基于虛擬儀器的感應電機測試系統設計

摘要：以非接觸式的電機轉速測量方法為核心，基于虛擬儀器和LabVIEW設計了一種感應電機測試系統。該系統實現了同步、實時監測電機的轉速、三相電壓和三相電流等多路信號，并對采得的信號可實現實時存儲、動態回放和分析處理以及圖形打印等功能。通過部分試驗測試表明了系統的功能和特點。
關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；非接觸式；轉速測試；電機測試

0 引言
電機的應用領域極為廣泛，因此電機的測試亦尤為重要。中小型電機的測試項目分為兩大類：檢查試驗和形式試驗。傳統的人工測試法就是通過電壓表、電流表、功率表等各種測試儀表對測量數據進行顯示，實驗人員對各測試儀表人工讀取測試數據，進行記錄后人工憑經驗進行分析比較，看是否滿足各項指標的要求，以便確定其外特性和使用的最佳運行條件。這種方法測試點多，采集數據量大，后期處理和分析靠人工進行很復雜且費工費時，其檢測的結果準確性也較差。本文以非接觸式的電機轉速測量方法為核心，基于計算機技術和儀器技術相結合的虛擬儀器技術開發了一套電機測試系統。該系統完成了同步、實時監測電機的轉速、三相電壓和三相電流等多路信號，并對采得的信號可實現實時存儲、動態回放和分析處理以及圖形打印等功能。

1 信號的測試方案
1．1 基于虛擬儀器的非接觸式電機轉速測量
由異步電動機的電磁關系可知，只要其定子電流頻率、轉子電流頻率和極對數確定，便可由式(1)算出電動機的轉速(單位：r／min)。

非接觸式電機轉速測量采用霍爾傳感器。其感應到的電機定子和轉子的漏磁通變化轉化為霍爾元件的輸出電壓變化，再利用虛擬儀器強大的軟件功能對采集的數據進行處理分析。
轉子在額定轉速下的電流頻率在0．75～3 Hz左右，屬于超低頻范圍，霍爾元件的感應十分微弱，往往感應定子產生的電動勢是感應轉子電動勢的100倍以上，因此，硬件電路必須對信號進行有效的放大和濾波，提高信噪比。硬件調理電路如圖1所示，其中經調試確定各元件的取值分別為：R1=20 kΩ，R2=200 kΩ，R3=473 kΩ，C1=C2=1 μF，運算放大器為OP07。

虛擬儀器的軟件數據處理方案為：首先對數據采集卡采集到的數據分別進行低通濾波和高通濾波，將分別得到轉子和定子的交變磁場頻率范圍。此時再分別對得到轉子和定子的交變磁場頻率范圍進行加窗處理，然后對高通和低通數據分別利用頻率的估值節點得到各自頻率值，按式(1)計算得到電動機轉速。