电机自动实验系统设计方案.docx
- 文档编号:17831537
- 上传时间:2023-08-04
- 格式:DOCX
- 页数:46
- 大小:271.83KB
电机自动实验系统设计方案.docx
《电机自动实验系统设计方案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电机自动实验系统设计方案.docx(46页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
电机自动实验系统设计方案
摘要……………………………………………………
Abstract………………………………………………
第1章概述……………………………………………
1.1研制直流电动机自动测试系统的现实意义…
1.2系统设计的基本要求…………………………………
1.3电机测试标准…………………………………………
1.4系统设计构想…………………………………………
第2章总体方案……………………………………………
2.1直流电机简介…………………………………………
2.1.1电磁式直流电机……………………………………
2.1.2永磁式直流电机……………………………………
2.1.3无刷直流电机………………………………
2.2他励直流电机的运行特性………………………………2.2.1概念………………………………………………
2.2.2运行特性各曲线的意义……………………………
2.3系统的构成原理………………………………………
2.4实验工程……………………………………………
2.4.1空载实验…………………………………………
2.4.2负载实验……………………………………………
2.4.3温升实验…………………………………………
2.4.4他励直流电动机的固有转速调整率的测定…
第3章硬件设计………………………………………………
3.1实验线路的设计……………………………………
3.1.1线路方案的设计……………………………………
3.2实验电源的设计………………………………………
3.2.1全波桥式半控整流电路工作原理………………
3.2.2全波桥式半控整流电路相关参数………………
3.3数据采集处理系统的设计…………………………
3.3.1工控机…………………………………………
3.3.2电量变送器……………………………………
3.3.3传感器……………………………………………
3.3.4温度传感器………………………………………
3.3.5霍尔电流传感器…………………………………
3.3.6转矩转速传感器…………………………………
3.4通信系统的设计………………………………………
3.4.1概述…………………………………………………
3.4.2RS-232的介绍……………………………………
3.4.3RS-485的介绍……………………………………
第4章软件设计………………………………………………
4.1软件介绍………………………………………………
4.1.1概述………………………………………………
4.1.2VisualBasic6.0简介…………………………
4.2系统设计………………………………………………
4.2.1软件设计思路……………………………………
4.2.2软件设计过程……………………………………
4.2.3软件界面…………………………………………
结束语………………………………………………………
参考文献………………………………………………………
致谢……………………………………………………………
[摘要]本课题电机自动测试系统的设计,它主要利用计算机控制直流电机的运行并对实验时的各项性能参数进行自动采集分析。
它涉及到传感技术,通信技术,信号处理技术以及计算机综合处理和检测技术等。
该自动测试系统是以计算机作为核心设备,控制传感器和变送器自动采集实验时的各种数据并最终传输回计算机进行处理。
整个测试系统分为三部分:
计算机数据处理部分;现场数据自动采集部分;通信部分;其中计算机数据处理部分由数据存储、输出部分以及绘图、计算部分组成,它可以实现数据的存取、计算、分析和图表功能,并能自动生成实验报告;现场数据自动采集部分负责采集实验数据,如电压、电流、功率、频率和各部分温度等等;通信部分负责实验数据的显示及传输。
软件实现是以VB6.0和VC6.0作为开发工具,开发出直流电动机自动测试系统,在此基础上,通过COM技术,结合Microsoft的Access数据库和Excel电子表格等应用软件开发出本系统的数据管理、查询、报表、曲线和打印系统。
<关键词)直流电动机,传感技术,数据采集系统,自动测试,通信技术
【Abstract】ThistaskDirectcurrentgeneratorautotestsystemdesign,Variousperformanceparameterthatitsthemainusecomputercontroldirectcurrentgeneratoroperationadjustwhentestingiscollectedtheanalysisvoluntarily.Thatitrelatestopassingonsensesthetechniqueskill,Communicationtechnique,Treatmentofsignaltechniquealongwithcalculatingmachineintegratedprocessingandtheexaminationtechniqueawaits.
Thatautotestsystematicallyisdoingworthwhilecoreinstallationwiththecalculatingmachine,Thedifferentdatathatcontrolsensorandtransmitterarecollectedwhentestingarevoluntarilyfinallytransmittedbackthecalculatingmachinetohandle.Theentiretestsystemisdividedintothreesections:
Calculatingmachinedatahandlingsection。
Thefielddataiscollectedthesectionvoluntarily;Communicationsection。
Initthecalculatingmachinedatahandlingsectionisthroughthedatastorage、Outputsectionalongwithmapping、Thecalculationsectionismakeedup,Itmayachievethedataaccesss、Calculation、Analyseandthepicturecapacityshowwedoffthecontributions,Moreovertestreportbeabletobegenerateedvoluntarily。
Thefielddataiscollectedandpartlyisinchargeofcollectingthetestdatavoluntarily,Incasetension、Electriccurrent、Meritorousservicerate、Thefrequencywaitswiththedifferentpartoftemperature。
Thecommunicationsectionisinchargeoftestdatadisplayandthetransfer.ThesoftwareimplementationisdoingworthwhilethedevelopmenttoolwithVB6.0andVC6.0,andthedirectcurrentintentionautotestsystemiscomeoutinthedevelopment,Belivingonthisbase,BymeansofCOM'stechnique,UnitingtheapplicationssoftwaresuchasAccessdatabankandtheExcel'sElectronicFromofMicrosoftandsoonopensupoutnativesystematicdatamanagement、Inquiry、Reportform、Thecurveiswithstampsthesystem.
第1章概述
1.1研制直流电动机自动测试系统的现实意义
在科技日新月异的今天,直流电机的技术也日趋完善。
但如何在现有先进技术的基础上更进一步的提高电机的各项性能指标,使电机的发展趋于完美,已成为电机技术发展的关键问题。
直流电机的使用率如此之高,主要是因为它的噪音小、体积小、传动平稳等等,所以在工业上应用越来越广泛。
电机的测试技术主要是测试出电机的几大基本参数,像电阻、电流、电压、转速、转矩、温升等等。
而在新的电机产品研制过程中,
除了必须对设计、工艺过程及理论分析等方面进行研究外,还必须对电机及其模型进行大量的实验,以进一步探索改进和完善的途径。
从事电机生产的企业都免不了要对产品进行各种实验,以检查电机的质量是否符合国家标准,确定电机的电气和机械性能是否全面达到技术要求,这些都为该套自动测试系统提供了用武之地。
以前的电机型式实验系统主要由模拟设备和机械式测量仪表构成,实验人员工作繁重,数据统计工作复杂,且由于人为因素,数据测量不准确。
而该系统就正好弥补了传统实验方法的不足。
综上所述,该自动测试系统具有传统的测试方法无法比拟的优越性,随着计算机的广泛应用,硬件性能的提高以及价格的下降,传统的电机测试方法己经不能适应社会和科学技术的发展,而采用计算机以及现代测试仪器的自动测试系统的研制是势在必行的。
1.2系统设计的基本要求:
<1)能自动控制被测电机的起、停、自动采集测试数据,自动进行数据处理及参数计算,以及自动打印实验报告,绘制特性曲线
<2)整个实验过程由计算机的程序控制,只要改变计算机的程序,就可改变实验中各工程的实验
<3)数据采集以及传输速度快各种参数测量的精度高
<4)工作可靠,操作简便。
1.3电机测试标准
产品标准是衡量产品的依据,产品标准多具强制性,一经颁发,有关的制造厂、用户和质量监督部门都得遵守。
判断某台电机是否合格就是按照标准所规定的条件和方法进行测试,以考察它的性能能否达到标准的要求。
我国的标准体系分为四级,国家标准、专业标准(部标准>、地方标准和企业标准。
国家标准是对全国经济技术发展有重大意义、在全国范围内实行的标准。
如关于量大面广,跨部门生产的重要产品的标准。
国家标准由国家标准局审批和颁发,代号GB,“旋转电机基本技术要求”的编号为GB755一87,755是序号,87表示这个标准是1987年批准的。
部标准(专业标准>各专业范围内实行的标准。
各类电机的基本系列、重要派生类系列及重要专用系列的技术条件一般都属于部标准。
电机的部标准由机械工业部颁发,87年以前代号是JB、JB/z,91年以后为JB/T。
有关电机实验方面的标准大体是这样安排的:
对于各类和各大类通用的工程和实验方法,由国家制定通用实验方法标准,如GB755-87《旋转电机基本技术要求》[7]和GB/T1311—1989《直流电机实验方法》中就规定了直流电机的主要实验工程和实验要求。
1.4系统设计构想
该自动测试系统的主要组成部分是:
:
微机系统及其外部设备、各种数字测试仪器和传输设备。
实验的过程控制是由微机系统来实现,它还要进行数据处理、曲线绘制、自动生成报告等。
微机控制着整个实验过程:
其中各种数字仪器的数据采集就主要是通过通讯口而受微机控制,而进行工作的。
第2章总体方案
2.1直流电机简介
直流电机可分为:
电磁式直流电机、永磁式直流电机和无刷直流电机。
2.1.1电磁式直流电机
其定子铁心上装有磁场绕组和换相绕组,分别称为主磁极和换相极;转子铁心中嵌有电枢绕组,一端装有换向器<又被称为整流子,俗称“铜头”);另外还有与换向器相接触的电刷及相关装置等。
这类型的直流电机称为电磁式直流电机。
又因为电枢绕组是通过电刷与换向器之间的滑动接触与外部电源<对电动机)或负载<对发电机)相连接的,所以又被成为“有刷直流电机”。
根据不同的使用要求,电磁式直流电机的励磁绕组及其与电枢绕组的连接关系有多种型式。
一般按励磁绕组与电枢绕组的连接方式分类,常用的有:
他励;并励;串励和复励四种,复励中又可分为加复励和减复励两种<前者较常用)。
2.1.2永磁式直流电机
永磁式直流电机产生主磁场的励磁部件是永久磁铁<或成为磁钢)。
它与电磁式它励直流电动机相比,具有结构简单、体积小、重量轻、工作可靠、使用和维护方便、效率高等许多特点。
在普通家用电器、电动工具、玩具、音响视听设备、汽车、飞机、计算机等领域中做小功率的动力设备。
随着磁性材料的发展,其应用范围正日益扩大。
2.1.3无刷直流电机
因去掉了复杂的换向和电刷装置,无刷直流电机具有了结构简单、工作可靠的明显优势。
特别是采用永磁体的无刷永磁直流电机,其优势则更加明显。
现已广泛应用在软硬磁盘驱动器、光盘驱动器、激光打印机、摄录像机、电动自行车和摩托车、航空航天等很多领域。
无刷直流电动机由电机本体、传成。
电动机本体由定子和转子组成,定子上的多相绕组放置在铁心槽内;转子上的磁钢产生磁场;位置传感器检测转子的旋转位置,与电子换向控制电路一起实现电子换向。
本系统所使用的电机为电磁式直流电机。
2.2他励直流电机的运行特性
2.2.1概念:
所谓运行特性是指在外加电压U=Ue=常数,电枢回路不串入附加电阻、励磁电流保持不变的条件下,电动机的转速n,电磁转矩Mdc和效率η等与输出功率P2之间的关系曲线,他励直流电动机与并励直流电动机有着相同的运行特性。
用实验法测取他励直流
电动机的运行特性时,接线原理如图2.1所示。
开始实验前,应先调节励磁电流,使电机输出功率为额定值Pe时的转速为额定转速ne,此时的励磁电流称为额定励磁Ife。
实验过程中,保持励磁电流恒定,在此条件下,改变电动机的负载,测量不同负载下的转速n、负载转矩M2和输出功率P2,可得到如图2.2所示的运行特性。
图2.1他励电动机的接线图
2.2.2运行特性各曲线的意义
<1)速率特性。
速率特性是指U=Ue=常数,If=Ife=常数时,n=f 根据U=Es+IsRs和Es=CEΦn可的转速公式: <2.1) 由此可见,在Ue和Ife的条件下,如果忽略电枢反应的去磁作用.当P2上升时,由于电枢电阻压降ISRS的增大,转速n下降.但电枢电阻RS一般都比较小,在额定工作状态下,电枢电阻压降差不多只占额定电压Ue的5﹪左右.因此,速率特性是一条略微下垂的直线。 <2)转矩特性是指U=Ue=常数,If=Ife=常数时,Mdc=f 根据电动机输出转矩M2与输出功率的关系: <2.2) 由式可知,若n不变,则M2=f 可是实际上当P2增大时,转速n略有下降,使得M2=f 因为Mdc=M2+M0,其中M0系由摩擦损耗和铁耗所引起的,当P2增加时,转速n变化不大,所以与转速有关的摩擦损耗和铁耗变化不大,故M0可以看成为常数。 因此,在M2=f 2.3系统构成原理 如下图,I、U、P分别为电流变送器、电压变送器和功率变送器;R为电阻/电压变换器;t温度变送器。 以上各量为模拟量,经模拟多路开关和A/D转换器变换成数字量送入微机。 转矩—转速传感器产生的模拟信号经转矩仪变换成数字信号,连同频率信号一起经数字量接口电路直接送入微机。 电动—发电机组的电压、频率调节以及被试电机的负载调节可在计算机的统一控制下自动实现。 由微机送入控制信号,经D/A转换和模拟开关后,可以利用晶闸管电路或伺服电机等对电机进行控制,以实现系统频率、电压和负载的自动调节。 按照电机学的基本原理,事先编制好微机的数据处理程序软件,经过对检测数据的处理和计算后,就可以通过显示器和打印机输出被试电机的特性数据和特性曲线,或者直接输出实验报告,从而对被试电机的性能作出评价。 图2.3系统框图 2.4实验工程 该自动测试系统是以常用中小型电磁式他励直流电机为测试对象。 测试内容由以下几个通用实验工程组成: <1)空载实验 <2)负载实验 <3)温升实验 <4)他励直流电动机的固有转速调整率的测定 2.4.1空载实验 <1)实验目的: 直流电机的空载特性是指当电机在空载发动机状态下,以额定转速运转时,电枢电压与励磁电流的关系曲线。 做此实验的目的是检查电机的磁路饱和情况和气隙的大小。 <2)实验方法 实验时,将被试电机的励磁绕组由单独的可调电源供电,即不管电机原来的励磁方式如何,均改做他励。 用辅助电动机拖动被试机,并调节被试机转速使之保持在额定值不变。 电路原理如图2.4: 图2.4空载特性的测定电路原理图 实验步骤: 被试电机励磁电流从零开始,逐步增加,直到电枢电压达到130%的额定电压为止,然后再逐步减小励磁电流,一直回到零。 在做曲线上升分支和下降分支时,各读取7~9个点,每点读取电枢电压和励磁电流,在电枢电压额定值附近多读取几点。 根据各点数据画出上升分支和下降分支两条曲线,如图2.5: 图2.5直流电机的空载特性曲线 因为下降分支更能反映出电机的磁路特点,并可以测定出剩磁所产生的空载电动势,所以有时只做下降分支。 实验时应注意两点: 一是测试中励磁电流的调节,只允许按一个方向进行。 比如在做下降分支时,某一点调得过低,需要再调高一点,此时应将电流调到最高值,然后再降低到所需要的一点。 二是由于电机的磁路比较饱和,电枢电压调不到130%的额定值时,应尽可能调高电压,但励磁电流不能超过额定值的两倍。 在做检查实验时,无需做出整条曲线,而是仅做下降分支中额定电压时的一点。 其值与型试实验值比较,在额定励磁电流时,空载电枢电压值允许相差±5%。 如果超差,则应对电机的磁极与电枢间的气隙进行调整。 当电枢电压偏高时,应增大气隙;反之,应在磁极下面增加垫片,以减小气隙。 气隙的调整范围按下式进行计算: δ’=2δ×偏差值%<2.6) 式中δ’—需要调整的气隙,mm; δ—原主极气隙,mm。 2.4.2负载实验 <1)实验目的 直流电机的额定负载实验是量取和校核额定负载时的励磁电流值<对于发动机)和额定负载时的电枢电流、励磁电流和转速的数值<对于电动机),同时检查换向情况、振动情况和现场的其他情况。 <2)实验方法: 直流电机的负载实验有两种方法,直接负载法和回馈法。 回馈法又包括多种型式的回馈。 由于直接负载法线路简单,操作方便,所以该系统采用此法。 直接负载法的电路原理如图2.6所示。 被试电机可以是发动机,也可以是电动机。 输出的负载电阻是可调节的电阻器,一般使用调光电阻器<电灯)、水电阻、铸铁电阻、电炉丝等。 图2.6直流负载法电路原理图 实验发电机时,调整M的转速达到发电机的额定转速,并保持在实验过程中不变。 合上开关Q,调节G的励磁电流,使发电机的电压为额定值。 逐步向小调节负载电阻,使发电机输出电流增至额定值。 此时记录发电机的电压、电流、转速及励磁电流值。 与此同时应检查换向,确定火花等级并做好记录。 还要检查电机的振动情况及轴承运行的情况。 实验电动机时,首先为被试电机加上励磁电流,并调到额定值。 合上Q1,逐步增加电源电压至额定值,此时电机转速基本是额定转速。 合上Q,逐步增加直流发电机G的励磁电流,电动机的电流也随着增加,直到电动机的电流电流达到额定值时,再逐一调整电动机的电源电压和电枢电流,使电动机在额定状态下运行。 此时记录直流电动机的端电压、电枢电流、励磁电流、转速等,同时检查振动及轴承运行情况。 应注意电机应在额定状态下运行1h,或按电机的要求,进行定时的额定负载运行。 发电机负载特性一般指外特性,既发电机转速及励磁保持不变时,端电压对负载电流的关系。 所谓励磁保持不变,是指电机在额定负载状态下运行时的励磁不变。 对他励发电机保持励磁电流不变;对并励、复励发电机保持励磁变阻器的位置不变。 实验时,保持电机的额定转速和励磁不变,改变负载电流由125%的额定值降低到零,共测量5~7点,每一点记录端电压,电枢电流、转速及励磁电流。 然后绘制U=f 电动机的负载特性一般指转速特性,即电动机端电压和励磁不变时,电机转速对负载电流的关系。 所谓励磁不变,是指电动机在额定运行时的励磁不变。 对他励、并励电机保持额定励磁电流不变,对复励电动机应保持励磁电阻器位置不变。 实验时,保持电机的额定电压不变,励磁不变。 改变负载电流由125%的额定值降到零<对于串励电动机应为1/4额定值),测量5~7点。 每一点记录端电压、电枢电流、转速及励磁电流。 然后绘制n=f 对于可以逆转的电动机,应对两个方向进行实验。 对于转速可调的电动机,应在最高和最低转速下,都进行此项实验 2.4.3温升实验 <1)温升实验目的: 电机各部分温度如电机绕组温度、轴承温度、铁芯温度及机壳温度,特别是绕组温度不仅表示电机的发热状态,而且与电机的寿命有直接联系。 据测定,绕组每升高10℃,绕组的寿命减少一半。 因此,电机各部分只有在低于其最高允许工作温度下使用,才能保证其经济使用寿命和运行可靠性。 电机温升的测量方法根据规定有四种: 温度计法、电阻法、埋置检温计法和迭加法<双桥对电测温法),此外,目前国内正在研制的有无线电测温、红外线测温核温度指示器等等。 在我们研制的电机测试控系统中,温度的测量由Pt100测得温度再传给工控机进行相应的处理。 <2)电机温升、温升限度的概念 1.电机某部件与周围介质温度之差,称电机该部件的温升。 2.电机在额定负载下长期运行达到热稳定状态时,电机各部件温升的允许极限,称温升限度。 电机温升限度,在国家标准GB755-65中作了明确规定。 <3)绝缘结构、耐热等级概念: 1.一种或几种绝缘材料的组合称绝缘结构。 2.耐热等级表示绝缘结构的最高允许工作温度,并在这样的温度下它能在预定的使用期内维持其性能,在允许的范围内及其所分的等级耐热等级。 耐热等级的具体划分见下表: 绝缘等级 绝缘结构极限温度 环境温度 温升限值 Y 90℃ 40℃ 45℃ A 105℃ 40℃ 60℃ E 120℃ 40℃ 75℃ B 130℃ 40℃ 80℃ F 155℃ 40℃ 100℃ H 180℃ 40℃ 125℃ 表2.1 从上所述,电机中不同耐热等级的绝缘材料有着不同的最高允许工作温度。 所谓最高允许工作温度是指: 在此温度下长期使用时,绝缘材料的物理、机械、化学和电气性能不发生显著恶性变化,如超过此温度,则绝缘材料的性能发生质变,或引起快速老化。 因此,绝缘材料最高允许工作温度是根据它经济使用寿命确定的。 从附表中可以看到,温升限度基本上取决于绝缘材料的等级,但也和
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电机 自动 实验 系统 设计方案