電動機(jī)性能虛擬儀器測試系統(tǒng)設(shè)計與實(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 信號調(diào)理卡和配套的NI SCXI-1327衰減終端，用于采集多路待測電機(jī)工作電壓和工作電流的輸入信號；NI PCI-4070高精度柔性數(shù)字萬用表卡前置了一塊NI SCXI-1127 多路開關(guān)卡和配套的NI SCXI-1331多路接線終端，用于掃描多路待測電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞阻，再根據(jù)相應(yīng)算法測得電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子溫度。

　　2.2.實(shí)時監(jiān)控模塊

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

　　2.3.實(shí)時測溫模塊

　　實(shí)時測溫模塊同樣選用NI cFP分布式I/O實(shí)時系統(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)的信號調(diào)理、雙絕緣隔離、輸入噪聲過濾、冷端補(bǔ)償以及各種熱點(diǎn)偶的溫度算法，用于在電動機(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，有利于對工業(yè)現(xiàn)場實(shí)施遠(yuǎn)程的實(shí)時監(jiān)控。

　　2.4.測功機(jī)

　　測功機(jī)是根據(jù)作用力與反作用力平衡原理設(shè)計的[4]。當(dāng)電機(jī)測功機(jī)的定子受到的轉(zhuǎn)矩與被測電機(jī)的轉(zhuǎn)矩相等時，由單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接精準(zhǔn)地讀出被測電機(jī)的轉(zhuǎn)矩值。當(dāng)被測電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶著測功機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，若給測功機(jī)加入直流勵磁電壓，測功機(jī)中有磁場存在，此時測功機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且切割磁力線產(chǎn)生電樞電流，電樞電流和磁通相互作用產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，同時測功機(jī)定子受到一個相反方向的轉(zhuǎn)矩作用，便在測功機(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，從而即能測量出轉(zhuǎn)矩的大小。電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量使用光電式轉(zhuǎn)速傳感器，測速分辨力高、慣性小、應(yīng)用廣泛，利用單片機(jī)和光電式傳感器相配合，使得測量電機(jī)轉(zhuǎn)速簡便、抗干擾能力強(qiáng)。光電式傳感器在電機(jī)軸上裝一個邊緣有N個均勻分布鋸齒的圓盤，通過光線投射到光敏管上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動一周，就得到N個脈沖信號，測量脈沖信號的頻率或周期，就可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。這里使用了兩種類型的測功機(jī)：磁滯測功機(jī)和磁粉測功機(jī)。磁滯測功機(jī)扭矩測量范圍相對較小，最大扭矩為10N.m，但轉(zhuǎn)速較大，最大轉(zhuǎn)速為12000rpm；磁粉測功機(jī)扭矩測量范圍較大，最大扭矩為20N.m，但轉(zhuǎn)速測量范圍較小，最大轉(zhuǎn)速為4000rpm，兩種類型測功機(jī)互為補(bǔ)充可適用于多種類型的電動機(jī)性能測試。

　　2.5.控制機(jī)柜

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