畢業(yè)設計（論文） 交流異步電機試驗自動采集與控制系統(tǒng)的設計

畢業(yè)設計（論文）任務書 設計（論文）題目： 交流異步電機試驗自動采集與控制系統(tǒng)的設計 姓名 系別 電氣與信息工程系專業(yè) 電氣工程及其自動化 班級 0104 學號 指導老師 教研室主任 一、 基本任務及要求： 在規(guī)定時間內(nèi)，完成以下工作： 1、試驗電源系統(tǒng)的設計； 2、低壓電機型式試驗臺設計； 3、智能儀表采集顯示系統(tǒng)設計； 4、計算機采集處理系統(tǒng)設計框圖； 5、電機試驗報告自動處理。 二、 進度安排及完成時間： （1）3月7日至3月26日：查閱資料；撰寫文獻綜述和開題報告；熟悉相關知識。 （2）3月26日至4月9日：畢業(yè)實習。 （3）4月10日至4月20日：試驗電源系統(tǒng)的設計。 （4）4月21日至5月10日：低壓電機型式試驗臺設計。 （5）5月11日至5月20日：智能儀表采集顯示系統(tǒng)設計。 （6）5月21日至5月30日：計算機采集處理系統(tǒng)設計框圖，電機試驗報告自動處理。 （7）6月1日至6月14日：撰寫畢業(yè)設計論文 （8）6月17日至6月20日:畢業(yè)設計答辯 計算機畢業(yè)設計購買 www.LunWenDz.Com 工科畢業(yè)設計代做:www.LunWen168.Net 開題:www.KtJia.Com目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒 論11.1 概述11.2 課題設計的研究意義及其研究內(nèi)容11.4 目前此研究領域存在問題21.5 設計要求和試驗項目21.5.1設計要求21.5.2試驗項目：2第2章 系統(tǒng)的測量原理42.1 系統(tǒng)各物理量的測量原理和方法42.2 測量誤差的原理52.2.1 誤差的分類及定義52.2.2 提高精度和削弱系統(tǒng)誤差的基本方法72.2.3 測量結(jié)果的誤差計算8第3章 電機測試方法93.1 絕緣電阻的測定93.1.1 試驗目的及影響因素93.1.2 測試儀器的選擇93.1.3 測量的方法93.1.4 測試標準103.2 繞組冷態(tài)電阻的測定103.2.1試驗目的103.2.2 測量儀器103.2.3 測量方法103.3 空載試驗113.3.1 試驗目的113.3.2 試驗儀器的選用123.3.3 試驗步驟123.3.4 分析計算133.3.5作空載特性曲線及分離鐵耗和機械耗143.4 堵轉(zhuǎn)試驗143.4.1 試驗目的143.4.2 對試驗電源、儀表和測量裝置的要求153.4.3 試驗操作要點153.4.4 控制流程163.4.5 數(shù)據(jù)處理及計算分析163.5 溫升試驗173.5.1 溫升試驗概述173.5.2 各種工作制電機的溫升試驗183.5.3 溫升試驗控制流程203.6 負載試驗213.6.1 試驗目的及試驗方法213.6.2 轉(zhuǎn)差率的求取213.6.3 效率的直接測定213.6.4 定子銅耗的求取223.6.5 轉(zhuǎn)子銅耗和雜散耗233.6.6 負載試驗操作流程233.6.7 工作特性曲線擬合24第4章 系統(tǒng)的電源設計254.1 試驗用電源設備的一般要求254.1.1 對諧波電壓因數(shù)的要求254.1.2 對三相電源對稱的要求254.1.3 對頻率的要求254.2 50HZ回饋試驗試驗電源機組原理264.3 低頻堵轉(zhuǎn)試驗試驗電源機組原理274.4 勵磁電路的設計284.4.1 三相橋式全控整流電路284.4.2 三相全控整流電路的觸發(fā)電路294.4.3 晶閘管元件的保護措施314.4.4 產(chǎn)品介紹：KCZ6.3型晶閘管三相全控橋控制板32第5章 采集系統(tǒng)的硬件設計355.1 系統(tǒng)總體設計框圖355.2 智能儀器儀表概述355.2.1 智能儀表與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成：355.2.2 智能儀器的主要特點：365.2.3 智能儀器的自動處理功能：365.2.4 儀器測量精度的提高375.2.5 干擾和數(shù)字濾波385.3 智能儀器儀表的選擇385.3.1 三相交流電流互感器和電流變送器385.3.2 組合型交流電壓變送器405.3.3 三相三線有功無功功率變送器415.3.4 頻率變送器425.3.5 多路智能巡檢遠傳控制儀425.3.6 JCZ型智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器435.3.7 數(shù)字顯示儀455.4 串行傳送的特點465.5 串行數(shù)據(jù)傳送方向475.5.1 全雙工475.5.2 半雙工475.6 RS-485串行通信接口的簡介485.7 RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器的簡介495.8 利用RS-485通信時要注意的幾個問題495.8.1 接地問題495.8.2 終端匹配505.8.3 其他注意505.9 控制電路的設計50第6章 系統(tǒng)的軟件設計536.1 系統(tǒng)軟件設計概述536.2 程序功能及組成556.2.1 試驗數(shù)據(jù)初始化模塊556.2.3 試驗控制模塊576.2.4 數(shù)據(jù)處理與曲線繪制模塊586.2.5 查詢管理模塊58參考文獻59致 謝60附錄A 低壓異步電機試驗原理圖61交流電機試驗自動采集與控制系統(tǒng)的設計摘要:近年來，計算機的大量推廣應用為自動測試系統(tǒng)的發(fā)展開拓了新的途徑，近代電子技術(shù)的迅速發(fā)展又為提高電機試驗的精度和速度、進行動態(tài)特性測試及采用新的測試方法提供了可能性，進一步推動了電機測試技術(shù)的發(fā)展。在這種發(fā)展背景下，我們進行了智能化電機自動測試與控制系統(tǒng)的探討。交流電機試驗自動采集與控制系統(tǒng)的設計主要是通過對試驗電源系統(tǒng)的設計、電機型式試驗臺的設計、智能儀表采集顯示系統(tǒng)的設計、計算機采集處理系統(tǒng)的設計及電機試驗報告自動生成等五大部分著手，實現(xiàn)了對電機試驗的各項數(shù)據(jù)，即直流電阻、絕緣電阻、電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速、溫度、振動、噪聲等實行自動采樣，所有數(shù)據(jù)經(jīng)計算機處理分析后，自動生成試驗報告。關鍵詞：三相異步電機 智能儀表 計算機 測試 The exchanges electrical engineering experiments the auto collects with control the design of the systemAbstract :In recent years, the large quantity expansion application of the calculator is to tests automatically the development of the system expanded the new path, the technical and quick development in electronics in modern age is again for increase the accuracy that electrical engineering experiment is with the speed, proceed dynamic characteristic test and adoption the new test method provided the possibility, further pushing electrical engineering test technical development. Develop at this kind of background next, we proceeded the intelligence turns the electrical engineering the automatic test and control the study of the system.The exchanges electrical engineering experiments the auto collects is the design, calculator that the design, intelligence gauge that the design to pass to experiment power supply system, electrical engineering pattern experiments the set to collect to show the system collect design and electrical engineerings that handles primarily with design that control the system the system experiment the report the auto the born waiting five big parts begin, realizing to various datas that electrical engineering experiment, namely direct current electric resistance, insulate the electric resistance, electric current, electric voltage, power and turn soon, temperature, vibration, noises etc. practices the auto adopts the kind, all data after calculator handles analysis, auto born experiment the report.Keywords: Three dissimilitudes and electrical engineering; Intelligence gauge; Computer; Test第1章 緒 論1.1 概述隨著電機技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷提高，電機試驗計算機采集處理系統(tǒng)作為電機測試領域的一個重要組成部分，也得到了迅速的發(fā)展。它已經(jīng)從傳統(tǒng)的人工手動和人工讀數(shù)方式發(fā)展為完全以計算機為中心，采用數(shù)據(jù)采集與傳感器相結(jié)合的集中管理和分散控制的自動測試系統(tǒng)，能最大限度的完成測試工作的全過程。它既能實現(xiàn)對信號的檢測，也能對所獲得的信號進行分析處理而獲得有效的信息。1.2 課題設計的研究意義及其研究內(nèi)容電機測試技術(shù)對電機工業(yè)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。近代電子技術(shù)的迅速發(fā)展。計算機在測試系統(tǒng)中已作為測試設備的一部分，大大提高了電機試驗的精度與速度，減少測量結(jié)果的誤差，對產(chǎn)品質(zhì)量起到了監(jiān)督和保證作用，開辟了電機發(fā)展的又一新紀元。 然而，我國在微型計算機控制方面設備比較落后，尤其是測試設備的落后成為我們主攻的方向。目前，很多大型企業(yè)和高校對其進行了一系列卓有成效的改造，測量精度越來越高，操作起來更加便利。在工業(yè)快速發(fā)展的今天，電機作為主要動力，產(chǎn)量不斷提高，那么對其各方面性能的測試（電機測試）方法和技術(shù)的改進問題也就突出的擺在人們面前。交流電機試驗計算機采集處理系統(tǒng)的設計正是根據(jù)電機測試技術(shù)發(fā)展的需要，結(jié)合電器控制、電力電子技術(shù)、計算機通訊等多種知識完成的。交流電機試驗自動采集與控制系統(tǒng)的設計主要是通過對試驗電源系統(tǒng)的設計、電機型式試驗臺的設計、智能儀表采集顯示系統(tǒng)的設計、計算機采集處理系統(tǒng)的設計及電機試驗報告自動生成等五大部分著手，實現(xiàn)了對電機試驗的各項數(shù)據(jù)，即直流電阻、絕緣電阻、電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)速、溫度、振動、噪聲等實行自動采樣，所有數(shù)據(jù)經(jīng)計算機處理分析后，自動生成試驗報告。并可輸出打印、存檔、隨時調(diào)閱。1.3 研究發(fā)展概況國際上發(fā)達國家早已在20世紀80年代末就推出了跨世紀的總線測試系統(tǒng)及產(chǎn)品，它采用開放的總線標準，使用戶在最短的時間內(nèi)利用總線式儀器和軟件，靈活組建自動測試系統(tǒng)，其系統(tǒng)的測試速度和測量準確性非常高，大大節(jié)約了測試時間并降低了測試費用。與國外相比，我國自動測試技術(shù)的發(fā)展緩慢，測試手段落后。為使我國的現(xiàn)代自動測試技術(shù)和產(chǎn)品能跟上國際先進水平，與發(fā)達國家的測試手段相接軌，“九五”期間原國家機械工業(yè)局承擔了97772自動測試系統(tǒng)及設備技術(shù)研究科技攻關項目。 該項目的完成提高了我國機電行業(yè)自動測試技術(shù)的水平，為我國機電產(chǎn)品的性能和質(zhì)量上臺階提供了保障?！熬盼濉逼陂g對中小型電機的派生系列、專用系列產(chǎn)品進行了更新，將自動測試技術(shù)及電子計算機應用于電機測試中大大提高了電機試驗的精度和速度，使產(chǎn)品水平達國際水平。1.4 目前此研究領域存在問題傳統(tǒng)的系統(tǒng)采用人工手動調(diào)節(jié)的模擬量控制，諸如繼電器、接觸器、定時器、計數(shù)器等。其存在的主要問題是：結(jié)構(gòu)復雜、控制過程煩瑣、控制精度低、成本費用高，設計與維護困難。整個過程中的人工操作頻繁，容易造成操作誤差，不適合現(xiàn)代化的集中管理。人工讀數(shù)、人工處理試驗報告，電機測試數(shù)據(jù)的重復性差。隨著電機技術(shù)的不斷成熟和電機性能的不斷提高，傳統(tǒng)的測試技術(shù)越來越不適應現(xiàn)代化的要求，自動測試技術(shù)取代傳統(tǒng)的測試技術(shù)勢在必行。1.5 設計要求和試驗項目1.5.1設計要求（1）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀體積小，慣性輕，噪聲小，壽命長。（2）各種儀器的測試精度高，數(shù)字顯示轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、功率、功率因素、電流、電壓，電流、電壓、功率、轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速的測量要準確。（3）測試系統(tǒng)能完成1KW315KW的各類型電機的直流電阻、絕緣電阻、空載試驗、堵轉(zhuǎn)試驗、負載試驗、溫升試驗和最大最小轉(zhuǎn)矩的測定，并能進行自動測試，存貯數(shù)據(jù)，繪制曲線圖，打印報表。（4）轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量儀采用單線控制，具有抗干擾特點，使系統(tǒng)可靠，運行穩(wěn)定。（5）系統(tǒng)的軟硬件設計采用開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以利于系統(tǒng)的擴展，方便系統(tǒng)的二次開發(fā)，從而適應各種特殊試驗要求。1.5.2試驗項目：(1) 絕緣電阻試驗。測量電機的絕緣電阻、以及此時的環(huán)境的溫度。(2) 空載試驗。檢測空載電流I 0、空載電壓U0、空載輸入功率P0，自動繪制空載特性曲線，并分離出鐵耗Pfe、機械耗Pfw（雜耗）。(3) 堵轉(zhuǎn)試驗。檢測堵轉(zhuǎn)電流I k、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tk、電壓Uk，并自動繪制堵轉(zhuǎn)特性曲線,開路電壓試驗。測量繞線電機的開路電壓。(4) 開路電壓試驗。測量繞線電機的開路電壓。(5) 溫升試驗。檢測電流I 1、電壓U1、輸入功率P1、工頻f、扭矩T、轉(zhuǎn)速n、效率、功率 cos、轉(zhuǎn)差率S、輸入功率P2，利用帶電測溫儀帶電測量電機各部分的溫度。（6）負載試驗。檢測電流I 1、電壓U1、輸入功率P1、工頻f、扭矩T、轉(zhuǎn)速 n、效率 、功率 cos 、轉(zhuǎn)差率 S、輸入功率P2，自動繪制工作特性曲線。其它試驗項目，如過電壓試驗、過電流試驗、超速試驗、正反轉(zhuǎn)試驗等根據(jù)用戶的需要另行確定。第2章 系統(tǒng)的測量原理2.1 系統(tǒng)各物理量的測量原理和方法電機試驗無論是型式試驗還是出廠試驗都要對被測電機的電壓、電流、功率。電網(wǎng)頻率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)以及溫度等一些物理量進行測試。在這些物理量中又有電量和非電量之分，對于交流電機而言，電量的測量主要包括交流電壓、交流電流及其有效值、平均功率、功率因數(shù)及效率、繞組冷態(tài)直流電阻的測量等，非電量的測量主要包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、溫升的測量電機的測試包括電機的電壓、電流、功率、頻率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)及溫度等量的采樣，本系統(tǒng)采用的都是智能儀器儀表對信號進行采樣然后再用RS-485通信協(xié)議來通信從而測量系統(tǒng)的各電量參數(shù)。系統(tǒng)的電量和非電量的采集由電參數(shù)測試儀、電阻測試儀和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測試儀、溫度測量儀等來完成。這些測試儀它們可以單獨測量電機某些參量，又可根據(jù)靈活、方便的通訊協(xié)議，把采集得到的數(shù)據(jù)送到計算機1。2.1.1 電壓電流的測量在本系統(tǒng)中，用GAAZ-062、GAVZ-062采集電壓電流，再經(jīng)過RS485/RS232通信接口傳到計算機和顯示器顯示。2.1.2 有功功率和無功功率的測量交流電路的有功功率定義為電壓和電流瞬時值的乘積，即P（t）=u（t）i（t），對其進行離散化處理，對于第m個采樣點（t=mt）時的瞬時功率為1：P（mt）=u（mt）i（mt） （2.1）由式可知，計算瞬時功率，要求采用同一時刻的電壓和電流值相乘，在本系統(tǒng)中是首先利用電流互感器把線路電流變?yōu)?A以內(nèi)的信號再利用三相三線有功無功功率變送器（GAPQ3-062）測得系統(tǒng)中的有功功率和無功功率。2.1.3 功率因數(shù)和頻率的測量正弦波電壓和電流供電時，交流電路的平均功率為2： P=UI COS （2.2）其中U和I 分別為電壓和電流的有效值，而為電壓和電流之間的相位移。在智能化電機測試系統(tǒng)中，功率因數(shù)的測量由功率因數(shù)變送器（GACOS-062）來完成。電網(wǎng)頻率的測量頻率變送器（GAF-061）來完成。2.1.4 轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的測量測量轉(zhuǎn)速的方法很多，主要分為數(shù)字式測速和模擬式測速兩類，數(shù)字式測速是通過某種方法讀出一定時間內(nèi)的總轉(zhuǎn)速或一定轉(zhuǎn)速所經(jīng)歷的時間來計算轉(zhuǎn)速，而模擬方法是測出有瞬時值轉(zhuǎn)速引起的某種物理量的（如離心力等）的變化來表示轉(zhuǎn)速的大小。2.1.5 溫度的測量電機各部分溫度如機殼溫度、鐵心溫度、軸承溫度和繞組溫度等，特別是繞組溫度不僅表示電機的發(fā)熱狀態(tài)，而且與電機的壽命有密切的關系，一般認為，繞組溫度每增加 810，繞組壽命將縮短一半。電機試驗標準中規(guī)定要進行溫升試驗，其目的就是在于熱穩(wěn)定狀態(tài)下測定電機各部分的溫度。為保證電機的正常運行，那么電機各部件的穩(wěn)定溫升不得超過國家標準的允許值。國家標準中對電機的鐵心，軸承，潤滑油，冷卻介質(zhì)等規(guī)定了溫度的極限值，對電機的繞組也規(guī)定了溫升的極限值。繞組的溫升除了與各種絕緣結(jié)構(gòu)的極限使用溫度有關以外，還與環(huán)境溫度，熱點溫度有關。電機溫升的測量方法根據(jù)國家標準的規(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），紅外線測溫儀溫度指示器等等。在我們研制的電機測試控系統(tǒng)中，溫度的測量由Pt100溫度傳感器測得電阻的變化值再利用多路智能巡檢遠傳控制儀（WIDEPLUS-F08-8-04-08-H）顯示和傳給計算機進行處理。2.2 測量誤差的原理一切實驗檢測結(jié)果都具有誤差，或者說，誤差自始至終存在于一切科學實驗及檢測的過程中。2.2.1 誤差的分類及定義2.2.1.1 按誤差的實際含義分類按誤差的實際含義，可分為絕對誤差、相對誤差和引用誤差三種。(1) 絕對誤差某量的給出值與它的真值之差，稱為絕對誤差，簡稱真誤差。用x、x 和x 0分別代表絕對真誤差、給出值和真值，則可用下式表示它們之間的關系3。x =x -x 0 （2.3）給出值x 包括測量值、標稱值、近似值等。真值x 是指在規(guī)定的時間空間內(nèi)被測定值的真實大小，它一般是未知的，此時真誤差也是未知的；有的真值是可知的，還有的從相對意義上來說是可知的?？芍恼嬷涤腥缦聨追N： 理論真值。 計量學約定真值。 標準器相對真值。高一級標準器的誤差與低一級標準器或者普通儀器的誤差相比，比值為 1/5（或1/31/20）時，則可以認為前者是后者的相對真值。對于真值可知的測量值，我們可以對其進行修正。修正值即是絕對真誤差，但與真誤差符號相反，即5 （2.4） （2.5）（2）相對真誤差絕對真誤差與真值之比的百分數(shù)被稱為相對真誤差，用表示，其式為 （2.6） 相對誤差通常用于衡量測量（或量具及測量儀表）的準確度。相對誤差越小，準確度越高。（3）引用誤差引用誤差是一種簡化的和實用方便的相對誤差。它常在多檔和連續(xù)刻度的儀器儀表中應用。為了計算和劃分準確度等級的方便，通常取該儀器儀表量程中的測量上限（滿刻度）作為固定的真值，由此得出引用誤差的定義為：引用誤差是儀器儀表的絕對真誤差與該儀器儀表量程最大值（ 滿量程）之比的百分數(shù)，用式子表示為9 （2.7）2.2.1.2 按誤差的來源分類 按誤差的來源分類，可分為裝置誤差、方法誤差、人員誤差和環(huán)境誤差四類。（1）裝置誤差 標準器誤差。標準器是提供標準量的器具，如恒流源，標準電阻等，它們本身的標稱值都會有誤差。 儀表誤差。也稱工具誤差或簡稱儀差。 裝備、附件誤差。這里是指電源的波形、三相電源的不對稱度和正弦交流電的波形畸變等，以及各測量附件如轉(zhuǎn)換開關、觸點、接線等所帶來的誤差。（2）方法誤差方法誤差也稱理論誤差。它是由于測量方法本身的理論根據(jù)不完善或采用了近似公式所造成的誤差。（3）人員誤差人員誤差是由于測量人員的感覺器官和運動器官所造成的誤差。如讀表人員與儀表指針的相對位置不正確造成的讀數(shù)誤差等。（4）環(huán)境誤差由于環(huán)境（如溫度、濕度、氣壓、電磁場等）的變化使測量值偏離規(guī)定值而產(chǎn)生的誤差叫做環(huán)境誤差。2.2.2 提高精度和削弱系統(tǒng)誤差的基本方法2.2.2.1 精度的含義精度一詞本身是一個泛指測量指準確度的廣義名詞，它可以分為三個比較具體的概念。準確度。反映系差大小的程度。精密度。反映隨差大小的程度。精確度。反映系差和隨差合成大小的程度。2.2.2.2 削弱系統(tǒng)誤差的基本方法消除或削弱系統(tǒng)誤差主要方法是針對不同的誤差源進行有針對性的事前處理和防范。（1）儀器儀表誤差和裝置誤差的削弱堅持對所用儀器儀表和有關裝置進行周期鑒定，檢查其精度是否符合要求，給出誤差修正值或修正公式，有些還要給出修正圖表或曲線，以便使用時對測量結(jié)果加以修正。在每次使用前，應對儀器儀表的接線，指針的位置（不通電應指零位的儀器儀表），使用環(huán)境條件等進行一次嚴格地檢查，不符合要求的，應進行更正后再投入使用。（2）人員誤差的削弱人員誤差的大小主要決定于人員的技術(shù)素質(zhì)和責任心。其次是試驗過程中的人員組織調(diào)配和相互配合問題。在平時注意上述方面的培養(yǎng)，工作時就能最大限度地削弱由此帶來的誤差。（3）方法誤差或理論誤差的消除由于測量方法所造成的誤差，有的有一定規(guī)律和修正方法，如用電流電壓法求取繞組的冷態(tài)電阻時，電壓表或電流表在測量中造成的誤差句可以按有關公式進行修正。這些方法誤差或理論誤差應通過修正等方法消除，但是有些方法或理論誤差就較難消除，如用反轉(zhuǎn)法測取三相異步電動機的雜散損耗問題。（4）采用特殊的測量方法消除或削弱誤差 零點法。在測量時，使被測之量的作用效應與已知量的作用效應相互抵消或平衡，總的效應為零，于是被測量即等于已知量。這種已知量一般稱為標準器，它可以按需要做成較高的精度。 微差法。微差法是一種不徹底的零示法。它的基本方法是用適當?shù)氖侄螠y量出被測量x與一個數(shù)值相近的標準量N之間的差值（N-x），即可得到x=N-（N-x）。微差法的優(yōu)點是：即使差值的測量精度不算高，因為差值和標準量相比很小，而標準量的精度較高，所以最后的結(jié)果精度也會較高。另外，與零示法比較，它的優(yōu)點還在于不一定要用可調(diào)的標準器，還可能在指示儀器上直接以最終測量結(jié)果來標度，從而成為一種較高精度的直接法儀器，簡化了測量的手續(xù)等。2.2.3 測量結(jié)果的誤差計算測量分直接測量和間接測量兩種。在電機試驗中，用溫度計直接測量溫度，用電壓表直接測量電壓等都屬于直接測量；由幾種儀器儀表組合后測得的最終讀數(shù)或由幾個讀數(shù)再經(jīng)過數(shù)學運算才能得到所要的結(jié)果的測量為間接測量，如通過電流互感器傳遞后測量的交流電流，用損耗分析法求得的電機輸出功率和效率等。直接測量的誤差比較明確，而間接測量的誤差則需通過一定方法的計算才能得到。設間接測量值y由幾個直接測量值xi（i=1n）所決定，它們之間的函數(shù)關系為6 （2.8）設各直接測量值xi的誤差為，則間接測量值y的誤差用下式求得6 （2.9）設y的相對誤差為 ，則6 （2.10）第3章 電機測試方法3.1 絕緣電阻的測定3.1.1 試驗目的及影響因素絕緣電阻測定是一個頗為重要的非破壞性試驗。測定電機繞組的絕緣電阻可以反映電機電阻絕緣處理質(zhì)量，以及絕緣受潮和表面污染情況。絕緣電阻降低到一定值會影響電機的耐電壓試驗，也會影響電機起動和正常運行，甚至會危及使用者的人身安全并損壞電機。因此，在各種電機的試驗方法標準中，第一項試驗便是測定電機繞組各相之問及其對機殼的絕緣電阻。影響電機絕緣電阻測試值的因素有：溫度、濕度、測試電壓值及作用時間。繞組殘存電荷和絕緣表面狀況等。電機繞阻絕緣電阻與繞組實際溫度有關。絕緣電阻隨繞組溫度上升而呈指數(shù)關系下降：R1=R2-(t1-t2)式中R1為溫度t1時的絕緣電阻，t1為環(huán)境溫度；R2為溫度t2時的絕緣電阻。3.1.2 測試儀器的選擇在本試驗系統(tǒng)中用到的是電阻儀。三相電阻測試儀是由杭州威博儀器公司生產(chǎn)的專用帶電測試電阻的儀器，其測試結(jié)果比較準確，測試數(shù)據(jù)直接由擴展的串行通信接口傳送給計算機進行處理。3.1.3 測量的方法（1）測試時電機的狀態(tài)測量電機繞組的絕緣電阻時，應分別在實際狀態(tài)下和熱狀態(tài)下進行。檢查試驗時，可只在實際狀態(tài)下進行。（2）測試方法對電機的交流異步電機的定子繞組和繞線轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子繞組；交流同步電機的定子繞組、勵磁繞組及某些自勵電機的勵磁系統(tǒng)中的電抗器、電流互感器等繞組，如果它們的兩個線端都已引出到電機殼之外，則應分別測量每個繞組（包括三相交流電機的定子三相繞組）對機殼的絕緣電阻和各繞組相互間的絕緣電阻。試驗時，不參與試驗是繞組應與機殼可靠連接。對在電機內(nèi)部已做連接的繞組（如三相繞組已接成Y形或形），則可只測它們對機殼的絕緣電阻。3.1.4 測試標準國家標準規(guī)定電機組在工作溫度時絕緣電阻應符合下式1： （3.1） 式中 R電機繞組的絕緣電阻（M） U電機繞組的額定電壓（V）； P電機額定功率（KW）。3.2 繞組冷態(tài)電阻的測定3.2.1試驗目的（1）用來檢查該繞組所用材料的電阻率、匝數(shù)、幾何尺寸等是否符合設計要求。在電機型式試驗中分析電機效率時，用此電阻值來計算繞組的銅耗。（2）在電機進行溫升試驗時，以此電阻值作為繞阻的冷態(tài)電阻。溫升試驗完成后再測量繞組的熱態(tài)電阻，利用兩者差值來確定繞組的平均溫度。在檢查試驗時，在同一批設計的電機中，根據(jù)電阻值來判斷繞組內(nèi)部三相連接是否正常，相間是否有顯著差別。3.2.2 測量儀器本系統(tǒng)主要用電流電壓表或數(shù)字電橋來測量繞組電阻。3.2.3 測量方法測量繞組的冷態(tài)電阻有三種常用的方法：電橋法、電流電壓法和數(shù)字電橋測量法。電流電壓法按電流表或電壓表所接的位置不同而有兩種不同的接線，如圖3.1（a）為電壓表后接法，它適用于所用電壓表的內(nèi)阻遠大于被測電阻的場合，有的標準中規(guī)定兩者的比值大于或等于200時采用此法。圖3.1（b）為電壓表前接法，它適用于所用電流表的內(nèi)阻遠小于被測電阻（如兩者比值小于1/200）的場合。RXRXAA AUAU V V 圖3.1 電流電壓法測量冷態(tài)電阻接線圖（a）（b）在精確測量時，無論采用上述哪一種接法，都應對測量值進行儀表誤差修正。（1）電壓表前接法儀表修正方法電壓表前接法的測量線路中，電流表指示的電流值就是流過被測電阻的電流，而電壓表指示的電壓除被測電阻兩端的電壓降外，還包含著電流表兩端的電壓降。設電壓表及電流表指示值分別為U和I，電流表內(nèi)阻為rA，則被測電阻的實際值RX為1 （3.2）（2）電壓表后接法儀表誤差修正方法對于電壓表后接法，電流表指示值中含有被測電阻和電壓表兩個支路的電流，設電壓表內(nèi)阻為RV，其他同上式規(guī)定，則1 （3.3）（3）電流電壓法適用場合及注意事項由于受儀表精度的影響，電流電壓法的精度不如電橋法高。但是它在通電的工作狀態(tài)下進行測量，所以在某些電機的溫升試驗中可以較準確地反映出實際工作狀態(tài)下的電阻值。單獨用于測量繞組的冷態(tài)電阻時，通入電流不應大于繞組額定工作電流的10%，通電時間應不超過1min。3.3 空載試驗3.3.1 試驗目的三相異步電機的空載試驗是給定子加額定頻率的額定電壓，空載運行的試驗?？蛰d試驗的目的是；（1）求額定頻率下的空載電流，空載損耗與外施電壓的關系，即電機的空載特性。（2）求額定頻率和額定電壓下的空載電流和空載損耗。確定鐵耗和機械耗。（3）檢查氣隙，繞組參數(shù)和鐵心質(zhì)量是否正常，裝配是否正常。（4）檢查三相空載電流的平衡度。（5）驗證新產(chǎn)品磁路設計的合理性。3.3.2 試驗儀器的選用空載試驗時對儀表的選用和測量有以下要求：（l）根據(jù)電流表和功率表電流量程的大小，接空載試驗中所選最高電壓下空載電流的大小來確定是否用電流互感器。（2）由于空載時電動機的功率較低，為了保證測量精度，最好用低功率因素功率表測量功率，功率表的規(guī)格應一致。（3）對于電機用戶，試驗時若無低功率因素表，可采用普通的功率表。（4）功率表的讀數(shù)應同時讀取。由于異步電動機的空載功率因數(shù)通常小于0.25，故采用兩功率表測量H相功率時，其中一個功率表的讀數(shù)應取負值。（5）在起動期間，電流表和功率表的電流線圈應短路，在讀數(shù)時才接入電流線圈。根據(jù)上述原則，我們采用的是香港上潤精密儀器有限公司生產(chǎn)的三相三線有功無功功率變送器（GAPQ3-062）來作為本測試系統(tǒng)中的單相交流有功無功功率的測量。3.3.3 試驗步驟被測電機起動之后，均應空轉(zhuǎn)一段時間，使它的磨擦損耗達到穩(wěn)定?？蛰d試驗的流程如下：（1）在主操作平臺界面上選擇空載試驗，進入空載試驗操作平臺，如圖3.2所示。圖3.2 空載試驗操作平臺（2）開始試驗，在額定頻率下試驗時，施于定子繞組上的電壓應從110130額定電壓開始，逐步降低到可能達到的最低電壓值，即電流開始回升為止。對于基本系列的電動機，建議在 1.2、1.1、1.0、0.95、0.85、0.7、0.5、0.4、0.3和0.2倍額定電壓下進行試驗，在空載試驗的操作平臺上點擊采集第幾次試驗數(shù)據(jù)，就讀取系統(tǒng)中三相線電壓，三相線電流，輸入有功功率（在測試時，每次所測量的三相電壓、電流、功率因數(shù)以及頻率的值都會在空載試驗的操作平臺上顯示）。（3）試驗結(jié)束時應立即將電機停下，并測量定子繞組的電阻，并記錄測量電阻所用的時間，在此，電阻的測量是通過三相電阻測試儀未測量的，和前面所述的測量絕緣電阻的儀器相同。對空載電流大于70額定電流的電動機，應分別在額定電壓點讀數(shù)后和試驗結(jié)束后測量定子繞組的電阻。試驗完畢，計算機自動進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)庫。（4）輸出結(jié)果，可以打印單個的空載試驗報表，也可以選擇進行下一步的試驗。3.3.4 分析計算空載試驗的原始數(shù)據(jù)在試驗完畢后會自動存入數(shù)據(jù)庫，并會提示你是否實時打印空載試驗的單個報表。報表中的數(shù)據(jù)，既有所測得的原始數(shù)據(jù)，也有分析計算所得到的各項數(shù)據(jù)，所有的計算都是通過編寫的計算軟件來實現(xiàn)。（1）求電壓平均值取三相線電壓測量值的算術(shù)平均值作為實際的空載線電壓U0。在此，我們用每一次所測得的三相電壓值的平均值。若讀數(shù)時的電源頻率與額定頻率有偏差1，則額定頻率時的空載電壓為： U0=(f 0/f) U0 （3.4）（2）求三相線電流平均值取三相線電流測量值的算術(shù)平均值作為實際的空載電流。（3）求空載輸入功率輸入功率由三相功率計測得。（4）求空載功率因數(shù)CosCos0一般不要求計算，若有要求，可按下式計算2： （3.5）在此，功率因數(shù)由三相功率計直接測得，不需要作處理。（5）求定子繞組銅耗Pcu103Pcu10=3I 02R1 （3.6）式中I 0為空載相電流；R1為相電阻（6）求鐵耗PFe和機械耗Pfw之 和P0空載時若忽略轉(zhuǎn)子繞組的銅耗，則1：P0= PFe+Pfw=P0-Pcw10 （3.7）按照上式計算方法，算出各測量電壓U0所對應的I 0, P0, Pcw10, P0（7）繪制空載特性曲線空載特性曲線就是空載電流I 0和輸入功率P0與外施電壓U0的關系曲線， PFE U0/UN , ( U0/UN)2 1.0圖3.3空載特性曲線示意圖3.3.5作空載特性曲線及分離鐵耗和機械耗按照試驗結(jié)果，作和的關系曲線，進而按電壓平方分離法，分離鐵耗和機械耗。按上述計算方法，作P0與電壓標么值的平方的關系曲線，延長曲線的直線部分，與縱軸交于P點，如圖3.3所示,P點的縱坐標即為電動機的機械耗。在此需要用到插值法來求得空載時的機械耗，再以額定電壓時的總損耗減去機械耗就可以得到空載時的鐵耗，在圖3.3中，繪制的是以標么值表示的特性曲線。電壓平方分離法是基于電機的基本鐵耗和空載雜散耗與電機的端電壓平方成正比的原理，但對于磁路比較飽和的電動機，在接近額定電壓部分，由于基波雜散耗增大，使曲線上翹。此外，在電壓很低的部分，由于出現(xiàn)了不可忽視的轉(zhuǎn)子繞組銅耗，曲線也會上翹。因此，在分離鐵耗和機械耗時，曲線的這兩部分不予考慮。3.4 堵轉(zhuǎn)試驗 堵轉(zhuǎn)試驗也是異步電動機最基本的試驗項目。試驗時轉(zhuǎn)子被堵住不動，通常在定子繞組上施加額定頻率的三相電壓。對于繞線轉(zhuǎn)子電動機，應將轉(zhuǎn)子繞組在集電環(huán)上短路。3.4.1 試驗目的（1）測定電動機的堵轉(zhuǎn)電流和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，測取堵轉(zhuǎn)特性曲線，即堵轉(zhuǎn)時的電流IK，轉(zhuǎn)矩TK與外施電壓UK的關系曲線。（2）求額定電壓時的堵轉(zhuǎn)電流IKN和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TKN，從而檢查電機的起動性能是否符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。（3）考慮籠型轉(zhuǎn)子的鑄鋁質(zhì)量及轉(zhuǎn)子槽形尺寸設計的合理性。對于繞線轉(zhuǎn)子電動機，堵轉(zhuǎn)試驗能確切反映定轉(zhuǎn)子電抗是否正常，并能考核定轉(zhuǎn)子繞線焊接質(zhì)量及繞組端部的機械強度。3.4.2 對試驗電源、儀表和測量裝置的要求（1）對試驗電源的要求：檢查試驗中堵轉(zhuǎn)試驗電源的輸出電流應達到被試電機額定電流的1417倍（100kw以下）或 1115倍。在型式試驗中電源的輸出電流至少應達到被測試電機電流的2.54倍。通常要求調(diào)壓器的容量為被試電機額定功率的3倍以上。電源電壓應在被試電機額定電壓的100150范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。為了進行低頻堵轉(zhuǎn)試驗，要求具有1/4，1/2被試電機額定功率的電源。另外，在型式試驗中，籠型異步電機和繞線式異步電機的堵轉(zhuǎn)試驗有所不同，作繞線式異步電機的堵轉(zhuǎn)試驗時，一般只作額定點附近的兩三個點即可，而籠型異步電機可以從額定點開始做79組數(shù)據(jù)。（2）儀表和測量裝置的要求異步電動機堵轉(zhuǎn)時，堵轉(zhuǎn)的時間不能過長，以免電機過熱而使電機燒壞，因此要求所用的儀表的靈敏度要高，在本系統(tǒng)中，用來測量電壓、電流以及頻率的儀器和前面所述的空載試驗相同，以上儀器符合試驗的要求。測量轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的儀器是由長沙湘儀公司所生產(chǎn)的JCZ型智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器。JCZ型智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器是湘儀動力測試儀器有限公司利用美國ECHELON公司的LonWorks技術(shù)，在原JC型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器基礎上設計制造的新一代產(chǎn)品，JCZ型智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器在保留原產(chǎn)品高精度、高可靠件等優(yōu)點的同時，還具有自動零點補償，自動環(huán)境溫度修正傳感器系數(shù)等智能化特性，從而消除了原來傳感器與二次儀表互換時帶來的誤差，并在轉(zhuǎn)速很低時也能精確測量轉(zhuǎn)速，當使用tonWorks網(wǎng)絡傳輸時，通訊距離可達2公里，因此，在現(xiàn)場進行試驗時，其測量結(jié)果精確度較高。因此，在堵轉(zhuǎn)試驗時，JCZ型智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器響應速度快、數(shù)據(jù)準確，完全能符合堵轉(zhuǎn)試驗的要求。3.4.3 試驗操作要點（1）在套裝JCZ型智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器時，首先應測試電機的旋轉(zhuǎn)方向，其轉(zhuǎn)向應使所讀出宋的轉(zhuǎn)矩值為正值。（2）試驗時，施與定子繞組的電壓盡可能從接近額定電壓開始，然后逐步降低電壓，測取57點讀數(shù)（繞線電機只測取額定點附近的兩三組數(shù)據(jù)）。每點應讀取三相電壓，電流，功率，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的讀數(shù)。（3）堵轉(zhuǎn)試驗后，立即測量定子繞組的電阻。（4）施加堵轉(zhuǎn)電壓的方式按盡可能縮短被試電機連續(xù)通電時間的原則選擇。（5）在測取堵轉(zhuǎn)特性時，最低電壓點應接近試驗標準所列的數(shù)值或使堵轉(zhuǎn)電流接近額定電流。（6）試驗時，電源頻率應保持穩(wěn)定。3.4.4 控制流程（1）在主操作平臺界面上選擇堵轉(zhuǎn)試驗，進入堵轉(zhuǎn)試驗操作平臺，如圖3.4所示圖3.4 堵轉(zhuǎn)試驗操作平臺（2）開始試驗，在額定頻率下將電動機調(diào)至1.2倍額定電壓下工作，并逐漸降低驅(qū)動電壓至0.5倍額定電壓。為了防止電機過熱，在我們所研制的測試系統(tǒng)中，設置了自動測試選項，每次電機起動，系統(tǒng)會自動采集完數(shù)據(jù)，并且顯示在操作平臺中，一般的電機，運行58秒便讓電機自動停轉(zhuǎn)，計算機會提示操作步驟。（3）試驗完畢，計算機自動進行數(shù)據(jù)處理，系統(tǒng)提示存入數(shù)據(jù)庫。（6）輸出結(jié)果，打印報表。（該試驗需要畫出曲線）3.4.5 數(shù)據(jù)處理及計算分析按堵轉(zhuǎn)試驗電壓UK對應的I K，TK作堵轉(zhuǎn)特性曲線I K= f（UK）和TK=f（UK），堵轉(zhuǎn)試驗特性曲線示意圖如圖 3.5所示。一般來說，若堵轉(zhuǎn)試驗的最大電壓與額定電壓相差不大于10，額定堵轉(zhuǎn)電流IKN和額定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 TKN可直接由堵轉(zhuǎn)特性曲線查取，在本系統(tǒng)中，使用一元插值法得到額定時的轉(zhuǎn)矩和電流值。 IK TK IK=f（UK） IKN TKN TK=f（UK） 0 UK UN 圖35堵轉(zhuǎn)試驗特性曲線3.5 溫升試驗3.5.1 溫升試驗概述電機各部分溫度如機殼溫度、鐵心溫度、軸承溫度和繞組溫度等，特別是繞組溫度不僅表示電機的發(fā)熱狀態(tài)，而且與電機的壽命有密切的關系，一般認為，繞組溫度每增加 810oC，繞組壽命將縮短一半。所以電機制造廠和用戶都很重視電機溫度的測量，電機試驗標準中規(guī)定要進行溫升試驗，目的就是在于熱穩(wěn)定狀態(tài)下測定電機各部分的溫度。為保證電機的正常運行，那么電機各部件的穩(wěn)定溫升不得超過國家標準的允許值。國家標準中對電機的鐵心，軸承，潤滑油，冷卻介質(zhì)等規(guī)定了溫度的極限值，對電機的繞組也規(guī)定了溫升的極限值。繞組的溫升除了與各種絕緣結(jié)構(gòu)的極限使用溫度有關以外，還與環(huán)境溫度，熱點溫度有關。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。在研制的電機測試控系統(tǒng)中，溫度測量由Pt100測得溫度再傳給工控機進行處理。溫升試驗的目的是測定電機額定運行時各部件的實際穩(wěn)定溫升，以檢驗電機設計是否合格，制造工藝是否良好。溫升試驗方法有直接負載法、等效負載法和間接換算法，在所研制的測試系統(tǒng)中，根據(jù)廠方的要求，采用的是直接負載法來進行溫升試驗。直接負載試驗法的溫升試驗應在額定功率，額定電壓，額定頻率下進行。為了保證電機的正常運行，必須對電機個部分的溫度進行準確的測量。首先是定，轉(zhuǎn)子繞組的溫度，不得超過國家標準的允許值。因為它受絕緣村料的極限溫度所限制。國家標準中對電機的鐵心，軸承，澗滑油，冷卻介質(zhì)等規(guī)定了溫度的極限值，對電機的繞組也規(guī)定了溫升的極限值。繞組的溫升除了與各種絕緣結(jié)構(gòu)的極限使用溫度有關以外，還與環(huán)境溫度，熱點溫度有關。關系如表3-1所示：表3-1 絕緣等級絕緣結(jié)構(gòu)極限溫度環(huán)境溫度熱度溫度溫升極限A10540560E12040575B130401080F1554015100H1804015125本系統(tǒng)的溫升試驗主要用直接負載法，加負載的方法用電源回饋法：兩臺相同的異步電機用連軸器連接，負載電機的勵磁電路由另外的電源供電。當負載電機的轉(zhuǎn)速達到一定的值時，加入勵磁電流使負載電機成為發(fā)電機，改變勵磁電流的大小便可調(diào)節(jié)負載。此方法讀數(shù)，比較穩(wěn)定，耗電少，但設備較復雜。采用直接負載法做溫升試驗時，被試電機應保持額定負載，直到電機各部分溫升達到熱穩(wěn)定狀態(tài)為止。試驗過程中，每隔半小時記錄被試電機的電壓，電流和輸入功率，以及定子鐵心，軸承，風道進出口處的冷卻介質(zhì)和周圍環(huán)境冷卻介質(zhì)的溫度。若采用帶電測溫法時，還應每隔半小時以及試驗結(jié)束前測量繞組的電阻。在本系統(tǒng)中我們采用Pt100溫度傳感器來測量被試電機的溫度，再通過RS485/RS232實時傳輸?shù)轿C中。3.5.2 各種工作制電機的溫升試驗電機的工作制是指電機在運行時承受負載的情況，包括起動、電制動、空載、斷能停載以及這些階段的持續(xù)時間和先后順序。（1） 常用的旋轉(zhuǎn)電機分十種工作制，分別用S1S10共十個代號表示。其中S1為連續(xù)工作制；S2為短時工作制；S3S8為各個不相同的周期工作制，在產(chǎn)品試驗時，如果沒有特殊要求，則一個周期時間為10min，負載持續(xù)率可為15%、25%、40%或60%；S9為非周期變化工作制；S10為離散恒定負載工作制?，F(xiàn)將這十種工作制的內(nèi)容敘述如下，其中各種工作制主要適用于電動機，S1、S2也適用于發(fā)電機。連續(xù)工作制S1工作制指在恒定負載下的運行時間足以達到熱穩(wěn)定的工作制。短時工作制S2工作制指在恒定負載下按給定的加載時間（應為10、20、60min或90min）運行，該時間不足以使電機達到熱穩(wěn)定，隨即斷能停轉(zhuǎn)，使電機再度冷卻到實際冷態(tài)的工作制。斷續(xù)周期工作制S3工作制指按一系列相同的周期運行，每一個周期包括一段恒定負載運行時間和一段斷能停轉(zhuǎn)時間的工作制。這種工作制中每一周期的起動電流不致對溫升產(chǎn)生顯著的影響。包括起動的斷續(xù)周期工作制S4工作制指按一系列相同的工作周期運行，每一周期包括一段對溫升有顯著影響的起動時間，一段恒定負載運行時間和一段斷能停轉(zhuǎn)時間的工作制。包括起動和