摘要  牵引电机是现代轨道动力车辆的关键部件，测试技术是保证其质量的基础。讨论了变频调速电机测试系统的设计，并提出了一种变频电信号的频谱分析方法。最后，对变频调速电机的实际低频与中频电压、电流信号进行了分析，得出了正确结果，验证了该方法的有效性。 
    关键字  变频调速电机；测试系统；电信号；频谱分析 
The Measurement System Research for Variable-frequency and Variable-speed Motor 
JIANG Xin-sheng1, ZHOU Wen-xiang2, GAO Yong-jun1, GUAN Jun-qing1 
 
    Abstract  Traction motor and electric appliances are the important components of track motive vehicle, whose test technology is a foundation that guarantees their quality. In the paper, analysis the design of the measurement systemfor variable-frequency and variable-speed motor and research frequency spectrumanalysis method. In the final, process the actual test low frequency and middle-frequency electric voltage and current data, attains the accurate result and verifies the accuracy of the method. 
    Keywords  variable-frequency and variable-speed motor ; mesurement system; voltage and current signal; fre quence spetrumanalysis  
   

0 引言

目前国际、国内变频调速系统的控制一般都是矢量控制和直接转矩控制，重点放在电机变频控制理论的实现和完善上，而对变频调速系统的输出波形、功率因数，以及谐波污染等问题并没有引起足够的重视。最近十多年来，国外在这一领域己有较深入的研究[1~2]，有的针对功率因数，有的强调输出波形。本文在对变频调速电机测试系统设计进行研究的基础上，提出了一种电信号的频谱分析方法。

1 测试系统原理

牵引电机测试系统是针对交流传动系统的，交直交传动系统测控试验台的系统原理图如图1所示。试验台将单相调压器输出的单相交流电经四象限变流器变换成中间直流电压，再由逆变器系统变成三相频率可调的交流电源。三相交流电源给异步牵引电动机供电，异步牵引电动机经过转矩转速传感器后同直流电动机联轴。各工况下牵引电动机的运行由计算机系统来控制。牵引电动机的控制方式可用转差频率控制、磁场定向矢量控制、直接转矩控制等。

2 测试系统的硬件组成

2.1 硬件总体结构

根据测试系统的功能，系统硬件可以分为传感器、信号调理电路、自动控制电路、数据采集板卡PCL1800、工控机、和RS485 通讯卡等几个模块。图2为系统硬件的总体框图。被测信号包括网侧电压、网侧电流、三相交流电压信号，三相交流电流信号Ia、Ib、Ic，中间回路直流电压信号和直流电流信号Ua、Ub ,Uc。各被测信号在经过信号调理电路进行滤波、放大、整形后，被引入到数据采集卡PCL1800，数据采集板通过A/D转换器把被测的模拟信号变成数字信号。由测试软件系统通过自动控制电路对测试过程进行自动控制和测试，对数据信号进行处理和分析，结果送至虚拟仪器面板显示，并可通过微型打印机输出。系统还可通过RS485多串口通讯卡，把数据通过数据线与远处的数据终端进行数据传输。

2.2 传感器选型

要得到电动机的特性曲线，就要得到电动机在各种负载下或各个时刻输入电压和电流的时刻值和有效值，转矩、转速、输入功率、输出功率、功率因数、效率等。本测试系统通过对逆变器输出的电压、电流瞬时值即电机动的电压、电流数据值数据进行采集，根据公式通过计算得到其他参数。

牵引电机测试系统需要测量的电气参数有：网侧电压（1个），网侧电流（1个），变流器输入电压（1个）、变流器输入电流（1个），变流器中间回路直流电压（1个），直流电流（1 个），逆变器输出电压（3个），输出电流（3个）。因此，测试系统总共需要12个测试通道。根据测试系统检测参数的测量范围及精度要求，选用国际知名跨国公司瑞士LEM集团的霍尔电压、电流传感器。

转矩转速采用与被测电机同轴联接的JZ 型转矩转速传感器。其基本原理是通过磁电变换，把被测转矩转换成具有相位差的2个电信号，其信号频率与电机转速成正比，相位差与电机转矩成正比。把这两个电信号输入扭矩仪，可输出0~10V的反映转矩和转速的模拟电压信号。

2.3 高速多通道数据采集卡及控制系统

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