5.1測(cè)量系統(tǒng)的組成
測(cè)量系統(tǒng)中被試電機(jī)側(cè)的電參數(shù)、負(fù)載電機(jī)側(cè)的電參數(shù)和變頻機(jī)組的頻率都必須傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，在組態(tài)界面上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控。
上面那些參數(shù)首先必須通過傳感器和互感器測(cè)量，如主回路中用到的電壓互感器用于測(cè)量電壓，電流互感器用于測(cè)量電流。把測(cè)得的數(shù)據(jù)必須傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。而且有些參數(shù)如溫度等必須通過傳感器測(cè)量。
基于上面的考慮設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的基本框圖如圖5.1所示：
5.2 數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)原理和組成
信號(hào)采集系統(tǒng)如下圖5.2所示，它由傳感器 、信號(hào)處理電路、A/D板、扭矩儀、工控機(jī)等組成。被試電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載電機(jī)，被試電機(jī)與負(fù)載電機(jī)之間接有轉(zhuǎn)速傳感器以測(cè)試在不同的施加負(fù)載下電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率。3只電流傳感器用于檢測(cè)三相電流；3只電壓傳感器用于檢測(cè)電機(jī)的有功功率；一只三相無功功率傳感器用于檢測(cè)電機(jī)的無功功率。還設(shè)置了溫度傳感器用于檢測(cè)電機(jī)溫升。模擬信號(hào)又信號(hào)處理電路處理后，分兩路，一路送數(shù)字儀表顯示，另一路又A/D板采集后送工控機(jī)進(jìn)行處理和組態(tài)監(jiān)控。轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)信號(hào)由微機(jī)扭矩儀顯示并通過RS-485串口送至工控機(jī)。信號(hào)采集處理由傳感器、信號(hào)處理電路、A/D板、扭矩儀、工控機(jī)共同完成。值得說明的是，功率因數(shù)、電機(jī)的輸出功率、電機(jī)效率不是直接測(cè)量出來的，而是通過以上參數(shù)運(yùn)算間接獲得。
以下對(duì)上述框圖中主要硬件模塊的作用分別予以簡(jiǎn)要介紹。
A/D采集卡 A/D采集采用AC1820 高速數(shù)據(jù)采集卡。該卡提供16路單端輸入12位A/D轉(zhuǎn)換,A/D 轉(zhuǎn)換速度最快可達(dá)800kHz。該卡采用板上RAM 存儲(chǔ)方式,板上RAM 為128K字,可以脫機(jī)采樣,適合WINDOWS系統(tǒng)的應(yīng)用。該卡的以上特點(diǎn)完全能夠滿足高壓電機(jī)試驗(yàn)的各項(xiàng)要求。
信號(hào)處理電路 它的作用是將各傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成為0～±5V的電壓,以便A/D采集卡采集和計(jì)數(shù)。同時(shí),也為A/D采集卡提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)。
本文設(shè)計(jì)中采用青島青智公司的數(shù)字電參數(shù)測(cè)量?jī)x（自帶RS-485接口）測(cè)量，它能夠替代圖5.2虛線框中的模塊。
它的型號(hào)為8901F～8905F。它的工作原理：被測(cè)量的電壓、電流信號(hào)首先變換成較小的電壓信號(hào)，送到高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，使之轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以處理的數(shù)字量。單片機(jī)對(duì)采集到的數(shù)字量進(jìn)行運(yùn)算處理，并將最終計(jì)算的結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來，或通過打印機(jī)打印出來，或以串行通訊形式將數(shù)據(jù)傳送給其他設(shè)備。
與傳統(tǒng)指針式儀表相比，數(shù)字電參數(shù)測(cè)量?jī)x具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.所測(cè)信號(hào)數(shù)值為真有效值；
2.直接數(shù)字顯示，無讀數(shù)誤差；
3.對(duì)于波形失真的信號(hào)同樣適用；
4.用一臺(tái)儀器可以測(cè)量多個(gè)參數(shù)。
扭矩儀采用蘭光NJY-20扭矩儀，結(jié)構(gòu)原理如下：
將待測(cè)產(chǎn)品固定在NJY測(cè)試儀的夾具上，該夾具與一個(gè)高精度的扭矩傳感器緊密連接，通過操作者手旋瓶蓋，傳感器將手旋扭矩轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)，后由單片機(jī)接收并分析處理，最后出具試驗(yàn)結(jié)果。
電參數(shù)測(cè)量?jī)x與工控機(jī)的硬件連接如圖5.3所示：
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般工控機(jī)的串行口有3個(gè)，兩個(gè)RS-485和1個(gè)RS-232。如系統(tǒng)用于實(shí)際試驗(yàn)中時(shí)，若串行口不夠，可考慮擴(kuò)展。順便提一下，電參數(shù)測(cè)量?jī)x與上位機(jī)的通訊還要有軟件設(shè)計(jì)（如通訊協(xié)議等）。由于實(shí)驗(yàn)條件有限，所以在通訊方面，主要實(shí)現(xiàn)了PLC與上位機(jī)的通訊。
5.3 電流互感器和電壓互感器的選擇
5.3.1 電流互感器的選擇
1)電流互感器的選擇原則
保護(hù)用電流互感器的性能應(yīng)滿足繼電保護(hù)正確動(dòng)作的要求。首先應(yīng)保證在穩(wěn)態(tài)對(duì)稱短路電流下的誤差不超過規(guī)定值。對(duì)于短路電流非周期分量和互感器剩磁等的暫態(tài)影響，應(yīng)根據(jù)互感器所在系統(tǒng)暫態(tài)問題的嚴(yán)重程度、所接保護(hù)裝置的特性、暫態(tài)飽和可能引起的后果和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等因素，予以合理考慮。如保護(hù)裝置具有減緩電流互感器飽和影響的功能，則可按照保護(hù)裝置的要求選用適當(dāng)?shù)幕ジ衅鳌?/FONT>
在本系統(tǒng)中，系統(tǒng)在進(jìn)行空載和負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，由于被測(cè)電機(jī)的容量和負(fù)載可在一個(gè)較大范圍內(nèi)改變，因此電機(jī)的電流變化的范圍很大，從幾安培到幾十安培甚至幾千安培。這給電流測(cè)量帶來了精度和量程選擇的問題。當(dāng)然，電流的測(cè)量一般選用電流互感器，在本系統(tǒng)中，電流仍通過電流互感器來測(cè)量。
電流互感器是按電磁感應(yīng)原理工作的，主要由鐵心、一次繞組和二次繞組等幾個(gè)部分組成，電流互感器的一次繞組匝數(shù)很少，使用時(shí)一次繞組串聯(lián)在被測(cè)線路里。而二次繞組匝數(shù)較多，與測(cè)量?jī)x表和繼電器等電流線圈串聯(lián)使用。
按額定變流比選擇（一、二次額定電流之比），其中一次電流是按長(zhǎng)期運(yùn)行能滿足允許發(fā)熱條件確定的。我國(guó)國(guó)家GB1202-97《電流互感器》中額定一次電流標(biāo)準(zhǔn)值。已對(duì)一次額定電流規(guī)定了系列化標(biāo)準(zhǔn)。有從1A至25000A等不同規(guī)格的電流互感器可供選擇。
考慮到電流的變化范圍必須要用到多組電流互感器。在本文中有代表性的選用了兩組電流互感器，變流比分別為5/5、30/5，等級(jí)精度均為0.2。在實(shí)際試驗(yàn)過程中根據(jù)實(shí)際情況會(huì)用到更多的電流互感器。
5.3.2 電壓互感器的選擇
電壓互感器按其工作原理可以分為電磁感應(yīng)原理可以分為電磁感應(yīng)原理和電容分壓原理兩類。常用的電壓互感器是利用電磁感應(yīng)原理工作的，它的基本構(gòu)造與普通變壓器相同，主要由鐵心、一次繞組、二次繞組組成。它一次繞組匝數(shù)較多，二次繞組匝數(shù)較少，使用一次繞組與被測(cè)量電路并聯(lián)，二次繞組與測(cè)量?jī)x表或繼電器等電壓線圈并聯(lián)。
在系統(tǒng)中選用JSJW-10型電壓互感器，它為三相三繞組五鐵心柱式油浸電壓互感器，額定電壓為10KV，供測(cè)量電壓、電能、功率、繼電保護(hù)、功率因數(shù)及絕緣監(jiān)督使用。
（轉(zhuǎn)載）
