电动机性能虚拟仪器测试系统设计与实现

作原理与自动工作模式下基本类似，只是系统不进行循环测试，而是提供一种交互式的测试环境，完成指定的测试项目后，等待用户的进一步操作。

　　2.硬件结构

　　2.1.主控机

　　主控机选用一台DELL工作站，内嵌了一块Intel Pentium 4 2.6G CPU，一块NI PCI-6052多功能数据采集卡和一块NI PCI-4070高精度柔性数字万用表卡。PCI-6052多功能数据采集卡前置了两块NI SCXI-1120 信号调理卡和配套的NI SCXI-1327衰减终端，用于采集多路待测电机工作电压和工作电流的输入信号；NI PCI-4070高精度柔性数字万用表卡前置了一块NI SCXI-1127 多路开关卡和配套的NI SCXI-1331多路接线终端，用于扫描多路待测电机的转子绕阻，再根据相应算法测得电机内部转子温度。

　　2.2.实时监控模块

　　实时监控模块选用NI cFP分布式I/O实时系统。作为工业级控制系统，cFP具备FIFO数据队列、断电数据缓存、看门狗状态监测以及高抗冲击性和抗扰性，用于完成系统最核心的实时采集与控制的部分[3]。选用cFP-2020模块作为实时系统控制器，该控制器内嵌微处理器、32M DRAM以及256M Flash 闪存芯片，支持LabVIEW Real-Time实时模块，该模块可脱离LabVIEW编程环境，而独立实时地运行下载到控制器存储器中的应用程序，并通过控制器内嵌的10/100Base TX 以太网接口实现测试数据的网络共享。一块cFP DI-330用于响应紧急停车开关，紧急关闭系统，防止意外事故发生；一块cFP DO-403用于控制与各待测电机相连的固态继电器SSR，以实现系统对工作电路的闭合或断开；一块cFP AO-210用于为测功机提供加载信号，来增大或减小待测电机所承受的负载，从而在一定的负载下对电动机进行控制；一块cFP AI-210用于采集测功机传感设备输出的与待测电机扭矩对应的电压信号，并测量出待测电机实际的扭矩；一块cFP-CTR-502用于采集测功机传感设备输出的与待测电机转速对应的TTL电平信号，并测量出待测电机实际的转速。

　　2.3.实时测温模块

　　实时测温模块同样选用NI cFP分布式I/O实时系统。采用了cFP-2020控制器，配以4块cFP TC-120 8通道热电偶模块，可直接用于测量标准J、K、T、N、R、S、E和B型热点偶，并提供相应的信号调理、双绝缘隔离、输入噪声过滤、冷端补偿以及各种热点偶的温度算法，用于在电动机工作端实施前端数据采样，并利用分布式I/O的基于TCP/IP协议的网络共享功能实现数据的远程共享，有利于对工业现场实施远程的实时监控。

　　2.4.测功机

　　测功机是根据作用力与反作用力平衡原理设计的[4]。当电机测功机的定子受到的转矩与被测电机的转矩相等时，由单片机数据采集系统直接精准地读出被测电机的转矩值。当被测电机旋转带着测功机的转子旋转时，若给测功机加入直流励磁电压，测功机中有磁场存在，此时测功机转子旋转且切割磁力线产生电枢电流，电枢电流和磁通相互作用产生制动转矩，同时测功机定子受到一个相反方向的转矩作用，便在测功机传感器轴上产生压应力，在正常工作范围内，压应力与传感器轴所承受的转矩成正比。如果在传感器轴产生最大压应力方向上粘贴电阻应变片，则应变处的电阻值就随着压应力的大小而变化,再将应变片接入一定的桥式电路就能将压应力的变化转化为电压信号，从而即能测量出转矩的大小。电机转速的测量使用光电式转速传感器，测速分辨力高、惯性小、应用广泛，利用单片机和光电式传感器相配合，使得测量电机转速简便、抗干扰能力强。光电式传感器在电机轴上装一个边缘有N个均匀分布锯齿的圆盘，通过光线投射到光敏管上，当电机转动一周，就得到N个脉冲信号，测量脉冲信号的频率或周期，就可得到电机的转速。这里使用了两种类型的测功机：磁滞测功机和磁粉测功机。磁滞测功机扭矩测量范围相对较小，最大扭矩为10N.m，但转速较大，最大转速为12000rpm；磁粉测功机扭矩测量范围较大，最大扭矩为20N.m，但转速测量范围较小，最大转速为4000rpm，两种类型测功机互为补充可适用于多种类型的电动机性能测试。

　　2.5.控制机柜

　　控制机柜主要由控制开关、开关电源、滤波器以及连接线路组成，是为各路传感模块提供相应的多路接口，使之与待测电机连接，并提供安全的系统供电、激励注入、信号隔离、幅度调节以及风冷控制等辅助功能，为整个电动机测试系统提供强电支持及系统应急措施。

　　3.软件结构及算法

　　3.1.软件结构

电动机性能虚拟仪器测试系统总体采用一种基于TCP/IP协议的客户机/服务器（CS）结构。服务器架构为NI cFP分布式I/O体系，利用其内嵌的独立式实时系统实现目标参量的信号采样，并完成对目标参量的实时监测和控制；客户机则采用通用