电机性能测试

电机性能测试（精选7篇）

电机性能测试 篇1

无刷直流电机具有结构简单、输出转矩大、调速范围宽等特点, 在航空航天、军事、农业机械和智能化电器等领域具有广泛应用。在无刷直流电机研发、生产、运行过程中需要对其主要性能参数进行测试, 以验证电机是否满足设计指标或者能否继续运行。电力电子技术和现代测试方式的发展, 为提高测试系统精度和效率提供了可能。开展无刷直流电机性能测试技术的研究对于提高电机性能、保证电机运行的安全性和可靠性具有重要的意义。

一、处理器介绍

根据控制系统精度要求和传感器输出信号特点, 选择PIC18F4431单片机作为测试系统的核心处理器。PIC18F4431是microchip推出的18F系列专门用于电机运动控制的单片机, 具有10为200Ksps高速A/D转换器, A/D转换通道由9个, 可以双通道同时采样, 可以编程设置采样时间。PIC18F4431单片机可以选择外部转换触发器, 具有三个独立的输入捕捉通道和霍尔传感器专用接口。在增强的PIC18F4431单片机具有16K byte FLASH (能存储多达8192条指令) , 256 byte EEPROM和768 byte SRAM三种类型存储器。

二、测试系统整体设计

无刷直流电机性能测试系统采用测试集成的设计思想, 将传统的测试技术与计算机结合在一起, 由计算机软件完成数据处理和性能曲线拟合。选用PIC18F4431单片机为测试系统核心, 由整流单元、IPM模块、隔离驱动单元、负载、传感器 (转矩传感器、转速传感器、电压传感器、霍尔电流传感器和温度传感器) 、通讯模块和计算机组成, 结构框图如图1所示。

三、测试系统实现

3.1电压、电流测量

采用VSM025A系列霍尔电压传感器测量线路电压, 该传感器采用霍尔效应闭环原理, 可以在隔离条件下测量脉冲、直流、交流及各种不规则波形的电压, 测量范围Vp=10~500 V。电流测量时采用磁耦合的方式进行测量, 选择LEM公司的LA58-P电流传感器测量电枢绕组电流, 该传感器具有线性度好、频带宽、温漂低及抗干扰强等优点, 测量电流最大值为50A。

电压和电流传感器的输出信号经过电阻转变为电压信号, 在经过运算放大器OP27把电压调整到单片机可接收的信号, 同时为了限制单片机输入信号的幅值, 在信号输入端设置二极管限幅电路, 传感器输出与单片机接口电路如图2所示。

3.2转矩、转速测量

电机的运行速度和输出扭矩是衡量电机性能的重要指标, 测试系统选用CGNJ2801A型动态扭矩传感器对转速、扭矩量进行测量, 扭矩测量范围0~100 N·m, 转速测量范围0~4 500 r/min, 测量精度为0.5%。该传感器采用一组环形变压器提供电源, 利用微功耗信号耦合器非接触传递信号, 可以精确传递静态扭矩信号和旋转扭矩信号。传感器的输出为4~20 m A或0~5 V的模拟信号, 然后经过信号调理单路后发送给单片机。

3.3电枢电阻的动态虚拟测试

无刷直流电机电枢的等效电阻R由线圈电阻、开关电阻和换向电阻组成, 且在动态和静态不同, 静止状态只能测出出线端的线圈电阻, 动态时测试结果是三部分电阻之和, 动态条件下测试电枢电阻更能反映电机的性能。在电机的额定工作电压下加任意负载, 测量两组以上电压、电流和扭矩数据, 然后代入下式:

通过计算得到无刷直流电机电枢的等效电阻, 解决了无法直接测量的问题, 该公式适用于三相六状态无刷直流电机。

3.4温度测量

电机外壳和转子表面的温度测试考核电机运行状态的重要性能指标, 温度测试对于电机内部故障和温度场分析具有重要的意义。

近年来红外测温技术不断发展, 红外测温技术利用热释效应将热信号转变为电信号, 它具有反应灵敏、测温范围宽、不需要直接接触被测物等优点, 在电机温度测试领域也具有一定的应用。测试系统选择OS136-V1型温度传感器, 传感器输出0-5V直流电压信号, 光谱响应距离为5-14微米, 响应时间为150毫秒。

四、结论

无刷直流电机性能测试系统将单片机与现代测试技术相结合结, 利用高精度传感器能够测量电机的电压、电流、转矩、转速和温度等反映电机性能指标的参数, 同时可以计算得到电枢的等效电阻值。系统结构简单、测量精度高、可靠性好, 是无刷直流电机性能测试的理想选择。

参考文献

[1]王成元, 夏加宽, 孙宜标.现代电机控制技术[M].北京:机械工业出版社, 2010.56~59.

[2]陈小林, 王祝盈, 谢中等.石英晶体温度传感器的应用[J].传感器技术, 2002, 21 (5) :55-57.

[3]张文海.无刷直流电动机电枢等效电阻的虚拟测试[J].微特电机, 2006 (5) :45-46.

浅析航空电机性能测试系统的设计 篇2

要想安全启动飞机, 就要要求飞机有个好的主电源, 在如今航空飞机所采用的是交流无刷的发电机作为其使用的主电源, 只有在经过检测和维修护理后, 方可进入使用阶段, 航空飞机在进行发电机维修护理时, 需要有专业针对性的试验操作系统, 试验系统的基本组成有, 拖动台、负载设施、调压实施、以及试验环境控制设施。在对航空发电机其性能进行测试的时候, 要对其加卸载进行相关的试验, 同时也要对其加减速和稳定性能进行相关的试验过程。

1 航空发电机计算机试验系统结构原理

在进行航空飞行中, 发电机是不可或缺的装置之一, 在航空中交流无刷发电机的应用比较广泛, 航空交流无刷发电机的组成部分包括:主发电机、交流激磁机、副激磁机和与之配套的机载调压器。到目前为止我国民用飞机、军用飞机所应用的交流无刷发电机的额定容量有20, 30, 40, 60, 90k VA等, 输出大部分都为120/208V, 400Hz三相交流电, 其发电机型号样式很多, 所对应的调压器参数也都不一样。

HDC-1型号的航空飞机的发电机计算机试验系统的整体构成。上位机应用一体化工控机, 其主要职能是为了能够实现工艺流程自动控制、试验数据等相关信息的采集处理、对数控调压器控制参数的自动整定, 同时也为用户提供良好的操作界面。下位机其中包括4个89C52单片机系统, 其各项设备运作的功能分别如下:

1.1 数控调压器, 被试发电机的电压自动调节, 代替机载调压设备。

1.2 加载控制, 根据上位机的指令控制负载的加卸。

1.3 拖动电机转速调节, 控制变频调速器, 调节拖动电机转速。

2 数控调压器的实现原理

数控调压器调压部分电路包括三相全波整流、隔离变换、信号调理、A/D转换、单片机系统、脉宽调制、数字隔离、驱动电路等8部分。下面分别说明数控调压器各部分的实现原理。

2.1 反馈信号采样电路

在进行反馈信号的采样电路时, 通常包含三相全波整流、隔离变换、信号调理、A/D转换等4个组成部分。三相全波整流滤波电路将主发电机输出电压的交流电压整流为脉动直流, 在经过隔离的变换器将这些脉动直流转变为较低的电压信号, 在通过信号调理电路进行滤波和平移放大, 就成功的得到量程在±10V范围内的双极性信号, 以至于可以调制出吻合A/D转换器的量程需求。此时, 当主发电机的输出v=208V时=0V, 的正负变化与v在208V上下的变化成正比, 在经过A/D转换后作为调整激磁电流的主要依据。

信号调理电路中采用UAF42集成滤波器构成截止频率1k Hz的低通滤波器, 用于滤除纹波和噪声。

2.2 输出电路设计

在进行电路设计时, 输出电路包括脉宽调制、数字隔离和MOS管驱动电路三个部分组成。单片机根据一定的控制算法对量化了的进行运算, 运算结果U保留12位二进制精度, 用于控制脉宽调制电路产生相应的脉宽调制信号, 经隔离后输出给功率MOS管驱动电路, 通过控制功率管的导通率, 以调节交流激磁绕组的平均电流, 达到控制发电机输出电压的目的。

2.3 控制算法的结构

在相关的试验过程中, 需要对发电机对不同的负载进行加载和卸载工作, 一般而言, 在对发电机试验过程中, 依次对其进行满载功率百分之十、百分之三十、百分之五十、百分之七十、百分百的阶跃载荷。同时数控调压器应用复合PID控制运算算法。在通过进行调节副激磁电机的激磁电流, 从而控制主发电机的电压。

在得到采样的反馈信号中含有2400Hz的脉动成分, 他会严重的影响其控制器的稳定性等相关性能, 所以在只有应用整周期平滑滤波才能做到消除工作。

反馈信号采样电路的满量程对应于发电机电压波动±49V, 而当阶跃载荷大于满载功率的50%时, 瞬间电压波动会大于±49V。同时, 试验规程要求对发电机施加满载幅度的阶跃载荷时, 其调节时间≤150 ms, 并且对超调量也有相应要求。采用一般的PID算法在大偏差时积分累积过大, 容易造成过大的超调, 这不仅会延长调节时间, 同时也不符合试验规程要求。

随着科技的不断进步, 我国在航空事业上的成就也日益渐近, 科学手段变得越来越加发达, 航空领域更是进入了其迅速发展时期, 在经过长期的实践经验方面, 通过业内人士们的不断努力研究, 也得出了让人引以为豪的科技成果, 本文作者主要对航空发电机的性能及试验自动化过程进行介绍, 在实现自动化体系不仅节省了人力也大大增加了工作效率, 其检测的数据精准无误, 所需要的测试结果真实可靠。数控调节器在进行自动调节能力比较出众, 代替了传统了的机载调压器, 在成本上很大程度上节约了资金, 此系统自从开始进入使用到现在, 对伊尔76、波音737等多种战斗机的组合发电机进行的若干次的试验, 在系统设计上很大程度的证明了其优越的合理性和实用性。在以后的道路上希望我国航空事业能够不断创新, 发展新的航空发电机的技术, 向着智能化的方向进行迈进, 不断的完善自身的科技水平, 与此同时也要祝我国航空事业在整个世界发展中, 能够名列前茅, 永不停歇。

摘要：在我国随着科技水平的不断进步, 经济水平的快速发展, 我国在航空事业上的成就也与日俱增, 航空事业的发展不仅是国家所关心的事情, 也是每个国家公民所共同关心的事情, 心系祖国情是我们公民最伟大的爱。本文作者将对航空发电机内的各部分结构以及怎样调节电压, 并进行原理分析和相关性能测试系统, 由哪些设备构成。了解航空发电机的性能测试系统的设计理念, 并详细的讲解航空新型发电机数控调压器的电路和控制算法是怎样实现的。这项成果已经成功的运用于客机以及多种巡逻机等多种型号的飞机的为维护试验进行中。

关键词：航空发电机,调压器,数控

参考文献

[1]宁晃, 高歌.燃烧室空气动力学[M].科学出版社, 1990.[1]宁晃, 高歌.燃烧室空气动力学[M].科学出版社, 1990.

[2]侯晓春等.高性能航空燃气轮机燃烧技术[M].国防工业出版社, 2002年.[2]侯晓春等.高性能航空燃气轮机燃烧技术[M].国防工业出版社, 2002年.

[4]齐冬莲.连续混沌动力学系统的控制理论研究[D].浙江大学, 2002年.[4]齐冬莲.连续混沌动力学系统的控制理论研究[D].浙江大学, 2002年.

电机性能测试 篇3

按GB/T 6971-2007《饲料粉碎机试验方法》标准，饲料粉碎机试验过程中控制的负载功率(即输入功率)按下式计算：

式中:P2——电机平均输出功率, (k W) ;

P1——电机输入功率, (kW) ;

P——电机标定功率, (kW) ;

β——电机负荷程度, (%) ;

η——电机标定效率, (%) 。

试验过程中, 电机负载功率的控制尤为关键, 最理想的喂料结果就是保持电机负荷程度为100%, 即电机达到满负荷工作, 根据常用Y系列电机的技术数据, 如表1所示, 则可计算出电机满负荷工作时的负载功率。由于实际操作过程中喂料并非绝对均匀, 电机负荷程度也不能始终保持在100%, 因此, 按GB/T 6971-2007的要求, 只要电机的平均负荷程度满足β=85%～110%之间即可。

将公式 (1) 代入 (2) , 得负载功率 (即输入功率) P1为:

通过公式 (3) , 当电机负荷程度β=100%时, 计算得出满载时负载功率P1", 当电机的平均负荷程度在β=85%～110%之间时, 计算得出电机负载功率的控制范围为P1", 常用Y系列电机负载功率的控制范围计算结果如表2所示。

冷凝风机电机温升测试分析 篇4

随着人们生活水平的提高, 节能减排是社会发展的要求。特别是在空调应用领域, 对零部件的效率、寿命也比以前提升了一个档次。电机作为空调设备中关键部件之一, 它的寿命长短对空调设备的影响至关重要, 因此在空调设计选型中对电机的可靠性要求也越来越高, 而温升是考核电机可靠性的最重要的因素之一。

电机温度是指电机各部分实际发热温度, 它对电机的绝缘材料影响很大, 温度过高会使绝缘老化缩短电动机寿命, 甚至导致绝缘破坏。为使绝缘不致老化和破坏, 对电机绕组等各部分温度作了限制, 这个温度限制就是电机的最高允许温度。电机的绝缘等级是指其所用绝缘材料的耐热等级, 分A、E、B、F、H级[1]。

从表1可知, 电机中不同耐热等级的绝缘材料有不同的最高允许工作温度。而最高允许工作温度是指低于此温度长期使用时, 绝缘材料的物理、机械、化学和电气性能不发生显著恶性变化, 如果超过此温度, 则绝缘材料的性能发生质变, 或引起快速老化。

1 电机温升测试方法介绍

为验证电机的使用寿命、稳定性等特性, 通常会测试它的温升。温升是电机温度与环境温度的温度差 (温升=电机温度-环境温度, 单位:K) , 是由电机发热引起的。温升是电机设计及运行中的一项重要指标, 它标志着电机的发热程度。电机的最高允许温度确定了, 此时温升的限值就取决于冷却介质的温度。一般电机冷却介质是空气, 它的温度随地区及季节而不同, 为了制造出能在全国各地全年都能适用的电机, 并明确统一的检查标准, 国家标准规定:冷却空气的温度定为40o C。在此环境温度下, 电机绕组的温升限值:如F级绝缘为115K。按国家标准规定, 对额定输出为200k W (或k VA) 及以下交流电机, 除非另有规定, 制造厂应选用电阻法的直接测量法[2]。在一定的温度范围 (-50℃~150℃) 内, 电机绕组的电阻值将随着温度的上升而相应的增加, 而且其阻值与温度之间存在着一定的函数关系。根据这一原理, 可以通过测定电机绕组的电阻来确定其温度, 故称电阻测量法。

以约克广州空调冷冻设备有限公司某项目开发的2个风机电机为研究对象, 其规格为380V/3￠/50Hz、绝缘等级为F级、额定功率为2HP三相交流异步电动机 (以下简称电机) 。此电机用于某型号空调设备换热器中, 其原理是通过电机带动风叶旋转, 从而把热量排放到大气中而实现热交换。结合约克广州空调冷冻设备有限公司的应用, 电机装配风叶且放在机组中以实际负载进行测试。

据此, 我们策划了以下测试工况:

1) 被测电机 (机组) 在不同环境温度 (从21℃~52℃) 下运行。测试要求:在此温度范围内取四个温度点, 被测电机 (机组) 100%负荷运行, 工况稳定运行时间不小于2小时且测试数值已稳定, 被测风机风叶必须在20s内停止, 立即记录数据;2) 被测电机 (机组) 在环境温度为“最大制冷负荷[3]”时环境温度 (43℃) +不同电机供电电压 (额定电压±10%) 下运行。测试要求:测试电压分别为340V和418V, 被测电机 (机组) 100%负荷运行, 工况稳定运行时间不小于2小时且测试数值已稳定, 被测风机风叶必须在20秒内停止, 立即记录数据;3) 被测电机 (机组) 在环境温度为“最大制冷负荷[3]”时环境温度 (43℃) +不同换热器迎风面风阻 (堵换热器迎风面积20%~100%) 下运行。测试要求:被测电机 (机组) 100%负荷运行, 用纸片堵换热器20%、40%、60%、80%、100%迎风面积, 每个工况稳定运行时间不小于2小时且测试数值已稳定, 被测风机风叶必须在20s内停止, 立即记录数据;4) 被测电机 (机组) 在环境温度为“空调设备的最高运行温度 (52℃) ”+额定电压下运行。测试要求:被测电机 (机组) 100%负荷运行, 工况稳定运行时间不小于2小时且测试数值已稳定, 被测风机风叶必须在20s内停止, 立即记录数据。

2 试验及分析

按测试策划要求, 电机被安排在实验室作为期7天的连续测试, 在各工况测试过程中采集记录了近百组数据。按规定, 温升 (θ2-θa) 可按下式得[2]:

式中:θ1为测量绕组 (冷态) 初始电阻时的温度, 单位为摄氏度 (℃) ;

θ2为热试验结束时绕组的温度, 单位为摄氏度 (℃) ;

θa为热试验结束时冷却介质温度, 单位为摄氏度 (℃) ;

R1为温度为θ1时的绕组电阻, 单位为欧姆 (Ω) ;

R2为热试验结束时的绕组电阻, 单位为欧姆 (Ω) ;

K为导体材料在0℃时电阻温度系数的倒数。铜K=235, 铝K=225, 除非另有规定。

将测试数据代入式 (1) , 计算整理可得温升随环境温度、电压、风阻的变化趋势如图1所示:

从图1分析可得:

1) 电机A的实测温升比电机B低25%~40%, 经研究发现, 电机A的设计功率大于电机B, 所以电机A的温升比电机B好。虽然电机A温升低于电机B, 但功率会影响空调设备的能效, 故在满足温升的要求同时, 消耗功率应越小越好;2) 实测温升随着电机的冷却介质温度升高而上升, 随着供电电压的增加而平缓上升, 同样, 电机温升也会随着换热器风阻的变大而增加, 特别是风阻从40%到60%这个阶段, 电机的温升急骤变化, 上升幅度接近20K。值得注意的是, 当换热器风阻在80%~100%时, 电机温升会继续上升, 但在实际应用中, 这种情况几乎是不会出现的, 因为换热器风阻的增加到80%~100%时, 空调设备会出现在高 (低) 压保护停机, 所以此区间的测试数据只作参考。

通过以上的测试结果分析可得, 电机A和电机B在整个测试过程中无异常停机现象, 且温升也可以满足绝缘等级F级要求。但从效率和经济性考虑, 电机B优于电机A。

根据本次测试分析结果笔者认为, 如果只在常温及电机额定电压下测试温升的话, 并不能全面反映电机的温升, 因为它只代表了电机一个温升状态点。我们在做电机测试策划时应考虑到机组各种应用工况, 特别是应用在一些特殊场所。

3 结论

1) 电机温升随着电机的冷却介质温度升高而上升, 在测试电机温升时须在电机的最高运行环境温度下进行, 这样不仅可以测试温升, 同时也可以验证电机在最恶劣的环境下是否出现内置保护器跳脱;2) 电机温升随供电电压的增加而平缓上升, 因中国的电网供电电压允许波动范围为±10%, 所以在测试电机温升时必须包括电机额定电压±10%的两个温升值;3) 电机温升随着换热器风阻的变大而上升, 因为机组实际运行一段时间后, 机组的换热器会脏, 或者机组在冬季运行时, 换热器会结霜 (冰) , 从而会增加换热器的风阻, 所以在测试电机温升时必须包含堵60%~80%换热器迎风面积的温升。

摘要：本文以约克广州空调冷冻设备有限公司开发的2HP风机电机为研究对象, 在不同电压、冷却介质 (空气) 温度以及电机在实际应用中可能会出现的条件进行测试, 通过测试结果分析得出了温升随着电机的冷却介质、供电电压升高而上升, 同样, 电机温升也会随着换热器风阻的变大而增加。在测试电机温升时, 必须全面考虑到电机的各种不同应用、增加不同工况测试以便更全面了解温升。

关键词：风机电机,电机温升,电阻法

参考文献

[1]电气绝缘结构 (EIS) GB/T20113-2006/IEC62114:2001[M].

[2]旋转电机定额和性能GB755-2008/IEC60034-1:2004[M].

超声电机的定子振动测试与分析 篇5

超声电机 (Ultrasonic Motor或简写为USM) 技术是振动学、波动学、摩擦学、动态设计、电力电子、自动控制、新材料和新工艺等学科结合的新技术。超声电机利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩, 将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。因其具有低速大扭矩、无电磁干扰、响应快、运行无噪声等卓越特性, 具有广阔的应用前景[1,2,3]。对其运行的物理及电参数的测量分析是进一步研究和应用超声电机的基础。

虚拟仪器 (Virtual Instruments, 简称VI) 是美国国家仪器公司 (National Instruments Corp.简称NI) 于1986年提出的。虚拟仪器是计算机硬件模块与软件相结合, 完成对被测试点的采集、分析、判断、显示和数据存储等[4]。本文基于虚拟仪器、传感器电路搭建了超声电机定子振动测试分析系统, 通过人机交互界面, 还能实现数据回放、打印等功能。本系统证实了Lab VIEW软件的简便、直观和实用性, 揭示了虚拟仪器“软件就是仪器”的良好特性。定子的振动情况是决定超声电机运行状态的重要因素。对超声电机运动机理及运行时的速度和力矩研究具有重要意义。

1 系统设计

系统设计主要包括硬件和软件设计。

1.1 系统的硬件设计

构建系统硬件结构如图1所示。

超声电机在驱动电源驱动下运行, 通过各个传感器将电机的电参量通过数据采集卡进行采集, 再利用USB接口送入计算机处理和显示。

系统选用磁补偿式电压传感器、霍尔原理的多量程磁平衡式电流传感器, 定子振动测试选用Polytec的非接触自动聚焦式激光测振仪OFV-505/5000, 其利用多普勒原理, 通过分析从被测物体表面反射回的激光, 从而确定物体的振动速度和振动位移。OFV激光测振仪包含了OFV-5000控制器和OFV-505光学头, 实物图如图2所示。

1.2 系统的软件设计[5,6]

虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件, 结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助创建完全自定义的用户界面, 模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成, 标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。Lab VIEW能轻松方便地完成与各种软硬件的连接, 能提供强大的后续数据处理能力, 设置数据处理、转换、存储的方式, 并将结果显示给用户。

1.2.1 数据采集与存储

本文采用基于NI-DAQmx的数据采集系统。如图3所示, 在驱动程序用户接口MAX中对硬件进行各种必要的设置和测试。系统可以实现数据存储, 供离线进行时域和频域分析使用。

1.2.2 数据处理与分析

数据处理主要包括全相位数字滤波, 有效值计算, 频率值计算和功率计算。数据处理的重要性在于, 对刚采集的数据从噪声中分离出有用的信息。一般利用增加硬件滤波电路可以达到抑制或消除模拟信号和脉冲信号中的高频尖峰干扰, 但需增加设备成本、且安装调试繁杂。可以用Lab VIEW软件来设计不同的滤波程序。数据分析主要包括时域分析与频域分析。

(1) 全相位数字滤波器

数字滤波器有相位延迟的显著缺点, 本文采用FRR (forward filter, reverse filter, reverse output) 方法设计了不具相位延迟的全相位数字滤波器[7,8]。

(2) 频率、有效值和功率计算

系统时域的频率测量方法采用线性插值法。有效值计算采用多点采样法。而功率计算测出电压和电流的相位差, 利用公式y=V·A·cos (x) 可求出。

(3) 频域分析

系统可以进行频谱分析, 功率谱分析 (自功率谱和互功率谱) , 滤波器响应以及谐波分析, 在频域范围内更直观地实现对超声电机驱动电信号的分析。

定子的振动情况是决定超声电机运行状态的重要因素。

1.2.3 旋转型超声电机定子振动测试设计

由于行波超声电机的定、转子通过预压力紧压在一起, 所以利用仪器直接测量电机运行时的定子振动很难实现。因此可以利用超声电机的孤极电压及其频率来间接反映超声电机运行时定子的振动情况, 对电机的精密反馈控制提供依据。

1.2.4 直线型超声电机定子振动测试设计

与旋转超声电机不同, 对于直线型超声电机利用激光测振仪和虚拟仪器的结合实现对定子振动的测试, 观察其谐振频率点。对定子振动的位移和速度信号进行采集, 并通过波形显示与FFT分析来反应振动的情况。程序框图如图4所示。

2 测试系统的试验分析

搭建系统试验平台, 利用数据采集卡和计算机实现对超声电机定子振动的测试与分析。

2.1 旋转超声电机定子振动测试与分析

测试条件:旋转电机驱动频率为41.6 k Hz, 采用BUTTERWORTH带通滤波器, 通频带为40 Hz。孤极电压测试与分析曲线如图5所示。

与驱动电压和电流的测试相同, 对瞬时值、有效值、频率进行测试与分析, 由图5结果可知, 旋转超声电机在41.6 k Hz驱动信号下, 定子振动输出的电压可以达到46 V, 同时检测的振动信号为周期正弦波, 振动频率与驱动信号频率相同。

2.2 直线超声电机定子振动测试与分析

数据采集卡模拟输入ai3端口接激光测振仪的速度输出端, 采用差分的接线方式, 直线电机驱动频率为20 k Hz, 根据采样定理, 采样频率设置为200 k Hz, 采样个数为20 k个, 采用BUTTERWORTH带通滤波器, 通频带为40 Hz。速度测试与FFT分析结果如图6所示。

由于采样频率200 k Hz, 定子振动速度曲线是包络线形式的, 如图6 (a) 所示。将瞬时值曲线部分放大, 如图6 (b) 中所示, 可以看到速度曲线也为周期性的正弦波, 最大值为0.06 m/s。对于速度曲线进行频域上的FFT分析, 得到FFT曲线如图6 (c) 所示, 由FFT幅频曲线可知, 定子振动的主频率为20 k Hz, 与驱动信号频率相吻合。

3 结论

虚拟仪器技术构建的超声电机定子振动测试分析系统, 可以测量和分析超声电机运行时的定子振动情况, 如定子振动电压、速度, 振动频谱分析等。本系统为超声电机的结构设计及性能提高提供了一个可靠全面的测试平台。

摘要：超声电机 (Ultrasonic Motor, 简称USM) 是近二十年发展起来的一种全新原理的电机。基于虚拟仪器、硬件传感器及计算机搭建了超声电机的测试平台, 通过数字滤波等处理和频域分析, 实现对超声电机的重要元件 (定子) 振动信号的检测与分析。从系统硬件选择、软件设计及试验测试几个方面进行了详细论述。经试验证明, 该系统结构简单, 可以稳定运行。

关键词：超声电机,虚拟仪器,LabVIEW,定子

参考文献

[1]赵淳生.面向21世纪的超声电机技术[J].中国工程科学, 2002, 4 (2) :86-91.

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[3]赵淳生.世界超声电机技术的新进展[J].振动、测试与诊断, 2004, 24 (1) :1-5.

[4]魏向华, 张士文, 赵继敏.虚拟仪器发展的现状和前景[J].工业控制计算机, 2001 (3) :1-3.

[5]侯国屏, 叶齐鑫.LabVIEW 7.1编程与虚拟仪器设计[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[6]杨乐平, 李海涛, 杨磊.LabVIEW程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社, 2005.

[7]雷振山.LabVIEW 7 Express实用技术教程[M].北京:中国铁道出版社, 2004.

电机性能测试 篇6

关键词：电机测试系统,LabVIEW,空载试验

随着科技的进步, 电机的性能也在不断的提高, 为了制造出高性能的电机, 并且提高电机的生产速度, 电机的测试设备也需同时进步, 利用电机测试设备, 然后针对被测电机进行各种试验。

1 发展前景

虚拟仪器有功能完善、性价比高、可以功能扩展、通用性好、方便实现数据共享、方便快捷等诸多优点, 是未来测试系统的发展方向, 因此在这方面的研究也会越来越多, 以后的虚拟仪器在功能方面将更完善, 速度将更快, 测试效率也会大大提高。本文基于Lab VIEW开发了异步电机测试系统, 包括硬件部分和软件部分, 其中硬件控制器为自行设计, 是一个创新点。上位机软件部分是基于Lab VIEW编程环境开发。在开发过程中使用了许多其中的功能模块, 节省了许多开发时间。该测试系统是异步电机测试领域的一个变革和创新, 具有较高的学术价值、经济应用价值以及教学价值。

2 电机测试系统工作原理

以三相异步电动机为主要研究对象, 以计算机为载体, 并结合数据采集卡和控制设备, 提出了基于虚拟仪器的异步电动机的测试系统方案。异步电机虚拟仪器的硬件主要是计算机和外围的硬件, 计算机作为核心控制部分, 主要完成大量的计算显示工作, 选择时结合系统的数据量, 可选择不同的配置。外围的设备主要负责数据采集和执行计算机控制命令, 一般是独立仪器、模块化仪器、数据采集板 (DAQ) 或传感器等。数据采集可用集成的数据采集卡, 执行部分可用功率驱动来接受控制信号, 然后驱动其他设备运作。

整个电机测试系统的工作原理如下:利用上位机软件向控制器发送控制信号, 控制器根据上位机的控制信息控制功率模块, 进而控制电机的运转。同时传感器等部件将采集的数据信息经转换后传输给数据采集卡, 数据采集卡采集传感器信息, 然后将数字量传送给计算机, 计算机的上位机软件对数字量进行显示处理和分析等。

3 空载试验

异步电机空载试验是指在电动机无负载状态下测量相关电机特性。电机输入频率为市电频率, 转速达到电机的旋转磁场速度。对电机进行空载试验主要是为了得到励磁参数:励磁电阻rm、励磁电抗xm、铁耗PFe、机械损耗Pmec。

试验方法:先用高精度万能表测量绕组电阻, 为实验结束后计算相关量做准备。将上位机输出负载控制置零。闭合主回路的空气开关, 调节调压器从0V逐渐升高, 直到达到电机的额定电压为止。当电机稳定运行一段时间后, 调节调压器使输入电压达到额定电压1.2倍。然后调节调压器使电压逐渐降低, 直到定子电流开始增加为止。

为了实现自动测量, 上位机中检测定子电流, 根据电流的变化判定测试是否结束。此外, 为了绘制不同精度的曲线, 需设定采样间隔, 自动绘制曲线。

异步电机的典型理论曲线如图1所示。

通过空载试验可以测量出在试验中电机的电压有效值、电流有效值、机械损耗Pm, 铁耗PFe。电机输入功率等于电机上消耗的有功功率和电机的机械输出功率。

由此可得:

(1.1) 式1.1中, 为铁耗和机械输出功率之和。

电机输出功率由于作用于机械部件, 与电机电压没有关系, 只与电机的转矩和转速有关, 在空载测量时, 电机输出功率接近常量[3]。与电机输入电压的平方近似正比的关系, 即在坐标轴上近似为一条直线, 作曲线延长与纵轴交于一点, 过此点做与横轴平行的直线, 则由图2知, 在直线下方为电机输出功率, 其大小与电机电压无关。在直线上方为不同电压对应不同的损耗。

4 结论

实验结果表明, 通过虚拟仪器技术, 可以快速、高效的开发出模块化、智能化、集成度高的电机测试系统, 实现电机各种参数的测试, 并且有较好的控制精度。

参考文献

[1]许军, 李勇.基于LabVIEW的电机试验系统设计[D], 装甲兵工程学院控制工程系, 北京, 2008.

[2]肖林.基于虚拟仪器的电机自动测试系统研究[D].潘阳工业大学, 2006.

[3]吴炯洋, 谢剑英.直流无刷电动机控制器设计[J].控制工程, 2008, 15 (6) :720-723.

线性电机型钢轨制动性能试验 篇7

因此, 日本铁道综合技术研究所将无需电源的线性电机型钢轨制动列为开发目标。该制动方式是使用交流电作为钢轨制动的励磁, 制动开始时自行发电, 并依靠该电源产生制动力, 该制动方式还具有抑制钢轨升温的优点。为了掌握这种线性电机型钢轨制动的特性, 日本铁道综合技术研究所试制了实际大小的电枢, 在使用了轨道轮的旋转试验装置上进行了试验, 结果如图1所示。

试验结果表明, 获得足够制动力的钢轨制动在设计上是可行的, 即便失去主电路电源, 也可进行制动, 对于抑制钢轨升温也有效果。