是：前面板上报警灯用做显示温度或振动超过允许值时 的报警信号，采样循环时间控制旋钮用来设定采样的时间间隔，设置采样周期可选择为0- 1秒，循环时间的大小在左下角的数据显示窗口显示；温度计用来实时显示温度的大小；两 个控制端用来进行对温度和振动的采样值的模拟；当输入的温度数值超过程序设定的允许 值时，报警灯会变亮；循环时间的控制通过Wait Until Next ms Multiple函数来实现，设 计中设定与定时函数连接的常数值是1〇〇〇,通过它与循环时间控制端输入的值相乘，来设 定程序的循环时间；当温度大于等于50度时报警灯会变亮； 切换按钮用来切换对振动和温度的测量，开关控制波形的输出；用一个噪声信号源模 拟数据采集电路采样到的振动信号，其振幅大小可由振动幅度设定端给定，表示电动机振 动幅度的变化；当振动幅值超过程序中给定值时，报警灯会变亮； 所述定子故障监测部分的框图设置是：参数设置前面板用来设置正弦电压量的各个参 数，电压电流波形用两个示波控件Waveform Graph显示；运行控制端用来进行对电压电流 和振动温度检测的转换，开关控制波形的输出；测量结果由六个数值指示窗口和五个表计 指示仪显示；a相电压用一个正弦函数产生器产生，用来模拟电动机定子的电压，可以设定 它的各个参数，如频率、幅值、相位、偏压等；其余各相电压和a相大小