電動(dòng)機(jī)性能虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　2.硬件結(jié)構(gòu)

　　2.1.主控機(jī)

　　主控機(jī)選用一臺(tái)DELL工作站，內(nèi)嵌了一塊Intel Pentium 4 2.6G CPU，一塊NI PCI-6052多功能數(shù)據(jù)采集卡和一塊NI PCI-4070高精度柔性數(shù)字萬(wàn)用表卡。PCI-6052多功能數(shù)據(jù)采集卡前置了兩塊NI SCXI-1120 信號(hào)調(diào)理卡和配套的NI SCXI-1327衰減終端，用于采集多路待測(cè)電機(jī)工作電壓和工作電流的輸入信號(hào)；NI PCI-4070高精度柔性數(shù)字萬(wàn)用表卡前置了一塊NI SCXI-1127 多路開(kāi)關(guān)卡和配套的NI SCXI-1331多路接線(xiàn)終端，用于掃描多路待測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞阻，再根據(jù)相應(yīng)算法測(cè)得電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子溫度。

　　2.2.實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊

　　實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊選用NI cFP分布式I/O實(shí)時(shí)系統(tǒng)。作為工業(yè)級(jí)控制系統(tǒng)，cFP具備FIFO數(shù)據(jù)隊(duì)列、斷電數(shù)據(jù)緩存、看門(mén)狗狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及高抗沖擊性和抗擾性，用于完成系統(tǒng)最核心的實(shí)時(shí)采集與控制的部分[3]。選用cFP-2020模塊作為實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制器，該控制器內(nèi)嵌微處理器、32M DRAM以及256M Flash 閃存芯片，支持LabVIEW Real-Time實(shí)時(shí)模塊，該模塊可脫離LabVIEW編程環(huán)境，而獨(dú)立實(shí)時(shí)地運(yùn)行下載到控制器存儲(chǔ)器中的應(yīng)用程序，并通過(guò)控制器內(nèi)嵌的10/100Base TX 以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享。一塊cFP DI-330用于響應(yīng)緊急停車(chē)開(kāi)關(guān)，緊急關(guān)閉系統(tǒng)，防止意外事故發(fā)生；一塊cFP DO-403用于控制與各待測(cè)電機(jī)相連的固態(tài)繼電器SSR，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)工作電路的閉合或斷開(kāi)；一塊cFP AO-210用于為測(cè)功機(jī)提供加載信號(hào)，來(lái)增大或減小待測(cè)電機(jī)所承受的負(fù)載，從而在一定的負(fù)載下對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制；一塊cFP AI-210用于采集測(cè)功機(jī)傳感設(shè)備輸出的與待測(cè)電機(jī)扭矩對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，并測(cè)量出待測(cè)電機(jī)實(shí)際的扭矩；一塊cFP-CTR-502用于采集測(cè)功機(jī)傳感設(shè)備輸出的與待測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的TTL電平信號(hào)，并測(cè)量出待測(cè)電機(jī)實(shí)際的轉(zhuǎn)速。

　　2.3.實(shí)時(shí)測(cè)溫模塊

　　實(shí)時(shí)測(cè)溫模塊同樣選用NI cFP分布式I/O實(shí)時(shí)系統(tǒng)。采用了cFP-2020控制器，配以4塊cFP TC-120 8通道熱電偶模塊，可直接用于測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)J、K、T、N、R、S、E和B型熱點(diǎn)偶，并提供相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理、雙絕緣隔離、輸入噪聲過(guò)濾、冷端補(bǔ)償以及各種熱點(diǎn)偶的溫度算法，用于在電動(dòng)機(jī)工作端實(shí)施前端數(shù)據(jù)采樣，并利用分布式I/O的基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)共享功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程共享，有利于對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　2.4.測(cè)功機(jī)

　　測(cè)功機(jī)是根據(jù)作用力與反作用力平衡原理設(shè)計(jì)的[4]。當(dāng)電機(jī)測(cè)功機(jī)的定子受到的轉(zhuǎn)矩與被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，由單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接精準(zhǔn)地讀出被測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩值。當(dāng)被測(cè)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶著測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，若給測(cè)功機(jī)加入直流勵(lì)磁電壓，測(cè)功機(jī)中有磁場(chǎng)存在，此時(shí)測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生電樞電流，電樞電流和磁通相互作用產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)測(cè)功機(jī)定子受到一個(gè)相反方向的轉(zhuǎn)矩作用，便在測(cè)功機(jī)傳感器軸上產(chǎn)生壓應(yīng)力，在正常工作范圍內(nèi)，壓應(yīng)力與傳感器軸所承受的轉(zhuǎn)矩成正比。如果在傳感器軸產(chǎn)生最大壓應(yīng)力方向上粘貼電阻應(yīng)變片，則應(yīng)變處的電阻值就隨著壓應(yīng)力的大小而變化,再將應(yīng)變片接入一定的橋式電路就能將壓應(yīng)力的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，從而即能測(cè)量出轉(zhuǎn)矩的大小。電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量使用光電式轉(zhuǎn)速傳感器，測(cè)速分辨力高、慣性小、應(yīng)用廣泛，利用單片機(jī)和光電式傳感器相配合，使得測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)。光電式傳感器在電機(jī)軸上裝一個(gè)邊緣有N個(gè)均勻分布鋸齒的圓盤(pán)，通過(guò)光線(xiàn)投射到光敏管上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，就得到N個(gè)脈沖信號(hào)，測(cè)量脈沖信號(hào)的頻率或周期，就可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這里使用了兩種類(lèi)型的測(cè)功機(jī)：磁滯測(cè)功機(jī)和磁粉測(cè)功機(jī)。磁滯測(cè)功機(jī)扭矩測(cè)量范圍相對(duì)較小，最大扭矩為10N.m，但轉(zhuǎn)速較大，最大轉(zhuǎn)速為12000rpm；磁粉測(cè)功機(jī)扭矩測(cè)量范圍較大，最大扭矩為20N.m，但轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍較小，最大轉(zhuǎn)速為4000rpm，兩種類(lèi)型測(cè)功機(jī)互為補(bǔ)充可適用于多種類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)性能測(cè)試。

　　2.5.控制機(jī)柜

　　控制機(jī)柜主要由控制開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)電源、濾波器以及連接線(xiàn)路組成，是為各路傳感模塊提供相應(yīng)的多路接口，使之與待測(cè)電機(jī)連接，并提供安全的系統(tǒng)供電、激勵(lì)注入、信號(hào)隔離、幅度調(diào)節(jié)以及風(fēng)冷控制等輔助功能，為整個(gè)電動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)提供強(qiáng)電支持及系統(tǒng)應(yīng)急措施。