电动机性能虚拟仪器测试系统的设计与实现

2 硬件结构

电动机性能虚拟仪器测试系统硬件组成框图如图2所示。

2．1 主控机

主控机选用一台工作站，内嵌了一块PCI-6052多功能数据采集卡和一块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SCXI—1120信号调理卡和配套的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；PCI-4070高精度柔性数字万用表卡前置了一块SCXI—1127多路开关卡和配套的SCXI—1331多路接线终端，用于扫描多路待测电机的转子绕组，并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cFP分布式I／O实时系统，该系统具有FIFO数据队列、断电数据缓存、看门狗状态监测等单元以及高抗冲击性和高抗扰性等特性[3]，用于完成系统最核心的实时采集与控制功能。

采用cFP-2020作为实时系统控制器，支持Lab-VIEW RT实时模块，可脱离LabVIEW编程环境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。

    cFP DI-330用于响应紧急停车开关、紧急关闭系统，防止意外事故的发生；cFP DO-403用于控制与各待测电机相连的固态继电器SSR，实现对工作电路的闭合或断开；cFP AO-210用于为测功机提供加载信号，控制待测电机所承受的负载，并在该负载下对电动机进行测试；cFP AI-210用于采集测功机输出的代表扭矩的电压信号，进而测量出待测电机实际的扭矩；cFP—CTR-502用于采集测功机输出的代表转速的TTL电平信号，进而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cFP分布式I／O实时系统。采用cFP-2020控制器，配以四块cFP TC—120 8通道热电偶模块，可直接用于测量标准J型热电偶，并提供相应的信号调理、输入噪声过滤、冷端补偿以及热电偶的温度的算法，用于在电动机工作端实施前端数据采样，并利用基于TCP／IP协议的分布式I／O的网络共享功能实现数据的远程共享。

2．4 测功机

测功机是根据作用力与反作用力平衡的原理设计的[4]。当被测电机旋转带动测功机的转子旋转时，测功机转子切割磁力线产生电枢电流，并和磁通相互作用产生制动扭矩；同时测功机定子受到一个相反方向的扭矩作用，在测功机传感器轴上产生压应力，通过在传感器轴上粘贴电阻应变片，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，从而测量出扭矩的大小。

图4

    电机转速的测量使用光电式转速传感器。在电机轴上装一个边缘有N个均匀分布锯齿的圆盘，使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。

这里使用了磁滞和磁粉两种类型的测功机。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。两种类型的测功机互为补充，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，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