1、沈阳工业大学本科毕业设计（论文） 目 录 摘 要 . IV 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 概述 . 1 1.2 课题设计的研究意义及其研究内容 . 1 1.4 目前此研究领域存在问题 . 1 1.5 设计要求和试验项目 . 1 1.5.1 设计要求 . 1 1.5.2 试验项目： . 1 第 2 章 系统的测量原理 . 1 2.1 系统各物理量的测量原理和方法 . 1 2.2 测量误差的原理 . 1 2.2.1 误差的分类及定义 . 1 2.2.2 提高精度和削弱系统误差的基本方法 . 2 2.2.3 测量结果的误差计算 . 3 第 3 章 电机测试方法 . 1 3.1 绝缘电阻的测定
2、. 1 3.1.1 试验目的及影响因素 . 1 3.1.2 测试仪器的选择 . 1 3.1.3 测量的方法 . 1 3.1.4 测试标准 . 2 3.2 绕组冷态电阻的测定 . 2 3.2.1 试验目的 . 2 3.2.2 测量仪器 . 2 3.2.3 测量方法 . 2 3.3 空载试验 . 3 3.3.1 试验目的 . 3 3.3.2 试验仪器的选用 . 4 3.3.3 试验步骤 . 4 3.3.4 分析计算 . 5 3.3.5 作空载特性曲线及分离铁耗和机械耗 . 6 3.4 堵转试验 . 6 3.4.1 试验目的 . 7 3.4.2 对试验电源、仪表和测量装置的要求 . 7 3.4.3
3、试验操作要点 . 8 3.4.4 控制流程 . 8 3.4.5 数据处理及计算分析 . 9 3.5 温升试验 . 9 3.5.1 温升试验概述 . 9 3.5.2 各种工作制电机的温升试验 . 10 3.5.3 温升试验控制流程 . 12 3.6 负载试验 . 13 3.6.1 试验目的及试验方法 . 13 沈阳工业大学本科毕业设计（论文） 3 3.6.2 转差率的求取 . 13 3.6.3 效率的直接测定 . 14 3.6.4 定子铜耗的求取 . 14 3.6.5 转子铜耗和杂散耗 . 15 3.6.6 负载试验操作流程 . 15 3.6.7 工作特性曲线拟合 . 16 第 4 章 系统的电
4、源设计 . 1 4.1 试验用电源设备的一般要求 . 1 4.1.1 对谐波电压因数的要求 . 1 4.1.2 对三相电源对称的要求 . 1 4.1.3 对频率的要求 . 1 4.2 50HZ 回馈试验试验电源机组原理 . 2 4.3 低频堵转试验试验电源机组原理 . 3 4.4 励磁电路的设计 . 4 4.4.1 三相桥式全控整流电路 . 4 4.4.2 三相全控整流电路的触发电路 . 5 4.4.3 晶闸管元件的保护措施 . 7 4.4.4 产品介绍： KCZ6.3 型晶闸管三相全控桥控制板 . 8 第 5 章 采集系统的硬件设计 . 1 5.1 系统总体设计框图 . 1 5.2 智能仪器
5、仪表概述 . 1 5.2.1 智能仪表与数据采集系统的基本组成： . 1 5.2.2 智能仪器的主要特点： . 2 5.2.3 智能仪器的自动处理功能： . 2 5.2.4 仪器测量精度的提高 . 3 5.2.5 干扰和数字滤波 . 4 5.3 智能仪器仪表的选择 . 4 5.3.1 三相交流电流互感器和电流变送器 . 4 5.3.2 组合型交流电压变送 器 . 6 5.3.3 三相三线有功无功功率变送器 . 7 5.3.4 频率变送器 . 8 5.3.5 多路智能巡检远传控制仪 . 9 5.3.6 JCZ 型智能转矩转速传感器 . 10 5.3.7 数字显示仪 . 12 5.4 串行传送的特
6、点 . 13 5.5 串行数据传送方向 . 14 5.5.1 全双工 . 14 5.5.2 半双工 . 14 5.6 RS-485 串行通信接口的简介 . 15 5.7 RS-485/RS-232 转换器的简介 . 16 5.8 利用 RS-485 通信时要注意的几个问题 . 17 5.8.1 接地问题 . 17 5.8.2 终端匹配 . 17 5.8.3 其他注意 . 17 5.9 控制电路的设 计 . 18 第 6 章 系统的软件设计 . 1 沈阳工业大学本科毕业设计（论文） 6.1 系统软件设计概述 . 1 6.2 程序功能及组成 . 2 6.2.1 试验数据初始化模块 . 3 6.2.
7、3 试验控制模块 . 5 6.2.4 数据处理与曲线绘制模块 . 6 6.2.5 查询管理模块 . 6 参考文献 . 1 致 谢 . 1 沈阳工业大学本科毕业设计（论文） 3 交流电机试验自动采集与控制 系统的设计 摘要 : 近年来，计算机的大量推广应用为自动测试系统的发展开拓了新的途径，近代电子技术的迅速发展又为提高电机试验的精度和速度、进行动态特性测试及采用新的测试方法提供了可能性，进一步推动了电机测试技术的发展。在这种发展背景下，我们进行了智能化电机自动测试与控制系统的探讨。 交流电机试验自动采集与控制系统的设计主要是通过对试验电源系统的设计、电机型式试验台的设计、智能仪表采集显示系统的
8、设计、计算机采集处理系统的设计及电机试验报告自动生成等五大部分着手，实现了对电机试验的各项数据，即直流电阻、绝缘电阻、 电流、电压、功率、转速、温度、振动、噪声等实行自动采样，所有数据经计算机处理分析后，自动生成试验报告。 关键词 ： 三相异步电机 智能仪表 计算机 测试 沈阳工业大学本科毕业设计（论文） Design of automatic acquisition and control system for AC motor test Abstract: in recent years, the popularization of computer automatic test syst
9、em development develop new way, the rapid development of modern electronic technology and improve the precision and speed of motor test, dynamic test and the new test method provides the possibility, and further promote the development of motor testing technology. In this development background, we
10、have carried out the intelligent motor automatic test and control system. Design of control system of automatic data acquisition and AC motor test is begun by test power system design, type of motor test bed design, intelligent instrument display system design, computer acquisition processing system
11、 design and motor test report automatically generated five parts to achieve the data of motor test, namely DC resistance, insulation resistance, current, voltage, power, speed, temperature, vibration, noise and so on the implementation of automatic sampling, all the data by computer analysis and pro
12、cessing, automatic generation of test reports. Key words: three phase asynchronous motor intelligent instrument computer test 沈阳工业大学本科毕业设计（论文） 第 1 章 绪 论 1 第 1 章 绪 论 1.1 概述 随着电机技术和计算机技术的不断提高，电机试验计算机采集处理系统作为电机测试领域的一个重要组成部分，也得到了迅速的发展。它已经从传统的人工手动和人工读数方式发展为完全以计算机为中心，采用数据采集与传感器相结合的集中管理和分散控制的自动测试系统，能最大限度的完
13、成测试工作的全过程。它既能实现对信号的检测，也能对所获得的信号进行分析处理而获得有效的信息。 1.2 课题设计的研究意义及其研究内容 电机测试技术对电机工业的发展起着举足轻重的作用。近代电子技术的迅速发展。计算机在测 试系统中已作为测试设备的一部分，大大提高了电机试验的精度与速度，减少测量结果的误差，对产品质量起到了监督和保证作用，开辟了电机发展的又一新纪元。 然而，我国在微型计算机控制方面设备比较落后，尤其是测试设备的落后成为我们主攻的方向。目前，很多大型企业和高校对其进行了一系列卓有成效的改造，测量精度越来越高，操作起来更加便利。在工业快速发展的今天，电机作为主要动力，产量不断提高，那么对
14、其各方面性能的测试（电机测试）方法和技术的改进问题也就突出的摆在人们面前。交流电机试验计算机采集处理系统的设计正是根据电 机测试技术发展的需要，结合电器控制、电力电子技术、计算机通讯等多种知识完成的。 交流电机试验自动采集与控制系统的设计主要是通过对试验电源系统的设计、电机型式试验台的设计、智能仪表采集显示系统的设计、计算机采集处理系统的设计及电机试验报告自动生成等五大部分着手，实现了对电机试验的各项数据，即直流电阻、绝缘电阻、电流、电压、功率、转速、温度、振动、噪声等实行自动采样，所有数据经计算机处理分析后，自动生成试验报告。并可输出打印、存档、随时调阅。 1.3 研究发展概况 国际上发达国
15、家早已在 20世纪 80年代末就推 出了跨世纪的总线测试系统及产品，它采用开放的总线标准，使用户在最短的时间内利用总线式仪器和软件，灵活组建自动测试系统，其系统的测试速度和测量准确性非常高，大大节约了测试时间并降低了测试费用。与国外相比，我国自动测试技术的发展缓慢，测试手段落后。为使我国的现代自沈阳工业大学本科毕业设 计（论文） 第 1 章 绪 论 2 动测试技术和产品能跟上国际先进水平，与发达国家的测试手段相接轨，“九五”期间原国家机械工业局承担了 97772 自动测试系统及设备技术研究科技攻关项目。 该项目的完成提高了我国机电行业自动测试技术的水平，为我国机电产品的性能和质量上台阶提供了保
16、障。 “ 九五 ” 期间对中小型电机的派生系列、专用系列产品 进行了更新 ，将自动测试技术及电子计算机应用于电机测试中大大提高了电机试验的精度和速度，使 产品水平达国际水平。 1.4 目前此研究领域存在问题 传统的系统采用人工手动调节的模拟量控制，诸如继电器、接触器、定时器、计数器等。其存在的主要问题是：结构复杂、控制过程烦琐、控制精度低、成本费用高，设计与维护困难。整个过程中的人工操作频繁，容易造成操作误差，不适合现代化的集中管理。人工读数、人工处理试验报告，电机测试数据的重复性差。随着电机技术的不断成熟和电机性能的不断 提高，传统的测试技术越来越不适应现代化的要求，自动测试技术取代传统的测
17、试技术势在必行。 1.5 设计要求和试验项目 1.5.1 设计要求 （ 1） 转矩转速仪体积小，惯性轻，噪声小，寿命长。 （ 2） 各种仪器的测试精度高，数字显示转矩、转速、功率、功率因素、电流、电压，电流、电压、功率、转矩以及转速的测量要准确。 （ 3） 测试系统能完成 1KW 315KW 的各类型电机的直流电阻、绝缘电阻、空载试验、堵转试验、负载试验、温升试验和最大最小转矩的测定，并能进行自动测试，存贮数据，绘制曲线图，打印报表。 （ 4） 转矩、转 速测量仪采用单线控制，具有抗干扰特点，使系统可靠，运行稳定。 （ 5） 系统的软硬件设计采用开放式系统结构，以利于系统的扩展，方便系统的二次
18、开发，从而适应各种特殊试验要求。 1.5.2 试验项目 ： (1) 绝缘电阻试验。测量电机的绝缘电阻、以及此时的环境的温度。 (2) 空载试验。检测空载电流 0、空载电压 0、空载输入功率 0，自动绘制空载特性曲线，并分离出铁耗 、机械耗 （杂耗）。 (3) 堵转试验。检测堵转电流 、堵转转矩 、电压 ，并自动绘制堵转特性曲线 ,沈阳工业大学本科毕业设计（论文） 第 1 章 绪 论 3 开路电压试验。测量绕线电机的 开路电压。 (4) 开路电压试验。测量绕线电机的开路电压。 (5) 温升试验。检测电流 、电压 、输入功率 、工频 、扭矩 、转速 、效率 、功率 cos 、转差率 、输入功率 ，
19、利用带电测温仪带电测量电机各部分的温度。 （ 6） 负载试验。检测电流 、电压 、输入功率 、工频 、扭矩 、转速 、效率 、功率 cos 、转差率 、输入功率 ，自动绘制工作特性曲线。 其它试验项目，如过电压试验、过电流试验、超速试验、正反转试验等根据用户的需要另行确定。 沈阳工业大学本科毕业设计（论文） 第 2 章 系统的测量原理 4 第 2 章 系统的测量原理 2.1 系统各物理量的测量原理和方法 电机试验无论是型式试验还是出厂试验都要对被测电机的电压、电流、功率。电网频率、转速、转矩、功率因数以及温度等一些物理量进行测试。在这些物理量中又有电量和非电量之分，对于交流电机而言，电量的测量
20、主要包括交流电压、交流电流及其有效值、平均功率、功率因数及效率、绕组冷态直流电阻的测量等，非电量的测量主要包括转速、转矩、温升的测量 电机的测试包括电机的电压、电流、功率、频率、转速、转矩、功率因数及温度等量 的采样，本系统采用的都 是智能仪器仪表对信号进行采样然后再用 RS-485 通信协议来通信从而测量系统的各电量参数 。 系统的电量和非电量的采集由电参数测试仪、电阻测试仪和转矩转速测试仪、温度测量仪等来完成。这些测试仪它们可以单独测量电机某些参量，又可根据灵活、方便的通讯协议，把采集得到的数据送到计算机 1。 2.1.1 电压电流的测量 在本系统中，用 GAAZ-062、 GAVZ-06
21、2 采集电压电流，再经过 RS485/RS232 通信接口传到计算机和显示器显示。 2.1.2 有功功率和无功功率的测量 交流电路的有功功率定义为电压和 电流瞬时值的乘积，即 （ ） （ ） （ ） ，对其进行离散化处理，对于 第 个采样点（ ）时 的瞬时功率为 1： （ ） （ ） （ ） （ ） 由式可知，计算瞬时功率，要求采用同一时刻的电压和电流值相乘，在本系统中 是首先利用电流互感器把线路电流变为 5A 以内的信号再利用 三相三线有功无功功率变送器 （ GAP Q3-062） 测得系统中的有功功率和无功功率。 2.1.3 功率因数和频率的测量 正弦波电压和电流供电时，交流电路的平均功率
22、为 2： COS （ 2.2） 其中 和 分别为电压和电流的有效值，而为电压和电流之间的相位移。在智能化电机测试系统中，功率因数的测量由 功率因数变送器 （ GACOS-062） 来完成。 电网频率的测量频 率变送器 （ GAF-061） 来完成沈阳工业大学本科毕业设计（论文） 第 2 章 系统的测量原理 5 2.1.4 转矩和转速的测量 测量转速的方法很多，主要分为数字式测速和模拟式测 速两类，数字式测速是通过某种方法读出一定时间内的总转速或一定转速所经历的时间来计算转速，而模拟方法是测出有瞬时值转速引起的某种物理量的（如离心力等）的变化来表示转速的大小。 2.1.5 温度的测量 电机各部分
23、温度如机壳温度、铁心温度、轴承温度和绕组温度等，特别是绕组温度不仅表示电机的发热状态，而且与电机的寿命有密切的关系，一般认为，绕组温度每增加 8 10 ，绕组寿命将缩短一半。电机试验标准中规定要进行温升试验，其目的就是在于热稳定状态下测定电机各部分的温度。 为保证电机的正常运行，那么电机各部件的稳定 温升不得超过国家标准的允许值。国家标准中对电机的铁心，轴承，润滑油，冷却介质等规定了温度的极限值，对电机的绕组也规定了温升的极限值。绕组的温升除了与各种绝缘结构的极限使用温度有关以外，还与环境温度，热点温度有关。 电机温升的测量方法根据国家标准的规定有四种：温度计法、电阻法、埋置检温计法和迭加法（
24、双桥对电测温法），红外线测温仪温度指示器等等。在我们研制的电机测试控系统中，温度的测量由 Pt100 温度传感器测得电阻的变化值再利用 多路智能巡检远传控制仪 （ WIDEPLUS-F08-8-04-08-H） 显示和传给计算 机进行处理。 2.2 测量误差的原理 一切实验检测结果都具有误差，或者说，误差自始至终存在于一切科学实验及检测的过程中。 2.2.1 误差的分类及定义 2.2.1.1 按误差的实际含义分类 按误差的实际含义，可分为绝对误差、相对误差和引用误差三种。 (1) 绝对误差 某量的给出值与它的真值之差，称为绝对误差，简称真误差。 用 、 和 分别代表绝对真误差、给出值和真值，则可用下式表示它们之间的关系 3
