基于LabVIEW的汽車發(fā)電機(jī)性能測試系統(tǒng)設(shè)計

呂德剛，李軍，孟慶偉，張娜，王強(qiáng)，齊曉杰

(1.黑龍江工程學(xué)院汽車與交通工程學(xué)院黑龍江哈爾濱150050;2.哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系黑龍江哈爾濱150081;3.哈爾濱科佳電氣有限公司黑龍江哈爾濱150050)

0 引言

汽車發(fā)電機(jī)是汽車上的主要電源，其功用是在發(fā)動機(jī)正常運轉(zhuǎn)時，向車載用電設(shè)備供電，同時向蓄電池進(jìn)行充電.汽車交流發(fā)電機(jī)從實質(zhì)上來說，是一個三相同步交流發(fā)電機(jī)，其原理是利用硅二極管整流器，將定子繞組中感應(yīng)出的三相交流電整流為直流電.為保持發(fā)電機(jī)輸出電壓恒定，汽車發(fā)電機(jī)都裝有調(diào)節(jié)器，勵磁電流的大小能夠隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而不斷變化，從而保證了發(fā)電機(jī)輸出電壓的基本恒定［1］.但汽車發(fā)電機(jī)受發(fā)動機(jī)驅(qū)動，具有電壓低、工作電流大和轉(zhuǎn)速變化范圍大等特點，雖經(jīng)勵磁電流不斷調(diào)節(jié)，輸出波動仍然較大，容易損壞汽車電氣負(fù)載.汽車發(fā)電機(jī)性能的優(yōu)劣，對汽車整個供電系統(tǒng)，有著十分重要的意義.

評價汽車發(fā)電機(jī)的質(zhì)量，可以通過三個基本參數(shù)進(jìn)行評價，即空載特性、輸出特性和外特性.目前大多數(shù)汽車發(fā)電機(jī)檢測設(shè)備，體積龐大，價格昂貴，操作不便，本文將計算機(jī)檢測技術(shù)和LabVIEW軟件相結(jié)合，設(shè)計了測量汽車發(fā)電機(jī)空載特性、輸出特性和外特性的虛擬檢測平臺，操作靈活，簡單方便.

1 系統(tǒng)硬件組成

本系統(tǒng)硬件組成主要包括:(1)計算機(jī)1臺;(2)程控直流電子負(fù)載l臺;(3)PCI－DAQ多功能數(shù)據(jù)采集卡1塊;(4)轉(zhuǎn)速傳感器1個;(5)驅(qū)動調(diào)速電機(jī)1臺;(6)汽車用蓄電池1個;直流電子負(fù)載通過GPIB接口，把所測試汽車發(fā)電機(jī)的電壓、電流數(shù)據(jù)輸入主控計算機(jī)，同時轉(zhuǎn)速傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡，把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速輸入到主控計算機(jī)，數(shù)據(jù)采集卡屬PCI類型，可直接插在主控計算機(jī)插槽中［2］［3］.蓄電池采用普通車用電池，測試前需充滿電，為汽車發(fā)電機(jī)提供勵磁電能.轉(zhuǎn)速傳感器采用上海超越電子有限公司生產(chǎn)、型號為LJ12A4－4－Z/BY的電感式接近開關(guān)作為傳感器，這是一種非接觸型的檢測裝置，可以將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出，通過數(shù)據(jù)采集卡傳遞給主控機(jī).主控計算機(jī)在系統(tǒng)組成如下圖所示:

圖1 系統(tǒng)硬件組成圖

圖2 數(shù)據(jù)采集卡

1.1 直流電子負(fù)載

程控直流電子負(fù)載采用Chroma 63201型直流電子負(fù)載，其主要技術(shù)參數(shù)有:

最大功率:2.6 kW;工作電壓:0～80 V;工作電流:達(dá)到1000 A;定電流(CC)，定電阻(CR)，定電壓(CV)定功率(CP)等操作模式;具有過功率(OP)，過電流(OC)，過電壓(OV)，過溫度(OT)及正負(fù)極反向等保護(hù)功能;GPIB、RS－232控制接口.

1.2 PCI－DAQ多功能數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡采用PCI－6034E型.這種類型數(shù)據(jù)采集卡是基于32位PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集控制卡，支持DMA方式和緩存模式;支持單極和雙極性模擬信號輸入，分辨率16 bits，采樣頻率為200 kS/s;信號輸入范圍為±10 V，16路單端/8路差動模擬輸入通道;TTL型數(shù)字I/O口、2個24位定時計數(shù)器等功能.

2 軟件設(shè)計及實際測試

為了測量汽車發(fā)電機(jī)空載特性、輸出特性和外特性，根據(jù)實際需要設(shè)計了虛擬儀器軟件LabVIEW系統(tǒng)界面［4］.硬件連接好后開始測量，首先進(jìn)行空載測量，即保持發(fā)電機(jī)空載，輸出電流為0，測量發(fā)電機(jī)輸出端電壓和轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系.然后測量輸出特性，即發(fā)電機(jī)端電壓保持為14 V，測量發(fā)電機(jī)輸出電流和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間關(guān)系，用以確定發(fā)電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速和滿載轉(zhuǎn)速.最后測量發(fā)電機(jī)的外特性，即發(fā)電機(jī)保持轉(zhuǎn)速一定，測量發(fā)電機(jī)端電壓和輸出電流之間的關(guān)系.實際測量時發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至2000 r/min，測試結(jié)果如圖3所示.通過上述三種特性曲線的測量，即可判斷出所測試汽車發(fā)電機(jī)的性能優(yōu)劣.

圖3 汽車發(fā)電機(jī)性能測試系統(tǒng)面板

3 結(jié)語

對汽車發(fā)電機(jī)特性及檢測是汽車發(fā)電機(jī)應(yīng)用中的重要方面.本文采用虛擬儀器方法，對汽車發(fā)電機(jī)空載特性、輸出特性和外特性進(jìn)行測試，借助LabVIEW軟件的強(qiáng)大圖形化功能，能夠?qū)ζ嚢l(fā)電機(jī)的性能做出直觀的判斷，同時借助軟件儲存功能，便于測試后數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計.

通過實際測試，可以看出本測試系統(tǒng)還有如下特點:(1)開發(fā)效率高，造價低廉;(2)系統(tǒng)工作效率高、開放性好、更新快、易維護(hù);(3)系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)充性，如加裝扭矩傳感器即可增加測試發(fā)電機(jī)扭矩的項目;(4)測試數(shù)據(jù)后處理功能強(qiáng).

［1］毛峰.汽車電器［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.11－14.

［2］吳明贊，陳曉寧，潘亭，等.基于LabVIEW的電機(jī)虛擬實驗平臺設(shè)計［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，2008，30(6):70－71.

［3］黃震宇.基于Labview軟件及聲卡采集的測溫系統(tǒng)研究［J］.湖北廣播電視大學(xué)學(xué)報，2010，30(9):157－158.

［4］陳曉玲，師學(xué)明，劉迎.基于LabVIEW的聲卡虛擬儀器性能測試與實驗［J］.實驗室研究與探索，2010，29(1):26－27.