基于LabVIEW的汽車發電機性能測試系統設計

呂德剛，李軍，孟慶偉，張娜，王強，齊曉杰

(1.黑龍江工程學院汽車與交通工程學院黑龍江哈爾濱150050;2.哈爾濱職業技術學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

汽車發電機是汽車上的主要電源，其功用是在發動機正常運轉時，向車載用電設備供電，同時向蓄電池進行充電.汽車交流發電機從實質上來說，是一個三相同步交流發電機，其原理是利用硅二極管整流器，將定子繞組中感應出的三相交流電整流為直流電.為保持發電機輸出電壓恒定，汽車發電機都裝有調節器，勵磁電流的大小能夠隨著發電機轉速變化而不斷變化，從而保證了發電機輸出電壓的基本恒定［1］.但汽車發電機受發動機驅動，具有電壓低、工作電流大和轉速變化范圍大等特點，雖經勵磁電流不斷調節，輸出波動仍然較大，容易損壞汽車電氣負載.汽車發電機性能的優劣，對汽車整個供電系統，有著十分重要的意義.

評價汽車發電機的質量，可以通過三個基本參數進行評價，即空載特性、輸出特性和外特性.目前大多數汽車發電機檢測設備，體積龐大，價格昂貴，操作不便，本文將計算機檢測技術和LabVIEW軟件相結合，設計了測量汽車發電機空載特性、輸出特性和外特性的虛擬檢測平臺，操作靈活，簡單方便.

1 系統硬件組成

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

圖1 系統硬件組成圖

圖2 數據采集卡

1.1 直流電子負載

程控直流電子負載采用Chroma 63201型直流電子負載，其主要技術參數有:

最大功率:2.6 kW;工作電壓:0～80 V;工作電流:達到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)及正負極反向等保護功能;GPIB、RS－232控制接口.

1.2 PCI－DAQ多功能數據采集卡

數據采集卡采用PCI－6034E型.這種類型數據采集卡是基于32位PCI總線的多功能數據采集控制卡，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型數字I/O口、2個24位定時計數器等功能.

2 軟件設計及實際測試

為了測量汽車發電機空載特性、輸出特性和外特性，根據實際需要設計了虛擬儀器軟件LabVIEW系統界面［4］.硬件連接好后開始測量，首先進行空載測量，即保持發電機空載，輸出電流為0，測量發電機輸出端電壓和轉速之間的關系.然后測量輸出特性，即發電機端電壓保持為14 V，測量發電機輸出電流和發電機轉速之間關系，用以確定發電機的空載轉速和滿載轉速.最后測量發電機的外特性，即發電機保持轉速一定，測量發電機端電壓和輸出電流之間的關系.實際測量時發電機轉速調至2000 r/min，測試結果如圖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電機的性能優劣.

圖3 汽車發電機性能測試系統面板

3 結語

對汽車發電機特性及檢測是汽車發電機應用中的重要方面.本文采用虛擬儀器方法，對汽車發電機空載特性、輸出特性和外特性進行測試，借助LabVIEW軟件的強大圖形化功能，能夠對汽車發電機的性能做出直觀的判斷，同時借助軟件儲存功能，便于測試后數據分析、數據處理和數據統計.

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

［1］毛峰.汽車電器［M］.北京:機械工業出版社，2011.11－14.

［2］吳明贊，陳曉寧，潘亭，等.基于LabVIEW的電機虛擬實驗平臺設計［J］.電氣電子教學學報，2008，30(6):70－71.

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

［4］陳曉玲，師學明，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.