电机检测系统方案设计

一、系统研制意义

科学技术的发展对电机性能和质量指标提出了越来越高的要求，电机检验技术的发展与电机工业的发展是密切相关的。电机检测是利用仪器、仪表及相关设备，按照相关的规定，对电机制造过程中的半成品和成品，或以电机为主体的配套产品的电气性能、力学性能、安全性能及可靠性等技术指标进行的检验。通过这些检验，可以全部或部分的反映被试电机的相关性能数据，用这些数据，可以判断被试电机是否符合设计要求、品质的优劣以及改进的目标和方向。电机检测是电机研究、生产和维修过程中不可缺少的重要环节，是电机制造和生产的重要工序。

传统的检测设备和方法由于操作时间长，需观测的仪器多，人工读取测试数据和进行数据分析、计算，在一定程度上影响了电机检测的质量和精度。随着目前电机设计水平、工艺水平的进一步提升，以及电机原材料的性能不断提高，电机的性能和质量指标有了很大的提高。因此，对电机检验技术的要求也日益提高，提高电机检验效率、降低操作人员劳动强度、提高测试精度和试验质量势在必行，而由于测试理论的丰富、测试手段的进步、设备精度的提高以及自动化测试系统和电子计算机在测试中的广泛应用，电机的检验技术也确实有了突飞猛进的发展。

因此，研制一套符合要求的电机自动检测系统，对于从事电机

维修的单位来说是非常有必要的。

二、系统主要功能

1、系统可检测电机的转矩、转速、功率等参数。

2、系统可检测电机的输入电流、电压、功率因数、功率等参数。

3、系统具有手动、自动测试方式，全部过程可在控制柜上的显示控制仪上实现；数据可锁存，以便手工记录；

4、系统具有自动测试方式，即负载根据设置自动加载，扫描电机从空载到设定值的特性曲线；

5、系统具有定点测试方式，即电机运行后，负载自动调节到设定值，并在设定值处稳定运行；

6、系统可记录测试结果，电机测试数据以报表或曲线的方式显示，可打印保存，方便下次打开查询曲线，曲线坐标参数可修整。

三、系统主要性能

1、额定扭矩检测精度：±0.5%；转速精度±0.2%；

2、测功范围：0.01Nm～1000Nm；

3、转速测量范围：0～7000转/分；

4、温度测量范围：0～70度；

5、电压测量范围：交流-400～+400伏，直流-30～+30伏；

6、电流测量范围：100安培。

四、系统主要组成

根据系统的功能和技术指标的要求，本系统将采用PXI 控制总线技术，选用高精度测量仪器，自动和手动两种方式进行检测。

选用的主要设备有：PXI 控制器、测功机、测功机控制仪、单三相直流电参数仪、交流变频电源、直流电源、夹具、显示器和控制操作台等。系统结构原理图见图1。

五、系统设备选择

考虑到系统的可靠性、通用性和保障性要求，系统设计中应慎重选择主要设备，下面就对系统的控制总线和主要测量仪器（测功机）进行分析和选择。

1、控制总线选择

磁滞制动器

转矩传感器

被测电机

温度信号 电量变送器

激磁电流

输出

输入

程控电源 转矩转速采集仪 电参数采集仪

温度采集仪

总线转换器 NI 设备

图1 电机检测系统结构原理图

出于性能的稳定性和扩展性考虑，为了具有更好的通用性，便于同时检测多种类型和型号的电机，系统准备采用PXI虚拟仪器作为控制总线。同其他控制总线技术相比，虚拟仪器技术具有四大优势：（1）性能高

虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全“继承”了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。

（2）扩展性强

NI的软硬件工具使得我们不再受限于当前的技术中。这得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。在利用最新科技的时候，我们可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。

（3）开发时间少

在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使我们轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。

（4）无缝集成

虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助我们轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。

2、测功机选择

测功机是系统检测电机参数的主要设备，测功机选择的恰当与否也是系统成功与否的关键，常用的测功机一般有磁滞测功机、磁粉测功机和电涡流测功机等，下面就从各种测功机的形式和适用范围进行选择性比较。

（1）磁滞测功机

磁滞测功机由带齿极定子、空心磁滞杯转子、激磁线图、支架、底板等组成，当磁滞测功机内部线圈通过电流时产生磁力线，并形成磁回路二产生转矩，改变励磁电流即可改变负载力矩。

适用于中小力矩而转速较高的电机测试，如异步电机、小功率直流电机、串激电机及电动工具行业等。

（2）磁粉测功机

磁粉测功机是由定子、实心转子、激磁线圈、磁粉介质、支架、底板等组成，当磁粉测功机内部线圈通过电流时产生磁场，使内部磁粉按磁力线排成磁链，由磁粉链产生拉力变为阻止转子旋转的阻力，该力即为负载力矩。改变激磁电流即可改变负载力矩。

适用于大力矩而转速较低的场合。如起动电机恒力矩带载起动、异步电动机、直流减速电机及造纸、纺织等行业使用的恒张力控制等。

（3）电涡流测功机

电涡流测功机由感应子（转子）、电枢及励磁绕组、转矩、转速传感器、底板等组成，当感应子被电动机驱动旋转时，气隙磁通密度随感应子的旋转而发生周期性变化。因此，在涡流环表面及一定深度内感生涡流电动势，并产生涡流，该涡流所产生的磁场又与气隙磁场相互作用，产生制动力矩。改变定子的励磁电流，可以调节被测动力机械的转矩。

适用于高转速、大功率动力机械的转矩和功率测量，尤其适用于动力机械的仿真寿命试验及温升试验，如串激电机、电动工具及大功率电机。

通过上面的分析，系统准备采用磁滞测功机。

六、系统检测软件

根据系统组成和功能要求，需要在硬件系统搭建的基础上，设计一套检测软件，系统主要检测软件的功能如下。

1、测试项目软件

（1）空载、负载、堵转测试时对电流、转矩、转速、输出功率进行安全值的设定，可实现自动退出限制。

（2）自动加载与手动加载测试：

负载测试加载速度可调：根据实际需要自行调节；

测试加载增量可调：可对初始加载量和增量进行设定。

（3）定点测试：可对电流、转矩、转速、功率进行测试。可定一个点不卸载；定多个点卸载。定点个数最多可以定5个点。定点数据可以设定。

（4）耐久测试：运行方式，空载、转矩、输入功率、输出功率、不测可随意设定；每个项目下的耐久值和误差值可随意设定；测试时间也可以随意设定。

2、铭牌参数记录软件

电机型号、额定功率、额定电压、额定转速、客户名称、客户档案、测试人员、测试日期。

参数作为报表帮助客户整理和分析数据。

3、曲线显示软件

（1）两种模式：转速模式、转矩模式。两种模式只是对数据分析的方式。

（2）曲线显示：电压、电流、转速、转矩、输入功率、输出功率、效率。每条曲线的最大值和颜色代表的曲线可随意设定，方便分析数据。

4、电机参数的存储和调用软件

每一种电机的参数设定好以后可以存储，以便下次使用和调用不需要重新去设定。

5、测试界面软件

测试界面可以实时显示测试的瞬时值（电压、电流、转速、转矩、

输入功率、输出功率、效率），并可以间按一定的时间（随意设定）采集数据。同时在测试过程中曲线自动绘制。更好的监控测试的过程。

6、报表分析软件

（1）整个测试过程的曲线图（电压、电流、转速、转矩、输入功率、输出功率、效率）。

（2）铭牌参数值。

（3）关键点电机性能分析。

空载点：电流值和转速值

最大转矩点：转矩值、转速值、电流值、输出功率值、效率值；

最大输出功率点：转矩值、转速值、电流值、输出功率值、效率值；

最高效率值：转矩值、转速值、电流值、输出功率值、效率值。

七、系统研制周期

1、方案制定：2012年4月6日~2012年4月20日；

2、设备采购：2012年4月21日~2012年5月20日；

3、硬件搭建：2012年5月21日~2012年6月20日；

4、软件编制：2012年6月21日~2012年7月20日；

5、系统联调：2012年7月21日~2012年8月20日；

6、产品试用：2012年9月1日~2012年12月30日。

八、系统费用预算

系统产生的主要费用情况见表1所示。