智能化电机实验数据处理及分析系统的设计与实现(1)

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1、智能化电机实验数据处理及分析系 统 的设计与实现 I I II IAJ ! K( 711 7 4 4 ) 29成 扭共I 关.闷 该系 此采用 上下位狱机结构， 为更快更准确地对电 机进行浏试提供了 祈的 扶术手段。 下往机以单片徽机为核心， 上往机来用标准配i的笔记本电脸。该系 姚软件主要由c 语言和汇接语玄 派合璐租。它共有自 动毅拐采集、 数 括通信、 数据处理及计葬、 圈形处理、 绘.试脸曲线并给出 试脸枯果及性能分析清单千功能和良 好的人机界面。 电 机 试 脸 毅 据 处 理 c 语 玄 ; I 0 前言 随，现代工业日新月异的发展和人们生活水平的不断提 高， 清洁而又方便的电能的

2、需求t越来越来大。 发电机作为 将其 它形式能转换成电能的主要工具， 也要求有相当大的 发展。 然而 发电机本身的令数是决定一台发电机质t的关健。更快更准确 地通过大t的 试验求出发电机的妻数已成为电机行业所关注的 重要课题。过去人们傲一次试脸， 带要人工处理大t数据， 然后 经过漫长的数据计算才能得到一个不十分准确的数据， 整个过 程往往要几天甚至一周时间才能完成， 而且数据处理的精度低， 侧试水平不高. 影响了生产进程及产品质.的提高。 本文所提出的 方法为更快更准确地对电机进行侧试试脸提 供了 新的技术手段， 它能对电机自 动进行效据采集、 数据处理及 计算、 绘制试验曲线并给出试脸绪采

3、及性能分析清单等。 该系统 从试验开始到最后抽出试脸结果和试脸曲钱只僻要几分钟时 间， 大大提高了 工作效率和计算的准确性。 具有洲试精度离、 速 度快、 便于携带及现场安装等特点。 该系统采用上 下位徽机结构。 下位机以单片 橄机为核心， 主 耍完成实时数据的采集任务; 上位机采用标准配t的笔记本电 脑， 主要完成效据处理及计算、 绘侧试脸曲 线等; 软件部分是用 c 语言和汇编语言棍合编写的， 本文就此部分作，点介绍。 1 系统的总体结构及配里 系统的硬件组成结构框图如图1 所示。被侧试电机一般应 由 被试电机的配套滋机供给肠磁， 此时肠徽机必须是他助。 报录 短路电流波形时， 宜采用无感

4、分流器。 分谁a的 妞定电流应大于 电 枢电涟的翩 定值。如 对宜流分f无要求时， 可用电流 互感器， 此时应使短路电流超瞬交分f的初始值在电流互感器特性宜线 部分。 试脸时三相开关应同时合闸， 每两相合门 时网搜应不超过 1 5 度电角度; 与此同时。 计算机对电 枢电压、 三相电 枢电谁、 励 磁电谁及时间信号进行实时采集， 并且同时形成相应的数据文 件。以 采样数据文件为 若础， 采用c 语育对其进行分析处理， 并 求出X d , X d , T d , T d , T . , l a m a x 等所豁要的试脸乡数值。 本系统采用上下位徽机结构。 接口 放大电 路部分， 其放大倍 数可

5、调。A / D 转换器采 用带符号位的1 2 位A / D 转换器， 5 0 H . 信号一个周波采样点不少于1 0 0 点。 采样保持器选用 L F 3 9 8 o 系 统上下位徽机之间采用标准的R S 2 3 2 接口 进行掀招通值. 其波 特率为9 6 0 0 波特。整个数据通信过程约1 分钟左右完成。 2 数据分析及处理 2 . 1 傲播还.功能 由于现场采样的数据为 1 6 位， 最大为NO W屏蔽了 低四 A拍电 .电t 一 s相电扭电比 一 c相电姐电健 一 电拍电压一 二电峨一 圈 1 位) 。 采 样舜 据采 用 无特 号二 进侧 效 衰 示， 二 进翻 数场与实际 致 据的

6、大小对应关不是: ( O O O H -8 0 0 0 H -H( 0 ) H ) 对应( 一 L m 0 -1 m ) , 要将无符号的二进翻致.还原成为实际数据只，将采 样数据减去S O O O H ， 并将它 们视为有效数即可。 2 . 2 徽组泣波功能 由于现场的各种千拢可.导致口阅的采样数拓裸公和失 真， 为此在进行试脸数拐处理之曲 有必井对效拍进行一次挂波 处理。 很.该试脸的特点采样的月拥对于电机姐路后的今橄交 化并不是很小的， 面且试脸的主妥干扰应是脉冲干扰， 所以林 合上述愉况， 可选用限.挂彼和加权递推平均撼波相摘合的租 序毽波法， 以保证毖波后的数拐住更挤近实际的宾实值。

7、 限招诊彼的 公式如下: 如果I y ( k ) 一 y “一 小 ，目取T ( k ) 二 T M -, 如果I y ( k ) 一 y ( k 一 1 ) I ”侧取 Y ( k ) - y ( k 一 1 ) = 式 中: y ( k ) 为 本 次采 禅位 . Y ( k 一 1 ) 为 上 一次 采 禅 位， ，为 两 次 采 样 位 之间 的 级大 可 能交 化 娜。 透取和是该挂彼方法的关二 棍.电机的坦路特性， 电帆 的短路电流一般可在粗定电谁的， 一 7 倍. 而该试脸中侧，电 机 级 大 电 流 的 二 进 侧 斌为7 B D H , 月 共 称 定电 滚 可 翻 在1 9

8、 O D H 左右。所以，最 大可 翻的 交化范日 是肠以 O ) H左右。 加权进推平均旅波公 式如下: 若k sm l , 成k a m 2 月: r ( k ) = 灯( k ) ; 若 . t * ， :， ( * ) ， x1k.2 M ;y ( k ) , E aa ( k + ) 。 ， ( * + ) 。 式中: m l 为短路开始前采 样的橄翻点旅毛 取值 m 2 与所迫用的 递 推 公 式 。a ( k + i ) 为 加 权系 欲 ， 圈2 示出现场实际采集到的经过班故处理后的电机央然 短路时的相电枢电流旅 拍。 2 . 3 求x包络峨 按 瓜 国 家 标 准G B 砂即

9、 具 体 方 法 如 下: 求 出 城 扭 步 平 求 tb G 3 lf i 6 . 的 创在.分的坐标 上， 再将各个电流峰值用平滑的曲线连 接起来， 这就得到电流 波形的上下两条包络线。 2 . 4 求各相电枢电流中的非周期分f和周期分f 各相电枢电流中的非周期分量和周期分童可用以下方法 分开: 取任一时刻的上下包络线的 纵坐 标， 两者代数和的一半 为 该时刻电流的非周期分量; 两者代数差的 一半就是该时刻的 电流周期分盘， 再求出三相电流周期分t的平均值。 2 . 5 求瞬变f I k 0 1 和妞瞬变分纽1 k 0 2 求降变分量I k 0 1 + l k O 2 电流曲线， 并将

10、它 绘制在半对数坐标 上。此曲线可能大部分为直线， 也可能是一条斜率连续变化的曲 2 日 4 1 7 . 铭 活 7 闷 日 1 3 . 己 赶 4 . 3 7 0. 加 - 4._n- A. ad 一 ;:_: 1 引海. +咨 耘) I , A . 4了 场 1 6 7 . 9 3 6 1 . 3 2 丝 . 1 9 公 逮 日 2 吟 1 _ 的 0 钊 心 I S lm ( f h千括 口 ) a 匡仓 a j 众 1 2 石 r 一 盛一 众 3 9 9 圈 3 众 2 7 2认 7 7 3a 幻 目 线。 川当 曲线的下半 部分为一直 线时， 将该直 线延伸到纵 坐标 袖上， 则

11、山) 交 点 即 为 短 路电流瞬变 分量的初始 值 I MI . ( 2 ) 当 曲线的下半 部分为一曲 线时 ，在曲 线取A、 B两 点 。A点所 对应的时间 。 A可取 0 . 2 s 或超瞬 变效应开始 一可以忽路不 计，其对应 电流为l a ; B 点所对应的电流1 6 = 0 . 3 6 8 * l a 。 其对应时向为。 B ， 电枢绕组短 路时的直轴释变时间常数 T d ) 即为 o B 一 o A ) 秒， 通过两点边一 直线， 此 直线即为 I k 0 1 的等值线。它与纵轴的文点即 为 I k 0 1 的初始值。 超瞬变短路电沈 l k O 2 = 几 0 1 + 1 k

12、 0 2 一 1 k 0 1 ， 它与纵轴的交 点即为 几 0 2 的起始值。 ( 3 ) 非周期分里时问常数 T a 的计算. 将各相电流的非周期 分最延伸到纵坐标轴上，交点即为该相非周期分量的初始值 ( I a 1 , 1 . 2 , ! a 3 ) , T a 是电枢电流非周期在勿始值减至0 . 3 6 8 倍 初始值时所需要的时间。 图3 为 作图 法求参效的计算曲线过程。 3 试验参数的计算与分析 3 . 1 求非周期分f.大可能值 l a r rs a x ; I a m a x = 2 * s g r i ( ( l a 3 * 1 a 3 + l a g * 1 a 2 一 l

13、 a 3 * 1 . 2 ) / 3 ) 式中 1 . 3 为三相电流非周期分量的 最大初始值的 绝对值; ! a 2 为其余二相电彼非周期分量中任愈一相的初始 的绝对值。 3 . 2 直轴瞬变电抗X d l 可 按下式计茸 X d l = U O / ( l e + 居 O l ) / N r t 妇 ， 。 式中: U O 为v路前瞬间空载电枢电压。 3 . 3 直轴超瞬变电杭 X d 2 可按下式计X: X d 2 =U O / ( l e + I k 0 1 + I k 0 2 ) / s g r e ( 3 . 0 ) 3 . 4 求直轴瞬变时间常数 T d l 直轴瞬变时间常数 T

14、 d 1 是电枢电流瞬变周期分量自初始 值衰减至0 . 3 6 9 初始值所需的时间。 3 . 5 求直轴超瞬变时间常数 T d 2 直轴超瞬变时间常数 T d 2 是电枢电流超瞬变周期分量自 初始值衰至0 . 3 6 8 倍初始值所需的时间。如果超瞬变周期分量 起始部分不是一直线时，则应将衰沽曲线的直线部分延伸到纵 坐标轴上得到计算 T d 2 所需要的超瞬变电流周期初始值。 4 程序的设计与实现 本系 统软件主要采用C 语言和汇编语言， 分下位机应用软 件和上位机应用软件两部份。整个软件采用组合式模块化结 构， 各子程序完成各自 的具体功能， 彼此相互独立， 通过各自 的 标志与主程序相连

15、，由主程序统一管理。下位机 应用软件 用汇 编语言编写， 主要由主程序、 极值判别及处理子程序、 中断服务 子程序等组成; 上位机应用软件用C 语言 编写， 主要由以 下一 些子程序组成: 通信子程序、 稳定电 流计算子程序、 包络线计算 子程序、 非周期分量电流量最大可能值的计算子程序、 吐波 子程 序、 显示采样波形及绘制包络线子程序、 封空设计子程序、 计算 参数子程序等。整个软件以主程序为主干，其弹出式菜牟结构 为用户提供了良 好的操作环境。 显示采样波形。 绘制包络线和计算曲线子程序主要有以 下 功能: 显示采样曲 线、 显示滤波后的曲 线、 显示电流曲 线的 包络 线、 显示计算曲

16、 线。 其具体处理方法如下: 在图形方式下以 点素形式显示上述的 数据从而得到所求的 图形。由于在该子程序中 要求同时显示采样曲线、诊波后的曲 线和计算曲线， 所以 设有变纽 b i 来加以控制。 当b 1 = 0 时， 显示采样曲线和显示滤波后的曲线 当 b i 二 1 时， 显示电流曲线的包络线; 当 b i = 3 时， 显示计算曲线。 在图形显示子程序中比较重要的是有关坐标轴的标注间 题。为了 在实现图 形的放大、 编小、 压缩和延 伸的同时， 坐标的 标注也一同变化 重点是使坐标与数据一同变化， 这样显示出来 的图形标注才能与实际值保持一致。 5 结束语 本系统通过在东方电机厂的现场试验表明， 整个系统工作