基于LabVlEW的封闭式制冷压缩机转速测量
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[摘 要]采用LabVIEW软件对信号实时采集，并利用LabVIEW中FFT函数即快速傅里叶变换对采集到的电流信号进行频谱分析，进而得出转速值，可实时测量压缩机的实际转速。
如何降低制冷设备的能源消耗已成为人们普遍关注的问题，变频技术的出现极大地满足了这一要求，它根据室内负荷的变化来改变压缩机的供电频率，适时改变压缩机的转速，实现对系统制冷量的精确调节。按是否为开放式压缩机和封闭式压缩机，将压缩机电机转速测量方法分为两种。对于开放式制冷压缩机而言，目前使用例如光电式转速仪、机械离心式转速计等传统的直接测量方法。因为封闭式制冷压缩机的外壳较厚，对电磁的屏蔽作用很强，使用漏磁法来测量封闭式的压缩机电机转速，其效果不是很理想，而且加上压缩机附近有冷凝器、分液器、风机等设备，极大限制了振动法的测量效果。
一、LabVlEW图形化软件开发平台介绍
LabVIEW是一种基于图形化的编程语言和开发环境，与以往的那些基于文本的高级编程语言不同，采用一种全新的数据流图编程方式，即用形象的图标和连线来代替文本，让人们从复杂的程序中解脱出来。对数据采集、数据处理、数据存储以及数据输出和远程传输等一些常用的功能进行模块化，通过使调用这些模块，极大地提高了模块的重复使用率和软件开发速度。它自所拥有的函数库也相当丰富，涵盖了数据采集、数据分析等，还支持很多仪器驱动程序，利用这些驱动，可实现软件与外部设备的良好连接。整个软件包括两个面板，包括前面板和程序框图，前面板可仿真各种仪器控件，程序框图里可实现编程设计。LabVIEW是一个完全开放式的虚拟仪器系统测试软件，利用其开发的数据采集系统和数据分析系统极大简化了程序的设计。
二、压缩机转速测量方法
压缩机电机采用的是电磁感应原理，在定子中的三相电流，会产生交替变化的旋转磁场，转子绕组中通入电流，在旋转磁场的作用下，感应电机的转子逐渐转动起来。但转子转速始终略低或略高于旋转磁场的转速，转差率描述转子转速与旋转磁场转速相差的程度，该参数表征感应电机运行状态的一个基本变化量。当感应电机的负载发生变化时，转子转速和转差率也将随负载变化而变化，转子导体中的电动势、电流和电磁转矩也会随之发生相应改变以适应负载的需要。定子中产生的交替变化的旋转磁场以n大小的相对速度“切割”转子绕组。感应电机在不带负荷情况下运行时，转子的转速几乎等于同步转速，这时交替变化的旋转磁场以零的速度切割转子的导体，因此转子的感应电流非常小，通常以零电流处理。感应电机在带负荷情况下，转子磁动势的基波对气隙磁场的分布会产生影响，称其为转子反应。转子反应会引起气隙磁场的大小和空间相位发生变化，从而引起定子感应电动势和定子电流发生变化。感应电机在加负载后，定子电流中还将出现一个补偿转子磁动势的“负载分量”。定子电流包含两个频率的电流信号分别为激励电力信号和与转子电流频率大小相同而方向相反的电流信号。在保证足够高的数据采集频率下，利用LabVIEW对采集到的电流信号进行频谱分析，很容易得到定子电流的激励分量频率和转子电流在定子电流中的反馈“负载分量”的频率。
三、压缩机转速测量实验
压缩机转速测试系统由测试硬件部分和软件部分组成。硬件部分包括泰康HQ-0153型全封闭压缩机，TLC512F型变频器，N19205数据采集卡，电流互感器以及戴尔笔记本电脑。软件部分由LabVIEW图形化开发软件编写，测试软件主要由数据采集、信号处理、数据存储三个部分组成。LabVIEW是一种用图表代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，它改变了传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序的执行顺序，采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序，它用图标表示函数，用连线表示数据流向。LabVIEW提供很多外观与传统仪器类似的控件，可用来方便地创建用户界面。通过N19205数据采集卡将变频器的电流信号转换成电压信号并进行高速A／D转换，并将转换后的电压信号送入计算机。利用LabVIEW软件编程对信号实行FFT变换，从而获得定子电流的激励分量频率和转子电流在定子电流中的反馈“负载分量”的频率，进而计算出封闭式制冷压缩机的实际转速，并在LabVIEW前面板在线显示测量值。
用基于LabVIEW的制冷压缩机转速测试，可以测出全封闭压缩机转速，可进行实时监测，也为基于变频技术的制冷系统能耗问题提出了一种解决方案。
参考文献
[1]缪道平，吴业正，制冷压缩机[M]，北京：机械工业出版社
[2]张桐，陈国顺，王振林，精通LabVIEW程序设计[M]，北京：电子工业出版社，2008
[3]制冷原理及设备(第2版)，西安交通大学出版社，1997―4―1