電動機性能虛擬儀器測試系統設計與實現

　　2.硬件結構

　　2.1.主控機

　　主控機選用一臺DELL工作站，內嵌了一塊Intel Pentium 4 2.6G CPU，一塊NI PCI-6052多功能數據采集卡和一塊NI PCI-4070高精度柔性數字萬用表卡。PCI-6052多功能數據采集卡前置了兩塊NI SCXI-1120 信號調理卡和配套的NI SCXI-1327衰減終端，用于采集多路待測電機工作電壓和工作電流的輸入信號；NI PCI-4070高精度柔性數字萬用表卡前置了一塊NI SCXI-1127 多路開關卡和配套的NI SCXI-1331多路接線終端，用于掃描多路待測電機的轉子繞阻，再根據相應算法測得電機內部轉子溫度。

　　2.2.實時監控模塊

　　實時監控模塊選用NI cFP分布式I/O實時系統。作為工業級控制系統，cFP具備FIFO數據隊列、斷電數據緩存、看門狗狀態監測以及高抗沖擊性和抗擾性，用于完成系統最核心的實時采集與控制的部分[3]。選用cFP-2020模塊作為實時系統控制器，該控制器內嵌微處理器、32M DRAM以及256M Flash 閃存芯片，支持LabVIEW Real-Time實時模塊，該模塊可脫離LabVIEW編程環境，而獨立實時地運行下載到控制器存儲器中的應用程序，并通過控制器內嵌的10/100Base TX 以太網接口實現測試數據的網絡共享。一塊cFP DI-330用于響應緊急停車開關，緊急關閉系統，防止意外事故發生；一塊cFP DO-403用于控制與各待測電機相連的固態繼電器SSR，以實現系統對工作電路的閉合或斷開；一塊cFP AO-210用于為測功機提供加載信號，來增大或減小待測電機所承受的負載，從而在一定的負載下對電動機進行控制；一塊cFP AI-210用于采集測功機傳感設備輸出的與待測電機扭矩對應的電壓信號，并測量出待測電機實際的扭矩；一塊cFP-CTR-502用于采集測功機傳感設備輸出的與待測電機轉速對應的TTL電平信號，并測量出待測電機實際的轉速。

　　2.3.實時測溫模塊

　　實時測溫模塊同樣選用NI cFP分布式I/O實時系統。采用了cFP-2020控制器，配以4塊cFP TC-120 8通道熱電偶模塊，可直接用于測量標準J、K、T、N、R、S、E和B型熱點偶，并提供相應的信號調理、雙絕緣隔離、輸入噪聲過濾、冷端補償以及各種熱點偶的溫度算法，用于在電動機工作端實施前端數據采樣，并利用分布式I/O的基于TCP/IP協議的網絡共享功能實現數據的遠程共享，有利于對工業現場實施遠程的實時監控。

　　2.4.測功機

　　測功機是根據作用力與反作用力平衡原理設計的[4]。當電機測功機的定子受到的轉矩與被測電機的轉矩相等時，由單片機數據采集系統直接精準地讀出被測電機的轉矩值。當被測電機旋轉帶著測功機的轉子旋轉時，若給測功機加入直流勵磁電壓，測功機中有磁場存在，此時測功機轉子旋轉且切割磁力線產生電樞電流，電樞電流和磁通相互作用產生制動轉矩，同時測功機定子受到一個相反方向的轉矩作用，便在測功機傳感器軸上產生壓應力，在正常工作范圍內，壓應力與傳感器軸所承受的轉矩成正比。如果在傳感器軸產生最大壓應力方向上粘貼電阻應變片，則應變處的電阻值就隨著壓應力的大小而變化,再將應變片接入一定的橋式電路就能將壓應力的變化轉化為電壓信號，從而即能測量出轉矩的大小。電機轉速的測量使用光電式轉速傳感器，測速分辨力高、慣性小、應用廣泛，利用單片機和光電式傳感器相配合，使得測量電機轉速簡便、抗干擾能力強。光電式傳感器在電機軸上裝一個邊緣有N個均勻分布鋸齒的圓盤，通過光線投射到光敏管上，當電機轉動一周，就得到N個脈沖信號，測量脈沖信號的頻率或周期，就可得到電機的轉速。這里使用了兩種類型的測功機：磁滯測功機和磁粉測功機。磁滯測功機扭矩測量范圍相對較小，最大扭矩為10N.m，但轉速較大，最大轉速為12000rpm；磁粉測功機扭矩測量范圍較大，最大扭矩為20N.m，但轉速測量范圍較小，最大轉速為4000rpm，兩種類型測功機互為補充可適用于多種類型的電動機性能測試。

　　2.5.控制機柜

　　控制機柜主要由控制開關、開關電源、濾波器以及連接線路組成，是為各路傳感模塊提供相應的多路接口，使之與待測電機連接，并提供安全的系統供電、激勵注入、信號隔離、幅度調節以及風冷控制等輔助功能，為整個電動機測試系統提供強電支持及系統應急措施。