一種變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)，屬于電機(jī)測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)前的測(cè)試領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)由于本身所固有的諸多弊端變得越來(lái)越不 適應(yīng)現(xiàn)代測(cè)試的要求，需要從新的方向上尋找突破點(diǎn)，以解決當(dāng)前測(cè)試系統(tǒng)的問(wèn)題。
[0003] 交流電機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、電機(jī)維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，至今 為大部分傳動(dòng)裝置所采用。隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，新器件的不斷問(wèn)世，同時(shí)為了提高 產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，大幅度地節(jié)省能源，交流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)的比重正在迅速增加。隨著電力電 子技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)的變頻調(diào)速已逐步取代了傳統(tǒng)的變極調(diào)速、電磁調(diào)速和調(diào)壓調(diào)速 系統(tǒng)，被廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)、運(yùn)輸、紡織、風(fēng)機(jī)、及空調(diào)家電等領(lǐng)域，其控制性能及經(jīng)濟(jì)性能都 已接近甚至超過(guò)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。為了對(duì)交流電機(jī)在變頻調(diào)速系統(tǒng)中的工作狀況進(jìn)行更 好的研宄，改善功率因數(shù)，需要實(shí)時(shí)、較長(zhǎng)時(shí)間地采集電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)一一包括交流變 頻調(diào)速裝置輸出的三相電壓、電流等多路信號(hào)，并對(duì)采得的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析處理和動(dòng)態(tài) 回放。然而，交流變額器輸出的電壓和電流中既有按調(diào)速要求輸出的低頻率基波分量，又含 有開關(guān)引起的很多高次諧波，在對(duì)系統(tǒng)電參數(shù)如電機(jī)效率、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù) 等重要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行綜合測(cè)試、評(píng)價(jià)時(shí)，采用現(xiàn)有測(cè)試儀器和數(shù)字存貯示波器已經(jīng)不能滿 足這些要求，原因有以下兩個(gè)方面： (1) 變頻調(diào)速系統(tǒng)是非線性設(shè)備，其驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)是經(jīng)過(guò)調(diào)制的矩形波，電流呈現(xiàn)出 強(qiáng)烈的非正弦性，諧波分量極大；而現(xiàn)有測(cè)試儀器采樣速度較低，只能用于工頻穩(wěn)態(tài)參數(shù)測(cè) 量，無(wú)法完成非正弦信號(hào)的測(cè)量； (2) 在電機(jī)的啟動(dòng)、切除或負(fù)載發(fā)生變化等涉及電流大而且變化較快的場(chǎng)合，會(huì)出現(xiàn) 瞬變過(guò)程；對(duì)瞬變過(guò)程中電流的分析所需用的測(cè)試數(shù)據(jù)一般達(dá)上百萬(wàn)個(gè)，而普通數(shù)字存貯 式示波器響應(yīng)速度雖然快，但存儲(chǔ)容量不大，一般僅為l〇k級(jí)，由于受存儲(chǔ)容量和存儲(chǔ) 路數(shù)所限，滿足不了此要求。
[0004] 現(xiàn)階段測(cè)變頻調(diào)速輸出電壓、電流特別是功率的專用數(shù)字測(cè)量?jī)x器的價(jià)格十分昂 貴，非一般的工業(yè)應(yīng)用單位所能承受。有關(guān)變頻調(diào)速電機(jī)的試驗(yàn)方法與測(cè)量手段，研宄的 較少。變頻調(diào)速電機(jī)的主要電氣參數(shù)包括三相電流、三相電壓、有功功率、功率因數(shù)及頻率 等。變頻調(diào)速電機(jī)的工作頻率是變化的，大部分額定頻率在低頻或超低頻，如果用傳統(tǒng)的 模擬測(cè)量技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，會(huì)因低頻信號(hào)周期長(zhǎng)、幅值變化緩慢等原因，引起響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、測(cè) 量準(zhǔn)確度低等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)合理，使用方便可 靠，能滿足變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)參數(shù)測(cè)試要求的變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的，一種變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的參數(shù)測(cè)試系 統(tǒng)，它包括一帶有人機(jī)交互界面的、主要以微機(jī)構(gòu)成的測(cè)量平臺(tái)，所述的電動(dòng)機(jī)上設(shè)置有至 少包括電流、電壓、溫度以及振動(dòng)信號(hào)傳感器，分別通過(guò)接入信號(hào)調(diào)理電路，并通過(guò)數(shù)據(jù)采 集電路接入測(cè)量平臺(tái)，由所述測(cè)量平臺(tái)的微機(jī)完成對(duì)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、溫度以及定子繞組短路 故障的檢測(cè)。
[0007] 本發(fā)明所述的信號(hào)調(diào)理電路包括信號(hào)放大、隔離以及濾波電路，所述的電流和電 壓信號(hào)傳感器分別連接信號(hào)調(diào)理電路，經(jīng)過(guò)所述信號(hào)放大、隔離以及整形濾波電路后，轉(zhuǎn)換 成數(shù)據(jù)采集電路可以采集的交直流電壓輸出信號(hào)；所述的溫度和振動(dòng)信號(hào)傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào) 的簡(jiǎn)單處理后以同樣的方式分別連接信號(hào)調(diào)理電路，并由信號(hào)調(diào)理電路將其信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù) 據(jù)采集電路可以采集的交直流電壓輸出信號(hào)。
[0008] 本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)采集電路包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳送兩部分，其中所述的數(shù)據(jù)采 集采用內(nèi)部嵌入采樣保持電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；所述的數(shù)據(jù)傳送包括基于PCI總線的傳輸電 路、基于USB總線的傳輸電路以及基于ISA總線的傳輸電路三種； 數(shù)據(jù)采集電路將通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路調(diào)理后的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)以一定的頻率進(jìn)行采集并存儲(chǔ) 在片內(nèi)或片外的緩存器后，由測(cè)試平臺(tái)的微機(jī)通過(guò)基于PC中斷方式讀取數(shù)據(jù)。
[0009] 本發(fā)明所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括TI公司的THS1206、Maxim公司的MAX125以及 AD公司的AD7874，其中AD公司的AD7874具有四通道同步采樣保持電路，在外部采樣 時(shí)鐘的低電平有效時(shí)采樣保持電路對(duì)4通道的輸入信號(hào)完成同步采樣并存入保持電路， 然后轉(zhuǎn)換電路通過(guò)多路開關(guān)電路依次完成對(duì)4個(gè)保持信號(hào)的轉(zhuǎn)換； 所述測(cè)試平臺(tái)的微機(jī)通過(guò)基于PC中斷方式讀取由數(shù)據(jù)采集電路發(fā)送的數(shù)據(jù)主要包 括如下三種： 一是程序查詢方式：微機(jī)CPU通過(guò)程序依次查詢某地址單元，然后讀取數(shù)據(jù)； 二是直接存儲(chǔ)器存?。―MA)方式：將外部存儲(chǔ)器地址與PC機(jī)內(nèi)存統(tǒng)一編址，易實(shí)現(xiàn) 高速數(shù)據(jù)傳輸，可以大大提高數(shù)據(jù)的采集速度； 三是中斷控制方式：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后，以硬中斷信號(hào)的方式，通知PC機(jī)讀取。
[0010] 本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)采集電路主要由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和控制電路構(gòu)成，一路模擬輸入 信號(hào)經(jīng)過(guò)零比較后，連接控制電路的鎖相環(huán)電路，經(jīng)N倍頻后的輸出頻率經(jīng)整形后作為模 擬數(shù)據(jù)采集器AD7874芯片的啟動(dòng)信號(hào)，與所述模擬數(shù)據(jù)采集器AD7874芯片相連有ISA總 線傳輸電路，將數(shù)據(jù)傳送至測(cè)試平臺(tái)。
[0011] 本發(fā)明所述的測(cè)試平臺(tái)是通過(guò)微機(jī)以及附帶的人機(jī)交互界面完成對(duì)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、 溫度和定子繞組斷路故障的監(jiān)測(cè)，所述的人機(jī)交互界面包括了 LabVIEW前面板的設(shè)置，其 中 振動(dòng)溫度監(jiān)測(cè)部分的前面板設(shè)置，它由一個(gè)數(shù)值型曲線圖表Waveform char來(lái)分別顯 示溫度、振動(dòng)的采樣點(diǎn)信息；采樣循環(huán)時(shí)間控制旋鈕選擇控制采樣循環(huán)時(shí)間，循環(huán)時(shí)間的大 小通過(guò)數(shù)據(jù)顯示窗口顯示。"溫度模擬控制端"和"振動(dòng)幅度控制值"分別用來(lái)仿真數(shù)據(jù)采 集卡采樣到的溫度和振動(dòng)信號(hào)。切換按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)和溫度測(cè)量的切換，溫度計(jì)可以實(shí)時(shí) 顯示測(cè)量溫度的大小。
[0012] 定子電流監(jiān)測(cè)部分的前面板設(shè)置，它包括電壓參數(shù)設(shè)置部分、三相電壓示波窗口， 每相電流示波窗口和每相的有功功率、功率因數(shù)、電流等的測(cè)量結(jié)果；其中，正弦電壓參數(shù) 設(shè)置部分用來(lái)設(shè)置正弦電壓的各個(gè)參數(shù)，如頻率、幅值、Ua初相位、偏壓、采樣信息、a相阻 抗值等。"運(yùn)行切換控制"按鈕用來(lái)進(jìn)行電壓電流和振動(dòng)溫度測(cè)量的切換，開關(guān)"0N、0FF"控 制波形的輸出，報(bào)警燈給出報(bào)警信號(hào)。
[0013] 程序框圖設(shè)置，在完成前面板的器件擺放后，開始進(jìn)行程序框圖設(shè)置，將采集到的 電流、溫度、振動(dòng)信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡采集后都轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)與所給定的值比較，對(duì)電機(jī)運(yùn)行 情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，顯示波形，并配有報(bào)警信號(hào)。
[0014] 本發(fā)明所述的程序框圖由兩部分組成，一部分是對(duì)溫度和振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一部分 是對(duì)定子繞組斷路故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)： 其中振動(dòng)和溫度部分框圖設(shè)置是：前面板上報(bào)警燈用做顯示溫度或振動(dòng)超過(guò)允許值時(shí) 的報(bào)警信號(hào)，采樣循環(huán)時(shí)間控制旋鈕用來(lái)設(shè)定采樣的時(shí)間間隔，設(shè)置采樣周期可選擇為0- 1秒，循環(huán)時(shí)間的大小在左下角的數(shù)據(jù)顯示窗口顯示；溫度計(jì)用來(lái)實(shí)時(shí)顯示溫度的大??；兩 個(gè)控制端用來(lái)進(jìn)行對(duì)溫度和振動(dòng)的采樣值的模擬；當(dāng)輸入的溫度數(shù)值超過(guò)程序設(shè)定的允許 值時(shí)，報(bào)警燈會(huì)變亮；循環(huán)時(shí)間的控制通過(guò)Wait Until Next ms Multiple函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，設(shè) 計(jì)中設(shè)定與定時(shí)函數(shù)連接的常數(shù)值是1〇〇〇,通過(guò)它與循環(huán)時(shí)間控制端輸入的值相乘，來(lái)設(shè) 定程序的循環(huán)時(shí)間；當(dāng)溫度大于等于50度時(shí)報(bào)警燈會(huì)變亮； 切換按鈕用來(lái)切換對(duì)振動(dòng)和溫度的測(cè)量，開關(guān)控制波形的輸出；用一個(gè)噪聲信號(hào)源模 擬數(shù)據(jù)采集電路采樣到的振動(dòng)信號(hào)，其振幅大小可由振動(dòng)幅度設(shè)定端給定，表示電動(dòng)機(jī)振 動(dòng)幅度的變化；當(dāng)振動(dòng)幅值超過(guò)程序中給定值時(shí)，報(bào)警燈會(huì)變亮； 所述定子故障監(jiān)測(cè)部分的框圖設(shè)置是：參數(shù)設(shè)置前面板用來(lái)設(shè)置正弦電壓量的各個(gè)參 數(shù)，電壓電流波形用兩個(gè)示波控件Waveform Graph顯示；運(yùn)行控制端用來(lái)進(jìn)行對(duì)電壓電流 和振動(dòng)溫度檢測(cè)的轉(zhuǎn)換，開關(guān)控制波形的輸出；測(cè)量結(jié)果由六個(gè)數(shù)值指示窗口和五個(gè)表計(jì) 指示儀顯示；a相電壓用一個(gè)正弦函數(shù)產(chǎn)生器產(chǎn)生，用來(lái)模擬電動(dòng)機(jī)定子的電壓，可以設(shè)定 它的各個(gè)參數(shù)，如頻率、幅值、相位、偏壓等；其余各相電壓和a相大小