永磁同步电机试验系统的设计毕业设计文档格式.docx
《永磁同步电机试验系统的设计毕业设计文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《永磁同步电机试验系统的设计毕业设计文档格式.docx（54页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
毕业实习。
（3）4月10日至4月20日：
整体方案的确定。
（4）4月21日至4月30日：
永磁同步机型式试验控制系统的设计。
（5）5月1日至5月20日：
传感器、智能仪表采集显示与串行接口系统设计。
（6）5月21日至5月30日：
计算机采集处理系统设计框图。
（7）6月1日至6月9日：
撰写毕业设计论文
（8）6月10日至6月18日:
毕业设计答辩
永磁同步电机试验系统的设计
摘要：
随着电机技术的发展，多种类型的永磁同步电机得到越来越广泛的应用，为确保产品质量，电机都需要进行型式试验和出厂试验，从而对电机的测试系统的要求也越来越高。
本研究课题采用计算机作为自动测试系统的核心设备，各种数据的采集利用互感器、霍尔智能变送器和由单片机组成的智能显示仪表及PLC等设备组成测试系统的硬件设备。
整个测试系统分为三部分：
电源部分；
现场数据采集和通信；
计算机数据处理和显示部分。
其中电源系统采用回馈法试验机组电源，达到节约能量的目的；
现场数据采集负责采集试验数据，如三相电压、三相电流、功率、频率、功率因数以及高压电机各部分温度等等；
计算机数据处理和显示部分由数据存储、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，并能自动生成试验报告。
论文详细的分析和论述了同步电动机的各个试验项目、试验方法和自动测试，并重点对数据采集硬件部分和仪器选择方面作了分析。
最后对电机自动测试系统的发展方向作出展望。
关键词：
永磁同步电动机，自动采集，测试，计算机
Permanentmagnetsynchronousmotortestsystemdesign
Abstract：
Withthemotortechnologydeveloping,manydifferenttypePermanentmagnetsynchronousmotorsareappliedwiderandwider,inordertoguaranteeproductquality,theelectricalmachineriesallneedtocarryonthepatterntestanddispatchfromthefactorytesting,sohigherqualitymotortestsystemisrequired.
Thissubjectforresearchadoptsthecomputerasthekeyequipmenttestingthesystemautomatically,Thecollectionofdifferentdatautilizesthemutualinductor,Hall'
sintellectualchangerandmadeupofsuchequipmentastheintelligentdisplayinstrumentandPLCwheretheone-chipcomputermakesup,etc.Totestthesystematichardwareequipment.Testthesystementirelyandisdividedintothreeparts:
Powersupplysystem;
Theon-the-spotdataaregatheredandcommunication;
Dataprocessingofthecomputerandshowingsome.Thepowersupplysystemisaadoptionfeedbackmethodexperimentsthemachinesystem,Attainthepurposethateconomizetheenergy;
Theon-the-spotdataaregatheredandresponsibleforgatheringthetestdata,forinstancethree-phasevoltage,three-phasecurrent,power,frequency,powerfactorandeverypartoftemperatureofhigh-pressureelectricalmachinery,etc.;
Dataprocessingofthecomputeramongthemandshowingthatismadeupofthedataarestored,output,drawing,calculatedpartpartly,itcanrealizetheaccess,calculation,analysisandchartfunctionofthedata,andcanproducetheexperimentreportautomatically.
Detailedanalysisanddescribingeachexperimentalprojectoftheasynchronousmotorofhighpressure,testmethodandtestingofthethesisautomatically,andpointtothehardwarepartofaccordingtocollectandchoosewiththeinstrumenttheaspectmadetheanalysis.Atlast,discussesthetrendofmotorautomatedtestsystem.
Keywords：
ThePermanentmagnetsynchronousmotor,Collectautomatically,Test,Thecompu
第1章概述
1.1电机型式试验简介
电机试验是利用仪器、仪表以及相关设备，按照相关标准的规定，对电机制造过程中的半成品和成品，或以电机为主体的配套产品的电气性能、力学性能、安全性能及可靠性能等技术指标进行的检验。
通过这些检验，可以全部或部分的反映被试电机的相关性能数据，用这些数据，可以判断被试产品是否符合设计要求、品质的优劣以及改进的目标和方向。
成品试验是针对组装成整机后电机进行部分或全部的性能试验，成品试验又分为型式试验和检查试验两大类。
所谓型式试验是一种全面的的性能试验，能够较确切地得到被试电机的有关性能参数的试验，其目的是为了确定电机的电气和机械性能是否全面达到技术要求，各种型式电机均需要通过本试验才能投产或继续生产。
国际标准和英、苏、德等国家都把型式试验当作一种性能试验，用来检查电机的特性和参数。
这种试验一般只对各种型式电机中的第一台或首批的几台样机进行，所以称为型式试验。
根据需要，试验可包括标准中规定的所有项目，也可以是其中的一部分项目。
按国家标准规定，在下述情况下，应进行型式试验:
（1）新设计试制的产品;
（2）经鉴定定型后小批试投产的产品;
（3）设计或工艺上的变更足以引起电机的某些特性和参数发生变化的产品;
（4）检查试验结果与以前试验结果发生不可容许的偏差的产品:
（5）产品自定型投产后的定期抽试。
检查实验又称为常规试验、出厂试验。
这种试验是为了确定电机是否处于电气和机械上的正常工作状态。
检查试验的内容较型式试验大为简化，它是电机最基本和最常用的试验，每台新装配完成的电机都要进行检查试验。
只有检查试验合格的电机才能认为达到安全和良好的状态的要求，并允许出厂。
1.2电机测试标准
国家有关部门根据各类电机或某一大类电机的共性、制定出一部分通用标准；
根据某一系列或某一品种的特殊要求，又制定出了专用标准。
各企业或地区也可根据自己的实际情况制定标准实施细则或用于本企业和本地区特有产品的专用标准。
在各级标准，特别是国家级标准中，有强制执行性标准、推荐性标准和指导性标准三大类。
一般标准代号由三部分组成。
第一部分由字母组成，它表示标准的级别（国家标准、部级标准、行业标准和企业标准等）、性质（强制型、推荐型和指导型）专业属性（电工类、机械类、冶金类等，本项代号只在1987到1990年间采用过）等。
国家标准代号为GB；
部级标准一般在B前面家上该部名称的汉语拼音字头，如机械工业不为J，即为JB；
B后面的字（或B后的“/”线后）为标准性质代号，T为推荐型，Z为指导型，无字母则一般为强制型。
第二部分紧跟在第一部分之后，由数字组成，它是标准的序号。
在“—”号后有两位数字，这是第三部分，它是本标准被批准年号的后两位。
三相同步电机实验项目在GB755中做出了规定。
GB1029《三相同步机实验方法》中规定了普通三相同步电机的型式实验和检查实验项目。
1.3电机自动测试的特点
电机测试技术的发展与电机工业的发展是密切相关的。
在电机的试验研究，工作情况的监视以及自动控制系统中都有大量的数据需要采集和处理。
近年来，微型计算机应用的大量推广为自动测试系统开拓了发展的新途径。
微型计算机在自动测试系统中的功能为：
（1）进行程序控制；
（2）监视测试过程；
（3）记录、整理并分析测试结果，即将测得的数据进行分析处理，最后以数字显示，打印或绘制图表，也可以信息方式存储。
微型计算机在测试系统中作为测试系统的一部分，充当一部分电子测量仪器的作用。
由于微型计算机使用中具有高度灵活性和通用性，可以方便地实现多种方式地控制及测试功能，因此，随着微型计算机价格的大幅度下降，它在电机测试中的应用具有广阔的前景，势必促进“机电一体化”技术的飞速发展，使机电一体化产品成为具有智能化特征的电子产品。
注：
机电一体化产品是指集机械技术、微电子技术、计算机技术于一体
目前，自动测试系统得到了很大的发展，电机型式试验微机测试系统由微型计算机和各种变送器、变换器及测量仪器组成，可完成试验项目的数据处理、试验数据的表格输出和曲线绘制。
国内从事这一科研的单位有上海电器科学研究所、上海电机技术研究、广州电器科学研究所等。
国际上，西门子公司为慕尼黑大学电机实验室制造了300型过程控制计算机，在电机试验中大大简化了各种参数的测量。
日本国际检测公司生产的MDP101，102型电机性能综合测试机，可以自动测试电压、电流、转矩、转速、功率、效率、功率因素等项目，并可进行数据处理。
采用微机的电机自动测试系统在测试功能、测量精度等各项指标上都远远超过了传统的实验方法。
使电机测试步入了新的时代。
1.4课题的研究意义
按照有关标准的要求须对电机进行检查试验和型式实验，由于电机的种类繁多，型号、规格复杂，测试项目多，而且电机生产批量一般都很大，人工进行电机实验已经不能适应现代化要求。
实现电机测试、实验的自动化不仅是提高工作效率保证产品质量的需要，也是产品走向国际市场的必要条件。
计算机的发展为电机测试自动化提供了有力的手段。
在我国，从80年代处开始出现应用个人计算机的试验装置与系统。
其中，有的系统采用了GP-IB，它们都在不同程度上实现了电机试验的自动化。
但是，受计算机容量、速度及国产测量仪器带接口功能少等因素的限制，原来的试验装置与系统存在着专用性强、灵活性和适应性差、实现某些测试项目的自动化程度低等不足。
因此，设计出通用性强、组建灵活、功能全面、自动化程度高、易于操作并符合有关标准规定的电机试验系统的集成方法。
目前我国部分工厂的电机测试依然采用普通的指针式仪表由人工读数、人工记录，然后人工处理数据并编写试验报告。
由于某些原因如电源电压波动、负载变化等因素会使仪表的指针偏摆，为了读取瞬时值，往往需要几个人同时读数，工作效率低。
不仅如此，由于各种人为因素的存在还使试验数据分散性大、试验结果的准确度低、重复性差。
另外一种测量方式是使用各种各样的电参数仪，用来测量电压、电流、功率、功率因数、频率等。
这类仪器一般由单片机构成，采用数字显示，测量精度高。
但是，对试验数据处理、试验过程中的读数同步问题，仍然没有很好的彻底解决。
1.5系统总体思路
永磁同步电机试验系统的设计定位在以先进的计算机为核心的试验数据采集与测试的基础上，完善了永磁同步电机型式试验的能力。
该课题要求试验系统面向10kW3000n/min的同步电动机的型式试验，能满足同步电机型式试验的要求并能自动生成报告。
电源系统采用回馈法试验机组电源，达到节约能量的目的。
本次设计的重点在于对测量数据的采集。
采集系统由各种测量仪、变送器将试验数据测量后，采集并传送到计算机进行处理。
1.6本设计要解决的主要问题
永磁同步电机试验系统从试验电源系统的设计、控制系统的设计、智能仪表采集显示系统的设计、计算机采集处理系统的设计及电机试验报告自动生成等五大部分着手。
电源系统定位在节能的基础上设计，采用回馈法试验机组电源，在设计中需考虑机组的和整流变压系统选择；
控制系统由PLC和计算机组成的上位机系统，通过PLC对下位机电源柜中晶闸管的控制；
按照三相同步电机实验项目在GB755中做出规定的试验项目进行试验，所需测量的参数经过智能仪表采集，显示并传送，在该部分设计中需要对各种仪器的选择和将其合理的配合；
采集的数据通过RS-485串行接口传送到计算机中，由于计算机只有RS-232接口，所以必须用到RS-485对RS-232的转换接口；
电机试验报告自动生成系统就由计算机软件实现，自动采集系统的软件部分用VC++编写。
该设计中重点解决自动采集的硬件部分，即从参数的测量，变送，A/D转换，到最后传送到计算机。
1.7机组选型
本系统是对3kV、6kV、10kV/1000kW以下的同步电动机进行型式试验。
电源机组采用回馈法连接，包括两台500v/1000kW直流电机和三台6Kv/1000kW同步电机，其中直流电机的励磁电压电流为220V/100A
第2章系统总体结构和测量原理
2.1系统结构
图2.1数据测量原理图
2.2参数测量原理
电机试验所要测量的物理量中有电量和非电量之分，对于同步电机而言，电量主要有电压、电流、电功率、功率因数及频率；
非电量主要是指转速、转矩、温度、振动和噪声等物理量。
电机试验需对上述各物理量的采样，在电机自动化测试系统研制的初期，参数的采样普遍采用直流采样的技术。
直流采样，即采样经过整流后的直流量，此方法设计和计算比较简单，但是在测量精度有很大的不足，本系统采用的都是交流采样的方法来测量系统的各电量参数。
该系统所采用的测量仪器有电压流互感器、电压/电流变送器、功率变送器、频率变送器、数字绝缘测试仪、PC9A-1型数字微欧计和微电脑温度传送器等。
这些测试仪既可以单独测量电机某些参量，又可根据灵活、方便的通讯协议，把采集得到的数据送到计算机。
计算机对采集的数据进行处理，得到电压电流、功率、效率、功率因数、转速以及温度的实际值。
根据周期量有效值的物理定义可得到电机电压、电流和功率的有效值的表达式[20]:
式中u（t）————电压瞬时值
i（t）————电流瞬时值
U————电压有效值
I————电流有效值
P————平均功率
T————电网周期
根据采样原理,在一个周期内有限个采样量代替一个周期内连续的函数,再使每个周期一样长，可得表达式[20]:
第3章永磁同步电机型式试验方法
3.1绝缘电阻的测定试验
3.1.1试验目的
绝缘电阻测定是一个颇为重要的非破坏性试验。
测定电机绕组的绝缘电阻可以反映电机电阻绝缘处理质量，以及绝缘受潮和表面污染情况。
绝缘电阻降低到一定值会影响电机的耐电压试验，也会影响电机起动和正常运行，甚至会危及使用者的人身安全并损坏电机。
因此，在各种电机的试验方法标准中，第一项试验便是测定电机绕组各相之间及其对机壳的绝缘电阻。
3.1.2试验设备
选用HT7050可编程5KV数字绝缘测量仪。
3.1.3测量方法
测量电机绕组的绝缘电阻时，应分别在实际冷状态下和热状态下进行。
测量定子绕组、及某些自励电机的励磁系统中的电抗器、电流互感器等的绕组（包括三相交流电机的定子三相绕组）对机壳的绝缘电阻和各绕组相互间的绝缘电阻。
试验时，不参与试验的绕组应与机壳可靠连接。
对在电机内部已做连接的绕组（如三相绕组已接成Y形或△形），则可只测他们对机壳的绝缘电阻。
测量后，应将被测绕组对地放电后再拆测量线。
3.2绕组直流电阻的测定
3.2.1试验目的
测定电机绕组的直流电阻有两个目的：
第一是用于检查该绕组所用材料的电阻率、匝数、几何尺寸等是否符合设计要求；
第二是为计算电机的热损耗I2R和绕组的温升值。
3.2.2测量仪器
该试验采用PC9A-1型数字微欧计。
它采用了集成化A/D转换器，低漂移运算放大器：
因此具有测量精度高，性能稳定，测量范围广，抗干扰能力强等优点。
且由于使用机内单片微型计算机来控制量程，校准整机精度等，使操作也很方便。
仪表还备有RS-232接口，可直接把数据输出到PC计算机，供打印，或进行数据处理等用途。
3.2.3试验方法
（1）根据绕组接线分别选择以下两种方法
法一：
每相定子绕组有始末端引出
a.试验人员人工直接测每相绕组电阻Ru、Rv、Rw，每一电阻测量3次，取其平均值作为电阻的实际值输入计算机。
b.计算机按下式计算相电阻不平衡度（容差为1%）[1]。
（3-1）
法二：
每相定子绕组已在内部连接，仅引出三个出线端U、V、W
a.试验人员人工测线端直流电阻Ruv、Rvw、Rwu，每一电阻测量3次，取其平均值作为电阻的实际值输入计算机。
b.计算机根据铭牌参数（初始时人工输入），确定绕组接线方式：
Y/△
若是Y，计算机按下式计算每相电阻，按式（3-1）计算相电阻不平衡度（容差为1%）[1]。
若是△，计算机按下式计算每相电阻，按式（2-1）计算线电阻不平衡度（容差为2%）[1]。
式中：
，表示每相电阻
（2）测量室温并输入计算机。
（3）温度折算
根据每相电阻数据和室温，计算机按下式计算折算到工作温度时的相电阻[1]。
定子：
转子：
（对绕线式电机）
R1c：
室温下的定子绕组电阻（Ru、Rv、Rw的平均值）。
R2c：
室温下的转子绕组电阻（Rk、Rl、Rm的平均值）。
θref：
工作温度（由操作员选择绝缘考核等级：
B级为75℃，C级为95℃，
F级为115℃，H级为135℃）。
θc：
测冷态绕组电阻时的室温。
Kɑ：
导体电阻温度系数，铜线取235，铝线取225。
（4）计算机按下式计算基准工作温度时的三相定子绕组电阻平均值偏离与设计值的程度（容差为±
10%）[1]。
3.3空载特性测定试验
3.3.1试验目的
（1）通过空载试验可求得电机的恒定损耗。
其中包括铁心损耗和机械损耗（含风扇损耗、轴承、电刷等部位的摩擦损耗等），这是用损耗分析法求取电机效率的一部分。
（2）通过试验可得到空载特性曲线U0=f（If），这条曲线是分析电机磁路设计情况的主要依据，故此也称为电机的磁化曲线，同时它又是求取很多电机参数的主要依据，例如直轴同步电抗Xd、短路比Kc、定子漏抗Xσ1、保梯电抗Xp的求取一般都要用到空载特性曲线。
（3）通过试验可检查电机装配及结构方面的一些问题，简单地检查电机噪声和振动水平。
3.3.2试验方法：
（1）空载试验最好在负载试验后进行。
读取并记录试验数据之前输入功率应稳定，输入功率相隔30min的2个读数之差应步大于前一个读数的3%。
对水—空冷却的电机，负载试验后应立即切断水流。
（2）被测试电机施以额定频率的电压，电压的变化范围从125%的额定电压开始逐步降低，其中应包括100%的额定电压测试点。
随电压降低，电流逐渐减小。
当电流出现拐点后，继续降低电压，直到电流回升超过100%额定电压时的电流值出现，取10~12个电压点（大致均匀分布）。
但在电流拐点处，测量点应适当的加密。
在每个电压点，测取IoUoPo并测取θo或Ro，根据温度与电阻成比例的关系，；
利用实验开始亲测得的绕组初始端电阻R1初始温度θ1及测取的每点温度，可确定每个电压点处的端电阻Ro。
（3）绘制空载特性曲线U0=f（If），如右图。
若空载特性剩磁电压较高，则应对特性
加以校正，即将特性曲线的直线部分延
长与横轴相交，交点的横坐标的绝对值
△If0即为校正值。
在所有试验测得的
励磁电流数据上加上此值，即得通过原
点的校正曲线。
也可以采用将纵轴向左
平移△If0的方法获得校正特性曲线。
3.3.3试验设备及试验线路
3.3.4注意事项
若试验时电源频率与额定值略有差异，则空载电枢电压U0可按下式进行修正：
对于1000kV·
A以下的同步电机，在出厂检查试验时，可尽量取对应于额定电压UN时的励磁电流If。
3.4失步转矩的测定
可以用转矩测量仪测量失步转矩，可以用自动记录仪直接描绘转矩转速特性曲线和被测试电机端电压与转速的关系曲线，失步转矩从曲线上求取。
试验过程中，应防止电机过热而影响测量的准确性。
以直流电机作负载时，被测试电动机与传感器，直流电机用联轴器联轴。
直流电机他励，其电枢由可调节电压和可以变极性的电源供电。
被测试电动机应接到额定频率，额定电压实际平衡的电源上，被测试电机与直流电机的转向应一致，调节直流电机的电源电压，逐渐增加被测试电机的负载使之失步，在失步瞬间的转矩值即为失步转矩Tpo
3.5耐电压试验（介电强度试验）
耐电压试验在电机生产的不同阶段其试验要求有所不同。
一般分两个阶段，第一个阶段为绕组嵌入铁心但还未浸漆（习惯称为电工半成品）时，第二个阶段为装成整机后。
这里介绍整机试验。
3.5.1试验线路
3.5.2试验过程
（1
升级会员 