基于虛擬儀器的感應(yīng)電機(jī)測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：以非接觸式的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法為核心，基于虛擬儀器和LabVIEW設(shè)計(jì)了一種感應(yīng)電機(jī)測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了同步、實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)的轉(zhuǎn)速、三相電壓和三相電流等多路信號(hào)，并對(duì)采得的信號(hào)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)回放和分析處理以及圖形打印等功能。通過部分試驗(yàn)測試表明了系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；非接觸式；轉(zhuǎn)速測試；電機(jī)測試

0 引言
電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，因此電機(jī)的測試亦尤為重要。中小型電機(jī)的測試項(xiàng)目分為兩大類：檢查試驗(yàn)和形式試驗(yàn)。傳統(tǒng)的人工測試法就是通過電壓表、電流表、功率表等各種測試儀表對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，實(shí)驗(yàn)人員對(duì)各測試儀表人工讀取測試數(shù)據(jù)，進(jìn)行記錄后人工憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析比較，看是否滿足各項(xiàng)指標(biāo)的要求，以便確定其外特性和使用的最佳運(yùn)行條件。這種方法測試點(diǎn)多，采集數(shù)據(jù)量大，后期處理和分析靠人工進(jìn)行很復(fù)雜且費(fèi)工費(fèi)時(shí)，其檢測的結(jié)果準(zhǔn)確性也較差。本文以非接觸式的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量方法為核心，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)相結(jié)合的虛擬儀器技術(shù)開發(fā)了一套電機(jī)測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)完成了同步、實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)的轉(zhuǎn)速、三相電壓和三相電流等多路信號(hào)，并對(duì)采得的信號(hào)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、動(dòng)態(tài)回放和分析處理以及圖形打印等功能。

1 信號(hào)的測試方案
1．1 基于虛擬儀器的非接觸式電機(jī)轉(zhuǎn)速測量
由異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系可知，只要其定子電流頻率、轉(zhuǎn)子電流頻率和極對(duì)數(shù)確定，便可由式(1)算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(單位：r／min)。

非接觸式電機(jī)轉(zhuǎn)速測量采用霍爾傳感器。其感應(yīng)到的電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的漏磁通變化轉(zhuǎn)化為霍爾元件的輸出電壓變化，再利用虛擬儀器強(qiáng)大的軟件功能對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。
轉(zhuǎn)子在額定轉(zhuǎn)速下的電流頻率在0．75～3 Hz左右，屬于超低頻范圍，霍爾元件的感應(yīng)十分微弱，往往感應(yīng)定子產(chǎn)生的電動(dòng)勢是感應(yīng)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢的100倍以上，因此，硬件電路必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行有效的放大和濾波，提高信噪比。硬件調(diào)理電路如圖1所示，其中經(jīng)調(diào)試確定各元件的取值分別為：R1=20 kΩ，R2=200 kΩ，R3=473 kΩ，C1=C2=1 μF，運(yùn)算放大器為OP07。

虛擬儀器的軟件數(shù)據(jù)處理方案為：首先對(duì)數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行低通濾波和高通濾波，將分別得到轉(zhuǎn)子和定子的交變磁場頻率范圍。此時(shí)再分別對(duì)得到轉(zhuǎn)子和定子的交變磁場頻率范圍進(jìn)行加窗處理，然后對(duì)高通和低通數(shù)據(jù)分別利用頻率的估值節(jié)點(diǎn)得到各自頻率值，按式(1)計(jì)算得到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。