電機自動實驗系統(tǒng)設(shè)計

目 錄摘 要 Abstract 第1章 概 述 1.1研制直流電動機自動測試系統(tǒng)的現(xiàn)實意義 1.2系統(tǒng)設(shè)計的基本要求 1.3電機測試標準 1.4系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)想 第2章 總體方案 2.1直流電機簡介 2.1.1電磁式直流電機2.1.2永磁式直流電機2.1.3無刷直流電機 2.2他勵直流電機的運行特性2.2.1概念 2.2.2運行特性各曲線的意義2.3系統(tǒng)的構(gòu)成原理2.4 試驗項目 2.4.1空載試驗 2.4.2負載試驗2.4.3溫升試驗 2.4.4他勵直流電動機的固有轉(zhuǎn)速調(diào)整率的測定 第3章 硬件設(shè)計3.1試驗線路的設(shè)計 3.1.1線路方案的設(shè)計3.2 試驗電源的設(shè)計 3.2.1全波橋式半控整流電路工作原理 3.2.2全波橋式半控整流電路相關(guān)參數(shù) 3.3 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計 3.3.1 工控機 3.3.2 電量變送器 3.3.3 傳感器3.3.4溫度傳感器3.3.5霍爾電流傳感器3.3.6轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器3.4 通信系統(tǒng)的設(shè)計 3.4.1概述3.4.2 RS-232的介紹3.4.3 RS-485的介紹第4章 軟件設(shè)計4.1軟件介紹 4.1.1概述4.1.2 Visual Basic 6.0簡介4.2系統(tǒng)設(shè)計4.2.1軟件設(shè)計思路4.2.2軟件設(shè)計過程 4.2.3軟件界面 結(jié)束語 參考文獻致謝摘要 本課題電機自動測試系統(tǒng)的設(shè)計，它主要利用計算機控制直流電機的運行并對試驗時的各項性能參數(shù)進行自動采集分析。它涉及到傳感技術(shù)，通信技術(shù)，信號處理技術(shù)以及計算機綜合處理和檢測技術(shù)等。該自動測試系統(tǒng)是以計算機作為核心設(shè)備，控制傳感器和變送器自動采集試驗時的各種數(shù)據(jù)并最終傳輸回計算機進行處理。整個測試系統(tǒng)分為三部分：計算機數(shù)據(jù)處理部分；現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動采集部分；通信部分；其中計算機數(shù)據(jù)處理部分由數(shù)據(jù)存儲、輸出部分以及繪圖、計算部分組成，它可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取、計算、分析和圖表功能，并能自動生成試驗報告；現(xiàn)場數(shù)據(jù)自動采集部分負責(zé)采集試驗數(shù)據(jù)，如電壓、電流、功率、頻率和各部分溫度等等；通信部分負責(zé)試驗數(shù)據(jù)的顯示及傳輸。軟件實現(xiàn)是以VB6.0和VC6.0作為開發(fā)工具,開發(fā)出直流電動機自動測試系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，通過COM技術(shù)，結(jié)合Microsoft的Access數(shù)據(jù)庫和Excel電子表格等使用軟件開發(fā)出本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理、查詢、報表、曲線和打印系統(tǒng)。（關(guān)鍵詞） 直流電動機，傳感技術(shù)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，自動測試，通信技術(shù)【Abstract 】 This task Direct current generator auto test system design ，Various performance parameter that its the main use computer control direct current generator operation adjust when testing is collected the analysis voluntarily .That it relates to passing on senses the technique skill ,Communication technique ,Treatment of signal technique along with calculating machine integrated processing and the examination technique awaits .That auto test systematically is doing worthwhile core installation with the calculating machine ,The different data that control sensor and transmitter are collected when testing are voluntarily finally transmitted back the calculating machine to handle .The entire test system is divided into three sections :Calculating machine data handling section ;The field data is collected the section voluntarily ；Communication section ;In it the calculating machine data handling section is through the data storage 、Output section along with mapping 、The calculation section is makeed up ,It may achieve the data accesss 、Calculation 、Analyse and the picture capacity showwed off the contributions ,Moreover test report be able to be generateed voluntarily ;The field data is collected and partly is in charge of collecting the test data voluntarily ,In case tension 、Electric current 、Meritorous service rate 、The frequency waits with the different part of temperature ;The communication section is in charge of test data display and the transfer .The software implementation is doing worthwhile the development tool with VB6.0 and VC6.0 , and the direct current intention auto test system is come out in the development ,Be living on this base ,By means of COMs technique ,Uniting the applications software such as Access data bank and the Excels Electronic From of Microsoft and so on opens up out native systematic data management 、Inquiry 、Report form 、The curve is with stamps the system .第1章 概 述1.1 研制直流電動機自動測試系統(tǒng)的現(xiàn)實意義在科技日新月異的今天，直流電機的技術(shù)也日趨完善。但如何在現(xiàn)有先進技術(shù)的基礎(chǔ)上更進一步的提高電機的各項性能指標，使電機的發(fā)展趨于完美，已成為電機技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。直流電機的使用率如此之高，主要是因為它的噪音小、體積小、傳動平穩(wěn)等等，所以在工業(yè)上使用越來越廣泛。電機的測試技術(shù)主要是測試出電機的幾大基本參數(shù)，像電阻、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫升等等 。而在新的電機產(chǎn)品研制過程中，除了必須對設(shè)計、工藝過程及理論分析等方面進行研究外，還必須對電機及其模型進行大量的試驗，以進一步探索改進和完善的途徑。從事電機生產(chǎn)的企業(yè)都免不了要對產(chǎn)品進行各種試驗，以檢查電機的質(zhì)量是否符合國家標準，確定電機的電氣和機械性能是否全面達到技術(shù)要求，這些都為該套自動測試系統(tǒng)提供了用武之地。以前的電機型式試驗系統(tǒng)主要由模擬設(shè)備和機械式測量儀表構(gòu)成，試驗人員工作繁重，數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作復(fù)雜，且由于人為因素，數(shù)據(jù)測量不準確。而該系統(tǒng)就正好彌補了傳統(tǒng)試驗方法的不足。綜上所述，該自動測試系統(tǒng)具有傳統(tǒng)的測試方法無法比擬的優(yōu)越性，隨著計算機的廣泛使用，硬件性能的提高以及價格的下降，傳統(tǒng)的電機測試方法己經(jīng)不能適應(yīng)社會和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，而采用計算機以及現(xiàn)代測試儀器的自動測試系統(tǒng)的研制是勢在必行的。1.2 系統(tǒng)設(shè)計的基本要求：（1） 能自動控制被測電機的起、停、自動采集測試數(shù)據(jù)，自動進行數(shù)據(jù)處理及參數(shù)計算，以及自動打印實驗報告，繪制特性曲線（2） 整個實驗過程由計算機的程序控制，只要改變計算機的程序，就可改變試驗中各項目的實驗（3） 數(shù)據(jù)采集以及傳輸速度快 各種參數(shù)測量的精度高（4） 工作可靠，操作簡便。1.3 電機測試標準產(chǎn)品標準是衡量產(chǎn)品的依據(jù)，產(chǎn)品標準多具強制性，一經(jīng)頒發(fā)，有關(guān)的制造廠、用戶和質(zhì)量監(jiān)督部門都得遵守。判斷某臺電機是否合格就是按照標準所規(guī)定的條件和方法進行測試，以考察它的性能能否達到標準的要求。 我國的標準體系分為四級，國家標準、專業(yè)標準(部標準)、地方標準和企業(yè)標準。國家標準是對全國經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展有重大意義、在全國范圍內(nèi)實行的標準;如關(guān)于量大面廣，跨部門生產(chǎn)的重要產(chǎn)品的標準。國家標準由國家標準局審批和頒發(fā)，代號GB，“旋轉(zhuǎn)電機基本技術(shù)要求”的編號為GB755一87，755是序號，87表示這個標準是1987年批準的。部標準(專業(yè)標準)各專業(yè)范圍內(nèi)實行的標準。各類電機的基本系列、重要派生類系列及重要專用系列的技術(shù)條件一般都屬于部標準。電機的部標準由機械工業(yè)部頒發(fā)，87年以前代號是JB、JB/z，91年以后為JB/T。有關(guān)電機試驗方面的標準大體是這樣安排的:對于各類和各大類通用的項目和試驗方法，由國家制定通用試驗方法標準，如GB755-87旋轉(zhuǎn)電機基本技術(shù)要求7和GB/T13111989直流電機試驗方法中就規(guī)定了直流電機的主要試驗項目和試驗要求。1.4 系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)想該自動測試系統(tǒng)的主要組成部分是：:微機系統(tǒng)及其外部設(shè)備、各種數(shù)字測試儀器和傳輸設(shè)備。試驗的過程控制是由微機系統(tǒng)來實現(xiàn)，它還要進行數(shù)據(jù)處理、曲線繪制、自動生成報告等。微機控制著整個試驗過程：其中各種數(shù)字儀器的數(shù)據(jù)采集就主要是通過通訊口而受微機控制，而進行工作的。第2章 總 體 方 案2.1 直流電機簡介直流電機可分為：電磁式直流電機、永磁式直流電機和無刷直流電機。2.1.1 電磁式直流電機其定子鐵心上裝有磁場繞組和換相繞組，分別稱為主磁極和換相極；轉(zhuǎn)子鐵心中嵌有電樞繞組，一端裝有換向器（又被稱為整流子，俗稱“銅頭”）；另外還有和換向器相接觸的電刷及相關(guān)裝置等。這類型的直流電機稱為電磁式直流電機。又因為電樞繞組是通過電刷和換向器之間的滑動接觸和外部電源（對電動機）或負載（對發(fā)電機）相連接的，所以又被成為“有刷直流電機”。根據(jù)不同的使用要求，電磁式直流電機的勵磁繞組及其和電樞繞組的連接關(guān)系有多種型式。一般按勵磁繞組和電樞繞組的連接方式分類，常用的有：他勵；并勵；串勵和復(fù)勵四種，復(fù)勵中又可分為加復(fù)勵和減復(fù)勵兩種（前者較常用）。2.1.2 永磁式直流電機永磁式直流電機產(chǎn)生主磁場的勵磁部件是永久磁鐵（或成為磁鋼）。它和電磁式它勵直流電動機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、工作可靠、使用和維護方便、效率高等許多特點。在普通家用電器、電動工具、玩具、音響視聽設(shè)備、汽車、飛機、計算機等領(lǐng)域中做小功率的動力設(shè)備。隨著磁性材料的發(fā)展，其使用范圍正日益擴大。2.1.3 無刷直流電機因去掉了復(fù)雜的換向和電刷裝置，無刷直流電機具有了結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠的明顯優(yōu)勢。特別是采用永磁體的無刷永磁直流電機，其優(yōu)勢則更加明顯。現(xiàn)已廣泛使用在軟硬磁盤驅(qū)動器、光盤驅(qū)動器、激光打印機、攝錄像機、電動自行車和摩托車、航空航天等很多領(lǐng)域。無刷直流電動機由電機本體、傳成。電動機本體由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子上的多相繞組放置在鐵心槽內(nèi)；轉(zhuǎn)子上的磁鋼產(chǎn)生磁場；位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，和電子換向控制電路一起實現(xiàn)電子換向。本系統(tǒng)所使用的電機為電磁式直流電機。2.2 他勵直流電機的運行特性2.2.1概念：所謂運行特性是指在外加電壓U=Ue=常數(shù)，電樞回路不串入附加電阻、勵磁電流保持不變的條件下，電動機的轉(zhuǎn)速n，電磁轉(zhuǎn)矩Mdc和效率等和輸出功率P2之間的關(guān)系曲線，他勵直流電動機和并勵直流電動機有著相同的運行特性。用試驗法測取他勵直流電動機的運行特性時，接線原理如圖2 . 1所示。開始試驗前，應(yīng)先調(diào)節(jié)勵磁電流，使電機輸出功率為額定值Pe時的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速ne，此時的勵磁電流稱為額定勵磁Ife。試驗過程中，保持勵磁電流恒定，在此條件下，改變電動機的負載，測量不同負載下的轉(zhuǎn)速n、負載轉(zhuǎn)矩M2和輸出功率P2，可得到如圖2 . 2所示的運行特性。圖 2 . 1 他勵電動機的接線圖2.2.2運行特性各曲線的意義（1）速率特性。速率特性是指U=Ue=常數(shù)，If=Ife=常數(shù)時，n=f（P2）的關(guān)系曲線。根據(jù)U=Es+IsRs和Es=CEn可的轉(zhuǎn)速公式： （2.1）由此可見,在Ue和Ife的條件下,如果忽略電樞反應(yīng)的去磁作用.當(dāng)P2上升時,由于電樞電阻壓降ISRS的增大,轉(zhuǎn)速n下降.但電樞電阻RS一般都比較小,在額定工作狀態(tài)下,電樞電阻壓降差不多只占額定電壓Ue的5左右.因此,速率特性是一條略微下垂的直線。（2）轉(zhuǎn)矩特性是指U=Ue=常數(shù)，If=Ife=常數(shù)時，Mdc=f（P2）的關(guān)系曲線。根據(jù)電動機輸出轉(zhuǎn)矩M2和輸出功率的關(guān)系： （2.2）由式可知，若n不變，則M2= f（P2）是一根通過坐標原點的直線?？墒菍嶋H上當(dāng)P2增大時，轉(zhuǎn)速n略有下降，使得M2= f（P2）曲線略向上彎曲。因為Mdc=M2+M0，其中M0系由摩擦損耗和鐵耗所引起的，當(dāng)P2增加時，轉(zhuǎn)速n變化不大，所以和轉(zhuǎn)速有關(guān)的摩擦損耗和鐵耗變化不大，故M0可以看成為常數(shù)。因此，在M2= f（P2）曲線上加上空載制動轉(zhuǎn)矩M0，便得轉(zhuǎn)矩特性Mdc=f（P2），如圖2.2所示。2.3系統(tǒng)構(gòu)成原理 如下圖，I、U、P分別為電流變送器、電壓變送器和功率變送器；R為電阻/電壓變換器；t溫度變送器。以上各量為模擬量，經(jīng)模擬多路開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器變換成數(shù)字量送入微機。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器產(chǎn)生的模擬信號經(jīng)轉(zhuǎn)矩儀變換成數(shù)字信號，連同頻率信號一起經(jīng)數(shù)字量接口電路直接送入微機。電動發(fā)電機組的電壓、頻率調(diào)節(jié)以及被試電機的負載調(diào)節(jié)可在計算機的統(tǒng)一控制下自動實現(xiàn)。由微機送入控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和模擬開關(guān)后，可以利用晶閘管電路或伺服電機等對電機進行控制，以實現(xiàn)系統(tǒng)頻率、電壓和負載的自動調(diào)節(jié)。 按照電機學(xué)的基本原理，事先編制好微機的數(shù)據(jù)處理程序軟件，經(jīng)過對檢測數(shù)據(jù)的處理和計算后，就可以通過顯示器和打印機輸出被試電機的特性數(shù)據(jù)和特性曲線，或者直接輸出實驗報告，從而對被試電機的性能作出評價。 圖 2 . 3 系統(tǒng)框圖 2.4 試驗項目該自動測試系統(tǒng)是以常用中小型電磁式他勵直流電機為測試對象。測試內(nèi)容由以下幾個通用試驗項目組成：（1）空載試驗 （2）負載試驗（3）溫升試驗（4）他勵直流電動機的固有轉(zhuǎn)速調(diào)整率的測定2.4.1空載試驗（1）試驗?zāi)康?直流電機的空載特性是指當(dāng)電機在空載發(fā)動機狀態(tài)下，以額定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，電樞電壓和勵磁電流的關(guān)系曲線。做此試驗的目的是檢查電機的磁路飽和情況和氣隙的大小。（2）試驗方法試驗時，將被試電機的勵磁繞組由單獨的可調(diào)電源供電，即不管電機原來的勵磁方式如何，均改做他勵。用輔助電動機拖動被試機，并調(diào)節(jié)被試機轉(zhuǎn)速使之保持在額定值不變。電路原理如圖2 . 4： 圖 2 . 4 空載特性的測定電路原理圖試驗步驟：被試電機勵磁電流從零開始，逐步增加，直到電樞電壓達到130%的額定電壓為止，然后再逐步減小勵磁電流，一直回到零。在做曲線上升分支和下降分支時，各讀取79個點，每點讀取電樞電壓和勵磁電流，在電樞電壓額定值附近多讀取幾點。根據(jù)各點數(shù)據(jù)畫出上升分支和下降分支兩條曲線，如圖2 . 5： 圖 2 . 5 直流電機的空載特性曲線因為下降分支更能反映出電機的磁路特點，并可以測定出剩磁所產(chǎn)生的空載電動勢，所以有時只做下降分支。試驗時應(yīng)注意兩點：一是測試中勵磁電流的調(diào)節(jié)，只允許按一個方向進行。比如在做下降分支時，某一點調(diào)得過低，需要再調(diào)高一點，此時應(yīng)將電流調(diào)到最高值，然后再降低到所需要的一點。二是由于電機的磁路比較飽和，電樞電壓調(diào)不到130%的額定值時，應(yīng)盡可能調(diào)高電壓，但勵磁電流不能超過額定值的兩倍。在做檢查試驗時，無需做出整條曲線，而是僅做下降分支中額定電壓時的一點。其值和型試試驗值比較，在額定勵磁電流時，空載電樞電壓值允許相差5%。如果超差，則應(yīng)對電機的磁極和電樞間的氣隙進行調(diào)整。當(dāng)電樞電壓偏高時，應(yīng)增大氣隙；反之，應(yīng)在磁極下面增加墊片，以減小氣隙。氣隙的調(diào)整范圍按下式進行計算: =2偏差值 % （2.6）式中 需要調(diào)整的氣隙，mm； 原主極氣隙，mm。2.4.2負載試驗（1）試驗?zāi)康闹绷麟姍C的額定負載試驗是量取和校核額定負載時的勵磁電流值（對于發(fā)動機）和額定負載時的電樞電流、勵磁電流和轉(zhuǎn)速的數(shù)值（對于電動機），同時檢查換向情況、振動情況和現(xiàn)場的其他情況。（2）試驗方法:直流電機的負載試驗有兩種方法，直接負載法和回饋法?；仞伔ㄓ职ǘ喾N型式的回饋。由于直接負載法線路簡單，操作方便，所以該系統(tǒng)采用此法。直接負載法的電路原理如圖2 . 6所示。被試電機可以是發(fā)動機，也可以是電動機。輸出的負載電阻是可調(diào)節(jié)的電阻器，一般使用調(diào)光電阻器（電燈）、水電阻、鑄鐵電阻、電爐絲等。 圖 2 . 6 直流負載法電路原理圖試驗發(fā)電機時，調(diào)整M的轉(zhuǎn)速達到發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速，并保持在試驗過程中不變。合上開關(guān)Q，調(diào)節(jié)G的勵磁電流，使發(fā)電機的電壓為額定值。逐步向小調(diào)節(jié)負載電阻，使發(fā)電機輸出電流增至額定值。此時記錄發(fā)電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)速及勵磁電流值。和此同時應(yīng)檢查換向，確定火花等級并做好記錄。還要檢查電機的振動情況及軸承運行的情況。試驗電動機時，首先為被試電機加上勵磁電流，并調(diào)到額定值。合上Q1，逐步增加電源電壓至額定值，此時電機轉(zhuǎn)速基本是額定轉(zhuǎn)速。合上Q，逐步增加直流發(fā)電機G的勵磁電流，電動機的電流也隨著增加，直到電動機的電流電流達到額定值時，再逐一調(diào)整電動機的電源電壓和電樞電流，使電動機在額定狀態(tài)下運行。此時記錄直流電動機的端電壓、電樞電流、勵磁電流、轉(zhuǎn)速等，同時檢查振動及軸承運行情況。應(yīng)注意電機應(yīng)在額定狀態(tài)下運行1h，或按電機的要求，進行定時的額定負載運行。發(fā)電機負載特性一般指外特性，既發(fā)電機轉(zhuǎn)速及勵磁保持不變時，端電壓對負載電流的關(guān)系。所謂勵磁保持不變，是指電機在額定負載狀態(tài)下運行時的勵磁不變。對他勵發(fā)電機保持勵磁電流不變；對并勵、復(fù)勵發(fā)電機保持勵磁變阻器的位置不變。試驗時，保持電機的額定轉(zhuǎn)速和勵磁不變，改變負載電流由125%的額定值降低到零，共測量57點，每一點記錄端電壓，電樞電流、轉(zhuǎn)速及勵磁電流。然后繪制U = f （Ia）曲線。電動機的負載特性一般指轉(zhuǎn)速特性，即電動機端電壓和勵磁不變時，電機轉(zhuǎn)速對負載電流的關(guān)系。所謂勵磁不變，是指電動機在額定運行時的勵磁不變。對他勵、并勵電機保持額定勵磁電流不變，對復(fù)勵電動機應(yīng)保持勵磁電阻器位置不變。試驗時，保持電機的額定電壓不變，勵磁不變。改變負載電流由125%的額定值降到零（對于串勵電動機應(yīng)為1/4額定值），測量57點。每一點記錄端電壓、電樞電流、轉(zhuǎn)速及勵磁電流。然后繪制n = f （Ia）曲線。對于可以逆轉(zhuǎn)的電動機，應(yīng)對兩個方向進行試驗。對于轉(zhuǎn)速可調(diào)的電動機，應(yīng)在最高和最低轉(zhuǎn)速下，都進行此項試驗2.4.3溫升試驗（1）溫升試驗?zāi)康?電機各部分溫度如電機繞組溫度、軸承溫度、鐵芯溫度及機殼溫度，特別是繞組溫度不僅表示電機的發(fā)熱狀態(tài)，而且和電機的壽命有直接聯(lián)系。據(jù)測定，繞組每升高10，繞組的壽命減少一半。因此，電機各部分只有在低于其最高允許工作溫度下使用，才能保證其經(jīng)濟使用壽命和運行可靠性。電機溫升的測量方法根據(jù)規(guī)定有四種：溫度計法、電阻法、埋置檢溫計法和迭加法（雙橋?qū)﹄姕y溫法），此外，目前國內(nèi)正在研制的有無線電測溫、紅外線測溫核溫度指示器等等。在我們研制的電機測試控系統(tǒng)中，溫度的測量由Pt100測得溫度再傳給工控機進行相應(yīng)的處理。（2）電機溫升、溫升限度的概念1. 電機某部件和周圍介質(zhì)溫度之差，稱電機該部件的溫升。2. 電機在額定負載下長期運行達到熱穩(wěn)定狀態(tài)時，電機各部件溫升的允許極限，稱溫升限度。電機溫升限度，在國家標準GB755-65中作了明確規(guī)定。（3）絕緣結(jié)構(gòu)、耐熱等級概念:1. 一種或幾種絕緣材料的組合稱絕緣結(jié)構(gòu)。2. 耐熱等級表示絕緣結(jié)構(gòu)的最高允許工作溫度，并在這樣的溫度下它能在預(yù)定的使用期內(nèi)維持其性能，在允許的范圍內(nèi)及其所分的等級耐熱等級。耐熱等級的具體劃分見下表： 絕緣等級絕緣結(jié)構(gòu)極限溫度環(huán)境溫度溫升限值Y904045A1054060E1204075B1304080F15540100H18040125 表 2 . 1從上所述，電機中不同耐熱等級的絕緣材料有著不同的最高允許工作溫度。所謂最高允許工作溫度是指：在此溫度下長期使用時，絕緣材料的物理、機械、化學(xué)和電氣性能不發(fā)生顯著惡性變化，如超過此溫度，則絕緣材料的性能發(fā)生質(zhì)變，或引起快速老化。因此，絕緣材料最高允許工作溫度是根據(jù)它經(jīng)濟使用壽命確定的。從附表中可以看到，溫升限度基本上取決于絕緣材料的等級，但也和溫度的測量方法、被測部的傳熱和散熱條件有關(guān)，取決于絕緣材料的最高允許工作溫度。當(dāng)周圍冷卻介質(zhì)（例如空氣）的最高溫度確定后，就可根據(jù)絕緣材料的最高允許工作溫度規(guī)定電機部件的溫升限度。根據(jù)統(tǒng)計我國各地的絕對最高溫度一般在3540之間，因此在標準中規(guī)定+40作為冷卻介質(zhì)的最高標準。（4）溫升試驗測試過程 1. 冷卻介質(zhì)溫度測量。所謂冷卻介質(zhì)是指能夠直接或間接地把定子和轉(zhuǎn)子繞組、鐵心以及軸承的熱量帶走的物質(zhì)；如空氣、水和油類等。靠周圍空氣來冷卻的電機，冷卻空氣的溫度（一般指環(huán)境溫度）可用放置在冷卻空氣進放電機途徑中的幾只膨脹式溫度計測量。溫度傳感器所處的位置，離電機12m，并不受外來輻射熱及氣流的影響。宜選用分度為0.2或0.5、量程為050為適宜。2. 繞組溫度的測量。電阻法是測定繞組溫升公認的標準方法。1000kW以下的交流電機幾乎都只用電阻法來測量。電阻法是利用電動機的繞組在發(fā)熱時電阻的變化，來測量繞組的溫度，具體方法是利用繞組的直流電阻，在溫度升高后電阻值相應(yīng)增大的關(guān)系來確定繞組的溫度，其測得是繞組溫度的平均值。冷態(tài)時的電阻（電機運行前測得的電阻）和熱態(tài)時的電阻（運行后測得的電阻）必須在電機同一出線端測得。繞組冷態(tài)時的溫度在一般情況下，可以認為和電機周圍環(huán)境溫度相等。這樣就可以計算出繞組在熱態(tài)的溫度了。3. 鐵心溫度的測量。定子鐵心的溫度可用幾只溫度計沿電機軸向貼附在鐵心軛部測量，以測得最高溫度。對于封閉式電機，溫度傳感器可以裝在機座吊環(huán)孔內(nèi)。鐵心溫度也可用放在齒低部的銅康銅熱電偶或電阻溫度計測量。4. 機殼溫度的測量。測量機殼溫度時，對防護式電機，應(yīng)把溫度傳感器放在機殼中部。2.4.4他勵直流電動機的固有轉(zhuǎn)速調(diào)整率的測定（1）概念：直流電動機固有轉(zhuǎn)速調(diào)整率是指電動機在保持額定電壓和勵磁不變的情況下，由滿載到空載（或1/4負載）時的轉(zhuǎn)速變化率。（2）試驗方法:試驗時，保持電動機額定電壓和勵磁電流不變，其負載電流的調(diào)整步驟及方向，同電壓調(diào)整率的測定。只是對于不允許空載的電動機，負載電流不能調(diào)到零，而是不少于1/4額定值。試驗過程中，如在額定電流時的轉(zhuǎn)速和開始時有明顯差異，則應(yīng)重新進行試驗。試驗時應(yīng)同時讀取轉(zhuǎn)速、負載電流、勵磁電流和電樞電壓的數(shù)值，并繪制轉(zhuǎn)速對于負載電流的關(guān)系曲線。對于允許逆轉(zhuǎn)的電動機，應(yīng)在兩個方向上測取轉(zhuǎn)速調(diào)整率；對于變速電動機，應(yīng)在最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速時測取轉(zhuǎn)速調(diào)整率。檢查試驗時，僅做額定負載和空載（對不允許空載的電動機為1/4負載）兩個點，并依下式進行計算 （2.7）式中 nN固有轉(zhuǎn)速調(diào)整率 nN額定轉(zhuǎn)速，r/min n0空載時的轉(zhuǎn)速，r/min第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計該系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括試：（1） 試驗線路的設(shè)計（2） 試驗電源的設(shè)計（4） 通信系統(tǒng)的設(shè)計3.1試驗線路設(shè)計:3.1.1線路方案的設(shè)計將兩臺同型號、同規(guī)格的被試他勵直流電機用連軸器偶合起來，其中一臺作被試機，另一臺作陪試機，由電網(wǎng)提供工頻380V的交流電源給一套電動發(fā)電機組的拖動電機供電，其中一臺直流發(fā)電機作線路機，用于補充線路中的能量損耗。3.1.2 試驗原理圖圖 3 . 1 試驗電源接線圖這個實驗線路方案主要實用于被試電機額定電流在1000A以下的他勵直流電機。3.2 試驗電源的設(shè)計本系統(tǒng)的勵磁電源均采用全波橋式半控整流電路。3.2.1全波橋式半控整流電路工作原理電感性負載的單相全波橋式半控整流電路如下圖所示。3.2單相全波橋式半控整流電路原理圖（1） u2為正半周時，a點電位高于b點電位，晶閘管T1和二極管D2承受正向電壓而導(dǎo)通，電流的通路為aT1RLD2b。當(dāng)u2=0時，T1關(guān)斷。 （2） u2為負半周時，b點電位高于a點電位，晶閘管T2和二極管D1承受正向電壓而導(dǎo)通，電流的通路為bT2RLD1a。當(dāng)u2=0時T2關(guān)斷。其波形圖如下圖所示。圖 3.3全波橋式半控整流電路波形3.2.2全波橋式半控整流電路相關(guān)參數(shù)（1） 負載電壓Uo比單相半波可控整流時大一倍，即U0=0.9U2（1+cos）/2式中，=0時，Uo=0.9U2為最大，=180時，Uo=0為最小，所以的移相范圍為0180。（2） 負載電流Io由Io= Uo/RL可得I0=0.9U2（1+cos）/2RL（3） 晶閘管上的電壓棗晶閘管和二極管所承受的最大正反向電壓都為電源電壓u2的最大值，即（4） 功率因數(shù)cos: cos=（5） 晶閘管上的電流棗流過每個晶閘管和二極管的電平均值為負載電流的一半，即IT=IB=I0/2=0.45 U2（1+cos）/2RL。3.3 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的設(shè)計3.3.1 工控機：電機試驗中一般選用工業(yè)控制用微型計算機，簡稱“工控機”。工控機的抗干擾能力較強，能夠較好地適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境。在電機試驗中，數(shù)據(jù)的采集是指把各種電量和各種非電量自動地傳輸?shù)轿C中。微型計算機只能處理數(shù)字量，而一般的電量和非電量均是模擬量，如電量中的電壓、電流、功率及非電量中的電阻、轉(zhuǎn)矩、溫度等。模擬量要轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，才能輸入計算機進行處理。 數(shù)字量輸入計算機的方式有兩種，第一種人工從鍵盤輸入；第二種是通過計算機的接口自動地把數(shù)字量輸入計算機。而數(shù)字量自動的輸入計算機的方法又分兩種方式：（1） 采用數(shù)字式智能電子測量儀器（2） 采用A/D轉(zhuǎn)換板及傳感器來完成電量及非電量的測量 該系統(tǒng)采用第一種方式，該方式的特點如下：（1） 計量維修方便，可靠性高；（2） 積木式功能可以擴充（3） 顯示直觀（4） 抗干擾能力強 本方法是目前國際和國內(nèi)比較流行的方法，但其缺點是系統(tǒng)組成的成本較高。3.3.2 電量變送器交流電流變送器；交流電壓變送器,頻率變送器；功率變送器；功率因數(shù)變送器；直流電壓變送器；溫濕度組合變送器；直流電流變送器；交流、直流開關(guān)量變送器；空調(diào)開關(guān)量變送器；溫度開關(guān)量變送器；三電壓交流開關(guān)量變送器；直流欠壓開關(guān)量變送器；霍爾電流傳感器；霍爾電壓傳感器；霍爾電流變送器；濕度開關(guān)量變送器。（1）產(chǎn)品介紹：交流電流（電壓）變送器是一種能將被測交流電流（交流電壓）轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出直流電壓或直流電流的儀器，廣泛使用于電力、郵電、石油、煤炭、冶金、鐵道、市政等部門的電氣裝置、自動控制以及調(diào)度系統(tǒng)。交流電流、電壓變送器具有單路、三路組合結(jié)構(gòu)形式，其特點為：1. 準確度高（典型：0.2%，最好0.05%）。2. 整個量程范圍都有極高的線性度。3. 集成化程度高，結(jié)構(gòu)簡單，優(yōu)良的溫度特性和長期工作穩(wěn)定性，使變送器免于定期校驗。（2）執(zhí)行標準GB/T13850-1998idtIEC688:1992（3）主要技術(shù)指標1. 精度等級：0.2級、0.5級2. 輸入、輸出及輔助電源參數(shù)3. 輸入頻率：50Hz5Hz4. 過載輸入：電流：2倍連續(xù)30倍1秒電壓：2倍連續(xù)5. 吸收功率：電壓回路：0.5VA/450V電壓回路：0.2VA/100V電流回路：0.1VA/5A6. 響應(yīng)時間：350ms7. 輸出負載：電流：當(dāng)輔助電源24V時，RL650歐；當(dāng)輔助電源為12V、15V時，RL300歐；電壓：RL2k歐8. 工頻耐壓：輸入/輸出/外殼間：AC2kV/min9. 絕緣電阻：20M歐10.沖擊電壓：5kV/1.2-50us（峰值）11.工作環(huán)境：溫度:-1050濕度:1090%（無凝露）12. 貯藏條件：溫度:-4070濕度:1095%（無凝露）13. 外形尺寸：YDD-I、YDD-U型：55mm75mm120mm立方Y(jié)DD-3I、YDD-3U型：110mm75mm120mmYDE-I、YDE-U型：42mm75mm70mmYDE-3I、YDE-3U型：110mm75mm70mmYDF-I、YDF-3U型：104mm31mm77mmYDL-I(3I)、YDL-U(3U)型：75mm22.5mm100mmHC300系列智能電壓、電流表型號說明型型 譜說 明HC-300智能電壓、電流表外型尺寸A橫式16080125mmA/S豎式80160125mmB方式9696110 mmC橫式9648110 mmC/S豎式4896110 mmD方式7272110 mmF方式4848110 mm報警點數(shù)BB0無報警輸出；B1-1個繼電器輸出通 訊 輸 出P微型打印機R串行通訊RS232S串行通訊RS485通 訊 輸 出P微型打印機R串行通訊RS232S串行通訊RS485供 電 電 源220VAC供電WDC24V供電輸 入 信 號AV ( )交流電壓輸入，( )內(nèi)記入輸入量程DV ( )直流電壓輸入，( )內(nèi)記入輸入量程AA ( )交流電流輸入，( )內(nèi)記入輸入量程DA ( )直流電流輸入，( )內(nèi)記入輸入量程表 3 . 13.3.3 傳感器（1）概念、原理和特性：將測量對象的非電量信號變換成電信號的元、器件稱之為敏感元件。不僅具有信號變換而且具有信號處理功能的裝置稱之為傳感器。通過微型計算機的使用來提高儀器儀表的性能，提高儀器儀表本身自動化、智能化程度和數(shù)據(jù)處理能力。儀器儀表不僅供單項使用，而且可以通過標準接口和數(shù)據(jù)通道，和電子計算機結(jié)合起來，組成各種測試控制管理綜合系統(tǒng)，滿足更高的要求。（2）傳感器的選用的注意點1. 測量條件如果誤選傳感器，就會降低系統(tǒng)的可靠性。為此，要從系統(tǒng)總體考慮，明確使用的目的。測量條件如：測量范圍，輸入信號的帶寬，要求的精度，測量所需要的時間、輸入發(fā)生的頻繁程度。2. 傳感器的性能精度、穩(wěn)定性、響應(yīng)速度、模擬信號或數(shù)字信號、輸出量及電平，校準周期，過輸入保護。3. 傳感器的使用條件如設(shè)置的場所，環(huán)境，測量時間，和顯示器之間的信號傳輸距離，和外界設(shè)備的連接方式以及供電電源的容量等。4. 傳感器的使用注意事項精度較高的傳感器都需要定期校準，一般來說，須36個月校準一次；傳感器通過插頭和拱橋電源和二次儀表連接時，應(yīng)注意引線號不能接錯；各種傳感器都有一定的過載能力，但使用時盡量不要超出量程傳感器的特性是指傳感器的輸入量和輸出量之間的對應(yīng)關(guān)系。通常把傳感器的特性分為兩種：靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性是指輸入不隨時間而變化的特性，它表示傳感器在被測量各個值處于穩(wěn)定狀態(tài)下輸入輸出的關(guān)系。動態(tài)特性是指輸入隨時間而變化的特性，它表示傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。一般來說，傳感器的輸入和輸出關(guān)系可用微分方程來描述。理論上，將微分方程中的一階及以上的微分項取為零時，即可得到靜態(tài)特性。因此傳感器的靜特性是其動特性的一個特例。傳感器除了描述輸入和輸出量之間的關(guān)系特性外，還有和使用條件、使用環(huán)境、使用要求等有關(guān)的特性。（3）傳感器的靜特性傳感器的輸入-輸出關(guān)系:輸入（外部影響：沖振、電磁場、線性、滯后、重復(fù)性、靈敏度、誤差因素）傳感器輸出（外部影響：溫度、供電、各種干擾穩(wěn)定性、溫漂、穩(wěn)定性（零漂）、分辨力、誤差因素）。人們總希望傳感器的輸入和輸出成唯一的對應(yīng)關(guān)系，而且最好呈線性關(guān)系。但一般情況下，輸入輸出不會完全符合所要求的線性關(guān)系，因傳感器本身存在著遲滯、蠕變、摩擦等各種因素，以及受外界條件的各種影響。 傳感器靜態(tài)特性的主要指標有：線性度、靈敏度、重復(fù)性、遲滯、分辨率、漂移、穩(wěn)定性等。（4）傳感器的動特性動特性是指傳感器對隨時間變化的輸入量的響應(yīng)特性。很多傳感器要在動態(tài)條件下檢測，被測量可能以各種形式隨時間變化。只要輸入量是時間的函數(shù)，則其輸出量也將是時間的函數(shù)，其間關(guān)系要用動特性來說明。設(shè)計傳感器時要根據(jù)其動態(tài)性能要求和使用條件選擇合理的方案和確定合適的參數(shù)；使用傳感器時要根據(jù)其動態(tài)特性和使用條件確定合適的使用方法，同時對給定條件下的傳感器動態(tài)誤差作出估計。總之，動特性是傳感器性能的一個重要方面，對其進行研究和分析十分必要?？偟膩碚f，傳感器的動特性取決于傳感器本身，另一方面也和被測量的形式有1. 規(guī)律性的： a. 周期性的：正弦周期輸入、復(fù)雜周期輸入；b. 非周期性的：階躍輸入、線性輸入、其他瞬變輸入2. 隨機性的：a. 平穩(wěn)的：多態(tài)歷經(jīng)過程、非多態(tài)歷經(jīng)過程；b. 非平穩(wěn)的隨機過程。在研究動態(tài)特性時，通常只能根據(jù)“規(guī)律性”的輸入來考慮傳感器的響應(yīng)。復(fù)雜周期輸入信號可以分解為各種諧波，所以可用正弦周期輸入信號來代替。其它瞬變輸入不及階躍輸入來得嚴峻，可用階躍輸入代表。因此，“標準”輸入只有三種；正弦周期輸入、階躍輸入和線性輸入。而經(jīng)常使用的是前兩種。3.3.4溫度傳感器（Ni-1000 SOT溫度傳感器）（1）概述溫度傳感器有各種類型，基本上可分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式傳感器就是溫敏傳感器和被測物體直接接觸來測量其溫度，這是測溫的最基本方式。這種測量方式通過接觸的被測物體的熱量傳給溫敏傳感器來進行測量，這種測溫方式將使被測物體的溫度降低，特別是被測物體較小時，這種作用尤為顯著，從而不能進行精確的溫度測量。因此，采用這種方式的前提條件是，被測物體的熱容量同溫敏傳感器元件相比要足夠大。非接觸測溫方式通過測量來自被測物體的輻射的熱量，可以遠距離測量物體的溫度，使用范圍廣。但它常需要能夠聚集輻射熱能的光學(xué)系統(tǒng)和各種輔助設(shè)備。現(xiàn)在工業(yè)上廣泛使用的傳統(tǒng)溫度傳感器是銅、鎳、鉑金屬，電阻體和各種熱電偶。鉑等金屬電阻體是利用金屬材料的電阻隨溫度升高而增加這一現(xiàn)象制成，具有良好的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性，精確度較高，線性度也好。熱電偶是利用物理學(xué)中的塞貝克效應(yīng)制成的溫度傳感器。當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B組成閉合回路時，若兩端結(jié)點溫度不同，則回路中產(chǎn)生電流，相應(yīng)的電勢稱為熱電勢，這種裝置稱為熱電偶。常見的有鉑銠鉑熱電偶、鎳鉻鎳鋁熱電偶和銅康銅熱電偶。（2）特性DIN43760 TCR（電阻溫度系數(shù)）=6178ppm/K(0100R(T)=Ro*(1+a*T+b*T2+c*T4+d*T6)a=5,485*10-3b=6,650*10-6 c=2,805*10-11d=-2,000-17 3.3.5 霍爾電流傳感器（YDG-HSD系列霍爾電流傳感器）（1） 概述YDG系列霍爾效應(yīng)傳感器，可以測量任意波形的電流和電壓，輸出端能真實地反映輸入端電流或電壓的波形參數(shù)。針對霍爾效應(yīng)傳感器普遍存在溫度漂移大的缺點，采用補償電路進行控制，有效地減少了溫漂對測量精度的影響，確保測量準確；具有精度高、安裝方便、售價低的特點。YDG系列霍爾效應(yīng)傳感器廣泛使用于變頻調(diào)速裝置、逆變裝置、UPS電源、通信電源、電焊機、電力機車、變電站、數(shù)控機床、電解電鍍、微機監(jiān)測、電網(wǎng)監(jiān)控等需要隔離檢測電流電壓的設(shè)施中。（2）原理YDG-HSD系列電流傳感器是一種原邊和副邊高度電隔離，副邊真實反映被測直流、交流、脈動電流等原邊波形的傳感器。它具有反應(yīng)時間快、過載能力強、溫度特性高、輸出連續(xù)可調(diào)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。（3）通用性能指標測量范圍2I N頻率特性010KHz過載能力20I N絕緣耐壓2.0KV RMS/50Hz/min精度等級優(yōu)于0.5%I N工作溫度070線性度優(yōu)于0.2%工作電源12V15V失調(diào)電壓小于20mV電源耗電12mA溫度漂移優(yōu)于50ppm/阻燃特性UL94-V O反應(yīng)時間小于10uS內(nèi)置電源浪涌、極性反接保護；表 3 . 2（4）YDG-HSD-2-A型電流傳感器型 號輸 入/輸 出引腳接線YDG-HSD-2-50A050A/04V1.正工作電源端2.負工作電源端3.測量輸出端4.公共接地端YDG-HSD-2-100A0100A/04V0100A/04V0150A/04VYDG-HSD-2-200A0200A/04VYDG-HSD-2-300A0300A/04V表 3 . 3 3.3.6 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(JN338數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器)轉(zhuǎn)矩傳感器在電動機、發(fā)動機、發(fā)電機、風(fēng)機、攪拌機、卷揚機、鉆探機械等眾多的旋轉(zhuǎn)動力測試系統(tǒng)中及數(shù)控機械加工中心、自動機床等機電一體化設(shè)備中已獲得廣泛的使用。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩傳感器通常采用電阻應(yīng)變橋來檢測轉(zhuǎn)矩信號，并采用導(dǎo)電滑環(huán)來耦合電源輸入及應(yīng)變信號輸出，由于導(dǎo)電滑環(huán)屬于磨擦接觸，因此不可避免地存在著磨損和發(fā)熱，這樣不但限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命，同時由于接觸不可靠，也不可避免地會引起測量信號的波動及誤差的增加。因此，如何在旋轉(zhuǎn)軸上進行能源及信號的可靠耦合已成為轉(zhuǎn)矩傳感器最棘手的問題，而JN338數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器則巧妙地解決了這個問題。JN338是北京三晶創(chuàng)業(yè)集團公司的產(chǎn)品，該傳感器采用兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來實現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號的輸出，從而解決了旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中能源及信號可靠地在旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分之間的傳遞問題。該傳感器還可同時實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量，從而可方便地計算出軸輸出功率，因此，利用該傳感器可實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速及軸功率的多參數(shù)輸出。（1）JN338的主要特性檢測手段為應(yīng)變電測技術(shù)；測量精度高信號檢出、處理均用數(shù)字技術(shù)；抗干擾能力強，無需