基于LC和组态软件的高压电机智能试验系统设计

摘要：本文介绍了一套基于PLC和组态软件的高压电机智能试验系统的原理、组成和设计过程。通过采用工控机为上位机，PLC为下位机，实现了高压电机型式试验自动控制。该系统使用了组态王软件和三菱PLC智能化控制体系，能够完成高压电机一般性能项目的检验，而且该系统具有良好的人机界面，操作方便、结构简单，并能应用于某大功率型电机试验站计算机自动测试系统，有效地提高电机试验的自动化程度，使测试数据更加客观精确，有利于更好的检测电机的性能。关键词：高压电电机；组态王王；PLC；智能控制制；自动测试试引言以前，我国对电电机的试验一一直是非智能能化的，一般般采用人工单单机控制,时效性较差差，误差也较较大，很难满满足测试的要要求。近几年来，我国国对电机的智智能检测有了了很大的发展展，国内电机机行业的检测测装备和检测测技术有了较较快的发展,各种检测传传感器、检测测仪器已比较较齐备,而且性能也也较稳定,为电机检测测系统的研制制提供了有利利的条件。但但就高压电机机检测系统的的实际应用而而言，还存在在着以下不足足:高压电机检检测系统的自自动化程度较较低、系统的的可靠性、安安全性不够等等等。高压试验系统投投资总额较高高,而作为投资资方的电机质质检机构,希望在原有有低压检测系系统的基础上上进行设备改改造,研制出能进进行高压电机机试验的检测测系统。同时时,制造企业由由于各种因素素的制约,缺少完备的的型式试验设设备和相关的的专业技术人人员,对存在的性性能缺陷往往往不能准确进进行地诊断,分析缺陷的的原因,提出明确的的改进建议。所有的电机（包包括高压电机机）在出厂之之前都要经过过型式试验和和性能测试，全全面达到技术术要求之后才才能投产或继继续生产。这这些测试或试试验的数据包包括电机的电电压、电流、转转速、功率、转转差率、频率率、效率、温温度、电阻等等，这些参数数是在满足GB10332三相异步电电动机试验方方法等国家有有关标准的精精度及其安全全要求的基础础上通过空载载试验、负载载试验、温升升试验、转矩矩试验等多种种试验获得的的，本文所介介绍的智能高高压电机试验验系统具有自自动测试功能能，通过测量量数据，能够够很好地反映映电机性能及及其质量。

1.1

电机机型式试验简简介电机试验是利用用仪器、仪表表及相关设备备，按照相关关标准的规定定，对电机制制造过程中的的半成品和成成品，或以电电机为主体的的配套产品的的电气性能、力力学性能、安安全性能及可可靠性能等技技术指标进行行的检验。通通过这些检验验，可以全部部或部分的反反映被试电机机的相关性能能数据，用这这些数据，可可以判断被试试产品是否符符合设计要求求、品质的优优劣以及改进进的目标和方方向。所谓型式试验是是一种全面的的性能试验，能能够较确切地地得到被试电电机的有关性性能参数的试试验，其目的的是为了确定定电机的电气气和机械参数数是否全面达达到技术要求求，各种型式式电机均需要要通过本试验验才能投产或或继续生产。国国际标准和英英、苏、德等等国家都把型型式试验当作作一种性能试试验，用来检检查电机的特特性和参数。这这种试验一般般只对各种型型式电机中的的第一台或首首批的几台样样机进行，所所以称为型式式试验。

根据需要，试试验可包括标标准中规定的的所有项目，也也可以是其中中的一部分项项目。按国家标准规定定，在下述情情况下，应进进行型式试验验：1.新设计试制制的产品；2.经鉴定定型型后小批试投投产的产品；；3.设计或故意意上的变更足足以引起电机机的某些特性性和参数发生生变化的产品品；4.检查试验结结构与以前试试验结构发生生不可容许的的偏差的产品品；5.产品自定型型投产后的定定期抽试。空载试验和负载载试验电机试验的项目目很多，如空空载试验、负负载试验、堵堵转试验、温温升试验等等等，在此系统统设计中只介介绍和设计了了空载和负载载试验。所以以有必要弄清清它们的试验验目的和试验验过程。

1.空载特性性试验（1）试验目的的：三相异步电动机机的空载试验验是给定子施施加额定频率率的额定电压压，试验目的的：a.检查电机的的运转的灵活活情况，有无无异常噪声和和较强的振动动；b.通过测试求求得电机在额额定电压时的的铁心损耗和和在额定转速速时的机械损损耗；c.通过试验得得出空载电流流与空载电压压的关系曲线线。这条曲线线其实就是一一条磁化曲线线。它可以反反映出电机磁磁路工作的情情况，例如铁铁心材料的性性能，转子的的气隙等的选选择是否合理理。（2）试验过程程：

将电机启动后后保持额定电电压和额定频频率空载运行行到机械损耗耗稳定。判断断机械损耗稳稳定的标准是是：输入功率率相隔半个小小时的两个读读数之差不大大于前一次输输入功率的3%，在实际应应用中，一般般凭经验来确确定，对1KW以下的电机机一般运行15～30minn,对1～10KW的电机一般般运行30～60minn,对大于10KW的电机应为60～90minn.试验时，施于定定子绕组上的的电压从1.1～1.3Un开始，逐渐渐降低到可能能达到的最低低电压值，使使电流开始回回升为止，其其间测取7～9个点，每个个点应测取下下列数值：三三相电压（如如可确定三相相平衡时，可可只测一相），三三相电流，输输入功率P0。2.负载试验（1）试验目的的：负载试验的目的的实际上是要要测取电机的的工作特性曲曲线，考虑效效率和功率因因素是否合格格，取得分析析电机运行性性能的必要数数据。（2）试验过程程：测试应在被试电电机接近热状状态下进行，在在额定功率和和额定频率下下，改变负载载，在1.25～0.25倍额定功率率范围内测取取6～8点读数，每每点同时测量量：三相电压压，三相电流流，输入功率率，功率因素素，转差率，输输出转矩。转转差率实际是是通过测出转转子的转速计计算出来的。电机测试标准本试验中要实现现系统的设计计首先必须满满足GB10332三相异步电电动机试验方方法等国家有有关标准的精精度及安全要要求：1.试验电源

1）试验电源源的电压波形形正弦畸变率率（电压波形形中所包含的的除基波分量量以外的各次次谐波的有效效值平方和的的根值与基波波分量有效值值之比的百分分数）应不超超过5%，在进行温温升试验时应应不超过2.5%。2）试验电源的的三相电压对对称系统应符符合下述要求求：电压的负序分量量和零序分量量均不超过正正序分量的1%；在进行温温升试验时，负负序分量不超超过正序分量量的0.5%,零序分量的的影响予以消消除。试验电源的频率率与额定频率率之差应在额额定频率±1%范围内。2.测量仪表

试验时，采用用的电气测量量仪表的准确确度应不低于于0.5级，三相瓦瓦特表的准确确度应不低于于1.0级，互感器器的准确度应应不低于0.2级，电量的的变频器的准准确度应不低低于0.5%级（检查试试验时应不低低于1%），数字式式转速测量仪仪及转差率测测量仪的准确确度应不低于于0.1%±±1个字，转矩矩测量仪及测测功机的准确确度应不低于于1%（实测效率率应不低于0.5%）。选择仪表时，应应使测量值位位于20%-995%仪表量程范范围内。3.测量要求进行电气测量时时，应遵循下下列要求：1）三相电流用用三电流互感感器（或二互互感器）法。

2）采用电流流互感器时，接接入付边回路路仪表的总阻阻抗（包括连连接导线）应应不超过其额额定阻抗值。

3）试验时，各各仪表读数同同时读取。在在测量三相电电压或三相电电流时，应取取三相读数的的平均值作为为测量的实际际值。1.2电机自动动测试的特点点及和当前电电机测试的现现状以往的电机测试试往往采用普普通的指针式式仪表由人工工读数、人工工记录，然后后由人工整理理成数据并描描绘曲线或编编写实验报告告。由于某些些原因如电源源的波动、频频率波动、负负载波动等因因素会使仪表表的指针摆动动，为了能比比较准确的读读出某一瞬间间的各项被测测参数，往往往需要几个人人同时读表，工工作效率低。不不仅如此，由由于读表的不不同时性以及及读数、记录录、计算中各各种人为误差差还会使实验验数据分散性性大，试验经经过的准确度度低，重复性性差，现在这这种测试方法法基本被淘汰汰。另外一种测量方方式是使用各各种电子测量量仪表，如多多功能电参数数测试仪可以以测量电机在在各种状态下下的转矩、转转速、输出功功率等，这类类仪器一般由由单片机构成成，测量精度度高，采用数数字显示，功功能比较完备备，提高了自自动化程度，但但是对数据的的处理、试验验过程中的读读数同步等问问题，仍然不不够理想。在数字仪表的基基础上发展起起来的数字式式自动测试系系统可以控制制测量过程，处处理测试数据据，记录与显显示测量结果果。采用微机的电机机自动测试系系统在测试功功能、测量精精度等各项指指标上都远远远超过了传统统的实验方法法。使电机测测试步入了新新的时代。[21>

近几年来，由由于计算机的的功能不断强强大，各种人人机界面软件件不断涌现，这这给电机测试试提供了可视视化监控画面面。这又使电电机测试迈进进了一大步。1.3系统设计计的主要内容容及要求本课题实现的是是一个高压电电气控制系统统，拟在论证证各种高压检检测实现方案案的基础上，选选择一种方案案设计。并以以H400以下，500KW以下、额定定电压10KV样机为试验验对象，设计计自动控制系系统,能够完成高高压电机一般般性能的检测测。并且选定定合适的变压压器、调压器器、高压设施施、电缆等，能能够实现高压压电机一般性性能项目的检检测，满足GB10332三相异步电电动机试验方方法等国家有有关标准的精精度及安全要要求。绘制原原理图、主回回路、控制回回路、测量回回路框图，设设计控制流程程及程序、进进行量程分档档，选用合适适的仪器设备备及其参数设设置，完成系系统总体设计计。1.4本文完成成的主要工作作本文完成的主要要工作如下：：（1）分析型式式试验要求，查查阅并检索国国内外电机试试验的文献资资料；（2）研究高压压试验方法标标准及试验方方案，确定总总体方案；（3）设计电机机试验主回路路系统；（4）按照标准准精度要求选选用仪器仪表表，设计测量量回路；（5）设计电气气控制系统，包包括上位机、下下位机、保护护系统及上位位机和下位机机的通讯；（6）系统设计计展望并对本本文进行小结结。1.5论文的体体系结构根据设计的主要要内容，论文文各章节之间间的体系结构构如图1.1所示：

第2章系统总体体方案设计

目前电机自动动测试系统的的主要组成很很相似，主要要有：微机系系统及其外部部设备、测试试硬件平台、各各种数字测试试仪器。在试试验的方法上上主要有两种种类型：一个个就是试验的的过程控制是是由测试硬件件平台来实现现，微机系统统只进行数据据处理、曲线线绘制等。比比如浙江大学学电磁研究所所1995年研制的一一套电机自动动测试系统，它它是用微机接接口控制器来来实现控制的的。还有就是是美国西屋公公司研制的电电机自动测试试系统，整个个试验过程是是由PLC实现的。

随着微机技术术的发展，微微机的性能越越来越强大，软软件的发展也也使实现控制制变得极为方方便、灵活，所所以现在大多多数系统都把把控制逻辑由由微机控制，通通过通讯口对对设备进行控控制，因为运运行在微机上上的软件编写写非常灵活，很很多功能非常常容易实现，能能进行复杂的的逻辑运算、判判断，而且运运算速度非常常快，系统灵灵活性大大增增加。本课题所要设计计的高压电机机智能试验系系统，和传统统的电机试验验一样，要实实现负载试验验，首先必须须有一个总的的构思：高压电机试验系系统首先要考考虑为被试电电机提供一个个可调的高压压电源，有个个可调高压电电源，考虑本本系统完成的的是电机的负负载试验，必必须让负载变变化，所以必必须还得提供供一个可调的的大功率负载载，而且这个个负载必须平平滑可调。在在本系统中，负负载是利用与与被测电机电电压、功率相相同的另一台台负载电机M2来实现的。为为了让系统按按设定的要求求工作，必须须采用PLC对其控制，而而且试验过程程中各个参数数必须通过测测量系统和数数据采集才能能上传至上位位机，通过组组态软件实施施监控。2.1系统所要要实现的功能能

1）系统能够够使变频机组组的频率在允允许的范围内内（保证负载载电机不过载载）平滑可调调；2）系统能够实实现被试电机机负载平滑可可调；3）系统能够按按照试验要求求对变频电源源和负载实现现自动控制；；

4）系统能够够按要求实时时采集数据，并并能把数据通通过串行口传传输到上位机机，软件提供供可视化菜单单；5）系统能够在在遇到异常情情况（如过压压、过载等）自自动切断电路路或发出报警警信号。

2.2系统的的组成本智能试验系统统与传统的电电机试验系统统有所区别，本本系统不但要要实现电机的的试验，而且且要实现控制制自动化，数数据采集自动动化，并能实实现微机现场场监控参数变变化，更重要要的是所涉及及的试验电机机为10KV的高压电机机，还要考虑虑高压保护等等，因此，勿勿庸置疑，本本系统设计要要涉及更多控控制和保护模模块。根据系统的设计计及控制要求求，试验系统统分为控制子子系统、高压压子系统、可可调负载子系系统、测量系系统、数据采采集子系统和和组态监控系系统等部分。

控制子系统由由上位机（工工控机）、下下位机（PLC）和控制装装置三个部分分组成。上位位机采用组态态王组态软件件进行现场监监控；下位机机采用三菱PLC进行控制。数据采集系统考考虑采用传感感器、变送器器、A/D转换装置通通过RS-4885接口把数据据传送到上位位机或者通过过自带RS-4885接口的高精精度智能仪表表直接把数据据上传到上位位