基于LabVIEW的牵引电机温升试验自动化测试系统

2018-11-19邹晓阳李潼清

通信电源技术 2018年9期

邹晓阳，程浩，李潼清，庞辉

（株洲中车时代电气股份有限公司，湖南株洲 412001）

0 引言

国家标准GB/T 25123.2[1]、GB/T 25117.3[2]和GB/T 1032[3]中明确规定，组合试验和异步电机型试验都必须进行电机温升试验。该试验的目的是确定电机在额定负载条件下运行时，定子绕组的工作温度和电机某些部分温度高于冷却介质温度的温升。在实际的试验过程中，热态电阻的测量、停机与“冷却开始”时刻以及发热曲线的外推等，每一步流程都需要试验人员参与，且各步骤之间协调性极差，存在试验失败的风险。因此，通过对GB/T 25123.2、GB/T 25117.3和GB/T 1032等电机温升试验基础标准的研究，提出了一种基于LabVIEW与PLC联合编程的电机温升试验自动化测试系统。

1 电机温升试验系统原理

电机的温升试验主要包括冷态电阻的测量、冷却空气温度测量、停机和“冷却开始”时刻的确认、热态电阻测量和发热曲线的外推等。通过温升试验自动化测试系统实现五个步骤的自动连续运行。温升试验自动化测试系统装置原理如图1所示。

图1 温升试验自动化测试系统装置原理图

牵引电机温升试验系统包括测量装置（可编程数字微欧计、温度巡检仪）、PLC可编程逻辑控制器、远程上位机测控系统、断路器与接触器等。电机在进行温升试验时，主断路器QF1闭合，接触器KM1断开，同时温度巡检仪时刻监视电机表面温度。电机温升稳定后，被试电机转速迅速降为零，并立即切断通风。此刻，将主断路器QF1断开，将接触器KM1闭合，可编程微欧计投入，记录电机热态绕组阻值。

1.1 冷态电阻的测量

将温度计测得的绕组表面温度作为绕组的温度。该温度与此时的环境空气温度的差值不能大于4 K。图2为冷态电阻测量流程。

图2 冷态电阻测量流程图

1.2 停机和“冷却开始时刻”确认

停机时，应在尽可能短的时间内使电动机停转。标准GB/T 25123.2建议采用被试电机不通电流的制动方法。这种情况下，取制动前切断电动机主电路的瞬间作为“冷却开始”时刻，在此瞬间切除所有外通风。

1.3 热态电阻测量

应在“冷却开始”时刻后不迟于45 s内开始测量对应绕组的电阻值，并且至少保持5 min。每个绕组逐次测量的时间间隔在最初的3 min内不应超过20 s，此后为30 s。

2 温升测试系统硬件组成

整个柜体的设计采用严格的强弱电隔离，电磁兼容性能满足试验需求。系统的3D示意图，如图3所示。控制单元采用西门子S7-200型PLC，微欧计采用德国原装进口burster RESISTOMAT 2316 V0000，其测量精度达0.03%RDG，测量范围20 mΩ～200 kΩ，并能对所有材料进行温度补偿，同时具有热电动势补偿功能。该微欧计采用四端点测试法测量电阻，通过两个定电流端以及两个高阻抗电压测量端，消除因测试线及接触电阻引起的误差。

图3 电机温升试验自动化测试系统3D示意图

本系统采用西门子S7-200作为整个温升自动化测试系统的执行机构，2316 V0000与温度巡检仪作为测试机构。整个系统采用以太网的通信方式，实现控制的远程化和数据传输的远程化。需要说明的是，以太网通信方式能够与符合国际标准要求的任何程控设备连接组成自动化测试系统。

3 温升测试系统软件设计

3.1 开发平台简介

整个系统采用LabVIEW[4]与STEP7 MicroWIN V4.0 SP9[5]联合编程的思想，采用OPC服务器的方式为各个过程设备提供公用的接口。

LabVIEW是美国国家仪器（NI）公司开发的基于图形化编程的软件开发环境，具有极其丰富的函数库和控件库，且开发环境具有良好的平台一致性，提升了编程人员的编程效率和上位机的美观性。

3.2 温升测试系统软件设计

测试系统冷态电阻测量流程图如图2所示。冷态电阻测量完成后，待温升稳定后按照图4要求进行热态电阻的测量、温升曲线的绘制和0时刻电阻值的推算。

本着模块化、结构化的设计原则，提升软件编程的复用性。将整个软件系统分为硬件设备控制、冷态电阻测量、电机温度监视与热态电阻测量四个模块。

图4 热态电阻测量流程图

（1）硬件设备控制。图5是测试系统的控制界面。该界面对门连锁状态、电阻测量状态、主断路器状态以及通信状态进行监视。通过OPC的方式将PLC控制程序与LabVIEW编程环境相结合，组成了友好的人机交互控制界面。

（2）冷态电阻测量。图6是冷态电阻测量界面。冷态电阻测量应对电机的三相线电阻进行测量，并连续测量三次取平均值，且每一次测量值与平均值的偏差都应小于0.05%。为准确反映电机温升，建议选择三个线电阻中较大的一个作为温升测量绕组。

（3）电机温度监视。电机温度监视是电机温升稳定与否的判断依据。温度巡检仪采集电机外壳、传动端轴承、非传动端轴承、进出风口等位置的实时温度。上位机自动比较试验结束时刻与前一小时的差值，若小于1 K，则提示温升稳定；若温升稳定，则开始试验，试验人员切断所有陪试设备，投入微欧计进行热态电阻测量。如图7所示。

（4）电机热态绕组测量与温升曲线推算。记录停机后的绕组电阻值，推算出0时刻的电阻值和电机的温升值。图8为使用该温升装置对某地铁用电机温升试验后的推算值与温升曲线，其与实际的电机温升值相符，证明了该装置的可靠性与准确性。该系统能够以Excel的格式导出各个温度值和绕组阻值，以图片的格式导出推算出来的温升曲线。