电机智能测试与控制系统中M_S曲线的测定.pdf

收稿日期:2002 - 10 - 191黄湘宁 男 1963年生,高级工程师,在职硕士研究生;毕业于湖南大学电机专业,现从事电机科研工作,主攻方向为特种电机设计及控制电机智能测试与控制系统中M - S曲线的测定黄湘宁 黄守道 罗军波湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙(410082)摘 要 异步电动机的转矩转速曲线是异步电动机的一项重要特性,本文提出了一种利用JCZ型智能转矩转速传感器来实时测量电动机转矩和转速的方法,并且用PCL711B数据采集卡同步采集电机的端电压来对转矩进行修正在VB中引用Matrix库函数对数据进行处理,最后拟合得到M - S特性曲线试验结果表明,这种拟合曲线的方法是切实可行的关键词 异步电动机 JCZ型智能转矩转速传感器 VB 转矩转速特性曲线The Determining of M - S Curve in Intelligent Testingand Controlling System of MotorHuang Xiangning , Huang Shoudao, and L uo JunboAbstract The M2S curve of asynchronous motor is very important to motor. Thispaper presents a new way to test torque and speed of motor real2time with JCZ intelli2gent torque2speed sensor. At the same time we sample end2voltage of motor withPCL711B. We can draw the M2S curve with Matrix in MATLAB. The result shows thatthis way is feasible.Key words Asynchronous motor , JCZ intelligent torque2speed sensor , VB , M2Scurve.1 引言转矩转速曲线是异步电动机的一项重要特性,因为曲线的形状以及曲线中的起动转矩、 最小转矩、 最大转矩是衡量一台电机能否顺利起动和稳定运转的重要指标,虽然这些指标可由设计数据得到,但是由于谐波磁场以及制造工艺等因素的影响,计算值与实际情况有较大的出入,因此还需要用试验的方法来测定验证。

异步电动机的T=f ( n)曲线的测量方法有很多种,较常用的有:分析过直流电机法、 加速法、输入法和直接法(利用测功机、 转矩转速仪直接测量)较早的M—S曲线测绘方法是转矩 — 转速仪测定法( GB1032 - 85中1113项所述) ,即应用电动机在空载起动过程中,其加速度正比于电机转矩的原理,通过检测电机起动过程中的转速并对其微分求得其转矩,从而绘出M - S曲线这种方法使用的设备费用小,极其经济,但定标比较困难,定标精度难以保证,而且正确地选取其微分参数和滤波参数也是困难的在实际的工程测试中,选择哪种方法取决于电机的大小,试验条件和已有的设备在作者所做的智能电机测试与控制系统中,利用JCZ型智能转矩转速传感器实时测量异步电动机空载起动过程中的转矩和转速,并利用PCL - 711B型AD/ DA采集卡来同步测量电机的12002年第4期(总第113期)2002年12月31日出版(EXPLOSION - PROOF ELECTRIC MACHINE) 防爆电机端电压,用来对转矩进行修正,试验结果表明,这 种方法是准确可行的2 数据采集211 JCZ型智能转矩转速传感器的工作原理JCZ型智能转矩转速传感器是在原JC型转 矩转速传感器基础上设计制造的新一代产品,JCZ型智能转矩转速传感器在保留原产品高精 度、 高可靠性等优点的同时,还具有自动零点补 偿,自动环境温度修正传感器系数等智能化特性,从而消除了原来传感器与二次仪表互换时带来的 误差,并在转速很低时也能精确测量转速。

当使 用Lon Works网络传输时,通讯距离可达2km 在现场进行试验时,其测量结果精确度较高JCZ型智能转矩转速传感器由机械和通用智能模块两部分组成,其机械部分通过弹性轴、 两组 磁电信号发生器,把被测转矩、 转速转换成具有相 位差的两组交流电信号,这两组交流电信号的频 率相同且与轴的转速成正比,而相位差的变化部 分又与被测转矩成正比它的信号处理部分是以ECHLON公司的3150神经元芯片为核心组成, 把这两路信号处理成可利用双绞线等传输介质进行网络传输的网络变量,或者是处理成直接可与 计算机RS232串口通讯的信号在所做的测试 与控制系统中,JCZ型智能转矩转速传感器的通 讯线直接与工控机的RS232串口(Com1 ,Com2) 相连,数据是通过DDE通道进行传递的,DDE的初始化以及关闭都在程序中进行了处理由于转 矩仪的通讯线比较长(考虑到实际的现场测试) ,因此要注意该通讯线不要与其他的高压线路相缠 绕,以避免感应高压电压击穿串口212 数据的采集电机的起动过程一般在几秒之内完成考虑 到曲线的精度,且曲线要体现电机的起动转矩、 最 小转矩和最大转矩,因此要求JCZ型智能转矩转 速传感器有比较高的采样速率,采样点数太少,曲 线就太过平滑,尤其是起动时在1/ 7到1/ 5倍额定转速范围内的最小转矩所造成的凹谷体现不出 来。

在JCZ型智能转矩转速传感器中,新增加了 快速采样和慢速释放的功能,它可以对转矩以及 转速进行快速采集(采样的速率可以调节) ,并将 数据存放在临时寄存器中,在快速采集完毕以后,再慢速释放所采集的数据图1 采集流程图试验时,被试电机通常在额定电压和额定频 率下起动运行,但是在电机的起动过程,电机的端 电压是经常变化的,我们需要将所测得的转矩修 正到额定电压下因此,在电机的起动过程中,需 要同步测量电机的端电压,在测试系统中,我们采用的是研华公司的PCL711B采集卡来采集电机的端电压PCL711B采集卡的采集速度相当快, 但是它采得的是电压的瞬时值,工频电源的周期 是0102s ,因为是正弦波,我们在取绝对值以后, 其周期变为0101s ,这时就可以对其进行有效值 处理,因此最后得到的电压采样速率是100个/ s在采集的过程中,JCZ型智能转矩转速传感器和2防爆电机 (EXPLOSION - PROOF ELECTRIC MACHINE) 2002年第4期(总第113期)2002年12月31日出版PCL711B采集卡应该保持绝对的同步,因此,CZ 型智能转矩转速传感器的采样速率也被设定为100个/ s。

213 电压和转矩的同步 因为用电压对转矩进行修正只能是点对点同步进行的,在采样的过程中,JCZ型智能转矩转速 传感器进行转矩和转速采集的同时,启动板卡采 集电机的端电压,在电机起动运行达到稳定状态 后,转矩转速传感器和PCL711B采集卡同步停止 采样,这个过程一般在2～4s内完成 (1)将JCZ型智能转矩转速传感器连接到测试电机上,开始测试; (2)开启JCZ型智能转矩转 速传感器上的小电机; (3)进入测试界面,确认小 电机已经运转,定时器开始计时; (4)启动试验电 机,智能转矩转速传感器开始采集转矩和转速,PCL711B采集卡同时检测电机的端电压(要是检 测到端电压,界面上的绿色按钮马上变为红色;颜 色未变,表明没有采集到电压,提示重新开始) ,在 界面的立即窗口里面可以看到快速采集的转矩和 转速值;(5)采集过程一般在011～2s内完成,停 下电机,在窗体的菜单栏里面点击慢速释放按钮, 释放所采集到的数据3 数据的处理采集完成后,我们先慢速释放所采得的转矩, 对于所测得的前面几个数据,可能会有些不正确 的转矩值(负值) ,这是因为转矩仪的反应速度过 慢所造成的,但是这些数据不会影响数据的处理, 我们可以在程序里面直接删除。

电机在起动时,转矩和电压都会有一个突变,它们都从接近于0 跳变到一个较大的值,因此所测得的电压和转矩 也会有一个跳跃现场测试时,我们的试验对象 是一台YGP160L - 6的电机,它的起动过程不到1s ,因此我们只取电压和转矩值中产生跳跃后的100个电压和转矩值来进行处理(在程序中作一 个判断即可)因为转矩和电压的跳变是同时的, 而且它们采样的速度也是相同的,因此采得的转 矩和电压是完全同步的,可以用电压来对转矩进 行同步修正T=TC(UN UC)2式中, T— 修正后的转矩; TC— 在T=f ( n)曲 线上对应于某一时刻t的值; UC— 在U=f ( t)曲线上对应于某一时刻t的值; UN— 被试电机的额定电 压4 试验结果在经过上述的数据处理后,我们可以得到一组修正后的转矩值以及对应的一组转速值,现在 就可以绘制曲线了基于MATLAB强大的计 算、 拟合以及绘图功能,我们在程序中引用MAT2LAB中的拟合及绘图函数来绘制M—S曲线 在Windows平台上,MATLAB不但对自动化控制器功能提供了支持,而且还可以作为自动化服 务器为其他的应用程序所引用,例如MicrosoftExcel , Microsoft Access , Visual Basic和VisualC+ +等。

在Visual Basic中可以直接开启自动化 服务器,另外,还可以通过引用Matrix VB来实现对MATLAB的简单操作Matrix VB一般应用 于曲线的拟合和绘制下图为Matrix VB所画出 的曲线,从总体上来看,达到了测试的要求图2 试验曲线5 结论从试验曲线来看,利用JCZ型智能转矩转速 传感器测量电动机转矩和转速,用PCL711B数据 采集卡同步采集电机的端电压来对转矩进行修正,最后调用Matrix VB来拟合曲线的方法是确 实可行的参考文献[1] 冯雍明 1 电机的工业试验 1 北京:机械工业出版社,1990. 41[2] 王凤翔 1 交流电机的非正弦供电 1 北京:机械工业出版社,1997. 81[3] 何秀伟 1 电机测试技术 1 北京:机械工业出版社,198516132002年第4期(总第113期)2002年12月31日出版(EXPLOSION - PROOF ELECTRIC MACHINE) 防爆电机。