基于LabVIEW異步電機測試系統的研究

楊晶++趙學玲

摘要：電子技術、計算機控制技術以及電機控制技術的不斷發展，推動了電機測試系統的發展。本文分析了傳統電機測試系統的性能，論述了基于虛擬儀器技術的異步電機測試系統結構及工作原理，闡述了基于LabVIEW異步電機測試系統的設計要點。經過實際測試表明，本文設計的電機測試系統操作簡便，發揮了虛擬儀器靈活方便的特點，在測試領域中具有較高的實用價值和推廣價值。

關鍵詞：虛擬儀器；電機測試系統；LabVIEW

中圖分類號：TM343文獻標識碼：A文章編號：1674-120X（2016）11-0059-02收稿日期：2016-01-06

作者簡介：楊晶，女，安徽淮北人，天津職業技術師范大學中級講師，本科，研究方向：電氣技術；

趙學玲，女，天津職業技術師范大學副教授，碩士生導師，博士，研究方向：信號檢測與處理、智能控制系統。

隨著科技的進步，電機的性能也在不斷地提高，電機的測試設備也需同時進步。目前來說，只有和計算機技術融為一體的測試技術才能完成自動測試的功能，因此，虛擬儀器技術將是實現自動測試的最佳選擇。虛擬儀器技術在硬件方面，有成熟的數據采集板卡，并且其驅動程序在Windows環境下穩定可靠，抗干擾能力強；軟件方面，可提供形態與傳統儀表外形幾乎一致的圖形界面，開發過程變得容易，提高研發效率，界面豐富，便于功能的擴展。

一、電機測試系統的要求 對電機進行測試主要是為了得到電機的參數和各種特性，以便分析檢查生產出的電機是否符合設計要求。對電機的檢測，主要包括電機的輸入電壓和電流、輸出的轉速和轉矩、功率以及功率因數等，根據這些測試參數可以得到電機的運行情況。另外，為了測試電機的各種運行特性，還要進行相關特性的試驗，如負載試驗可以得到電機帶載的能力，以及其負載量與電機電壓和電流等物理量的關系。

傳統的電機檢測方法中不管是利用模擬儀器、數字儀器還是智能儀器，都需要人工操作，而且由于其各自功能不同，在測試時不能一次或者少數次地完成測量工作，生產效率不高。在測試功能的自動化方面做得還不夠好，功能單一，大部分儀器在實驗項目和電機規格等方面受到限制，應用范圍受到限制。

二、基于虛擬儀器的異步電機測試系統設計 虛擬儀器是指利用計算機、外圍控制和參量采集設備控制被測設備實現自動化測量的測試系統。這種儀器利用先進的計算機運算能力，在計算機上編寫各種功能的測試面板，來完成某個特定設備的全面的測量工作。外圍的設備主要實現對被測設備參量數據的采集和控制，以完成自動化測量。除了測量功能外，虛擬儀器還能分析測量數據，靈活繪制曲線，存儲數據和曲線，對比不同數據等。

1測試原理

異步電機測試系統是利用上位機軟件向控制器發送控制信號，控制器根據上位機的控制信息控制功率模塊，進而控制電機的運轉。同時傳感器等部件將采集的數據信息經轉換后傳輸給數據采集卡，數據采集卡采集傳感器信息，然后將數字量傳送給計算機，計算機的上位機軟件對數字量進行顯示處理和分析等。同時，為實現自動測量，上位機軟件可以通過控制器控制電機的運轉。

2異步電機虛擬儀器系統的設計

異步電機虛擬儀器系統主要包括控制部分和測試部分。控制部分的主要核心是電機控制器，包括驅動模塊、功率模塊、控制模塊，能完成電機的基本控制功能。異步電機虛擬儀器系統的開發，包括下位機及硬件開發、數據傳輸接口、上位機開發程序的設計。

（1）虛擬儀器接口的選型。對于設計功能簡單的異步電機虛擬儀器，數據量不大、實時性要求不高的情況可以采用SCI通信。應用較多的是通過計算機接口的總線傳送數據，一般采用這種方式時，需要配備一塊接口電路板，主要用于連接、處理數據格式等。而對于要經常熱插拔的數據接口，一般采用USB接口的設備，相對于其他的采集設備來說，其價格稍微高一些。

（2）數據采集卡的選擇。被測設備的參量需要用傳感器將其轉化為電量，數據采集卡將電量信號保持，進行A/D轉換，再傳給上位機。一般數據采集設備具有多路同時采集的功能，也可以單路分時段采集。對于多個相關聯的參量采集，如果要求最后的結果實時顯示，可以對這幾個相關聯的參量進行多路同時采集。如果需要采集的參量較多，而又對實時性要求不高，通道數目不足，可以采用單通道分時段采集。采用單通道，需要下位機分時段傳輸參量信息，傳輸時上位機與下位機要有握手信號。在采集卡的內部有放大器電路，如果電量幅值較小，可以放大至一定的合理采集值。有的傳感器使用時間久了，測量的電量就會產生偏移，數據采集卡采集到的數值就和被測設備實際的值不一致，這時可以采用上位機編程進行結果校正，實現正確測量。當偏移量較大時，需對傳感器進行校正或者更換新的傳感器。合理選擇數據采集設備可以在較低的成本下完成測量任務。在選擇時應首先考慮采集任務的可靠性，采集通道的數量上要留有備用通道，作以后系統擴展其他功能用。

（3）下位機及硬件電路。 只有數據采集設備還不能完成一個系統的全部測量。為了使數據采集卡出色地完成任務，還需設計一個下位機。下位機功能主要是統籌各個采集量，管理硬件電路，發送控制信號，采集硬件電路參數實行保護等。硬件電路可以直接和數據采集設備連接，也可以將數據量傳送給發送硬件電路模塊，發送硬件電路再根據上位機的握手信號進行發送。如果是多個硬件設備占用同一個數據通道，則需要邏輯電路控制其發送順序。在設計時，要根據對需要采集的參量有什么樣的要求來選擇器件，一般選擇的依據主要是其實時性和精度。下位機根據其完成的數據計算量選擇合適的微處理器。

（4）上位機編程環境的選擇。 虛擬儀器的軟件部分可以由許多的編程環境來完成，如MATLAB、VC等。現在上位機編寫環境主要分為兩類：一種是采用面向對象的可視化的高級編程語言，如VC++、VB等編寫虛擬儀器的軟件，這種方法實現的系統靈活性高，在目前應用是最多的；另一種是圖形化的編程語言，有很好的可讀性，而且學習也比較容易，如HPVEE 及LabVIEW等就很適合沒有經驗的技術工作者使用。

選擇LabVIEW主要是因為其相對于其他軟件來說，有更多的資源可利用，可減少開發時間。就LabVIEW軟件本身而言，模塊操作，簡單易學，適合于大部分的開發者。

三、異步電機測試系統硬件設計 異步電機測試系統框圖如圖1所示，主要分為以下幾個部分：上位機軟件、數據采集卡、DSP芯片及其外圍電路部分、驅動電路、逆變模塊以及相關傳感器等。

四、上位機軟件的設計1軟件功能分析

上位機軟件主要完成電機的自動測試功能，在功能方面要全面，包括電機測試實驗選擇、測試實驗數據存儲、測試實驗數據分析、測試實驗數據顯示、歷史實驗數據查詢、兩個測量數據特性比較等功能。

2軟件設計框圖

根據測量的內容和測量的順序可列出軟件的設計框圖，如圖2所示。

五、綜述 通過虛擬儀器技術，可以快速、高效地開發出模塊化、智能化、集成度高的電機測試系統，實現電機各種參數的測試，并且有較好的控制精度。虛擬儀器有諸多優點，是未來測試系統的發展方向，在這方面的研究也會越來越多，虛擬儀器在功能方面將更完善，速度將更快，測試效率也會大大提高。

筆者開發的異步電機測試系統，其上位機軟件部分是基于LabVIEW編程環境開發，在開發過程中使用了許多其中的功能模塊，節省了許多開發時間。因虛擬儀器可完成的功能較多，本測試系統在異步電機測試方面已能完成電機的基本測試，經過實際測試表明，本文設計的電機測試系統操作簡便，發揮了虛擬儀器靈活方便的特點，在測試領域具有較高的實用價值和推廣價值。

參考文獻：

〖1〗陳伯時電力拖動自動控制系統〖M〗北京：機械工業出版社， 2004.

〖2〗馮畹芝電機與電力拖動〖M〗北京：中國輕工業出版社，1991.

〖3〗姜風國基于虛擬儀器的電機電參數測試〖J〗機電工程，2007，24（4）.