广州致远电子股份有限公司
类别内容
关键词电机测试、自动化测试、异步机测试摘要37KW变频异步测试系统方案
目录
第1章方案实现 (1)
1.1系统综述 (1)
1.2参考标准 (1)
1.3系统参数 (1)
1.4测试项目 (1)
1.5系统框图 (2)
1.6产品实物参考 (2)
第2章产品功能介绍 (4)
2.1常规参数测量 (4)
2.2负载特性测试： (4)
2.3T-N曲线： (4)
2.4耐久测试： (4)
2.5五轴图： (5)
2.6报表导出： (5)
2.7空载测试： (6)
2.8堵转测试： (6)
2.9B法效率测试： (7)
2.10效率云图 (7)
2.11温升测试 (7)
2.12动惯量测试 (8)
2.13模拟负载惯量特性测试（可选） (8)
第3章各单元介绍及可选项 (9)
3.1单元模块介绍 (9)
3.1.1电机及驱动器分析仪MDA8400 (9)
3.1.2扭矩转速传感器 (9)
3.1.3电流互感器 (10)
3.1.4被测电机联轴器及安装架（座） (11)
3.1.5负载伺服电机及负载驱动器 (11)
3.1.6ABB变频器 (11)
3.1.7数据采集模块 (12)
3.1.8工业计算机 (12)
3.1.9水平对中仪 (13)
第4章MotorTest软件功能说明 (15)
4.1测试 (15)
4.1.1自动测试 (15)
4.1.2手动测试 (16)
4.1.3耐久测试 (16)
4.1.4PID调节测试 (17)
4.2数据分析 (17)
4.2.1列表数据显示 (17)
4.2.2趋势图显示 (18)
4.3报表导出 (18)
第5章操作说明 (20)
5.1配置操作说明 (20)
5.1.1测试配置操作说明 (20)
5.1.2电机信息配置操作 (21)
5.1.3PA数据采集配置操作 (21)
5.2测试操作说明 (22)
5.2.1自动测试操作说明 (22)
5.2.2手动测试操作说明 (23)
5.2.3耐久测试操作说明 (24)
5.2.4Pid测试操作说明 (24)
5.3数据查看操作说明 (25)
5.4报表导出操作说明 (26)
第6章免责声明 (28)
第1章方案实现
1.1 系统综述
本系统针对变频异步电机测试，采用1台测试控制柜，配套1台电机测试台架的方式来实现整个测试系统。其中，电机与驱动器分析仪采用MDA8400，选用5A量程功率板卡,配合200A大电流LEM传感器，用于测试被测电机的输入电参数和被测驱动器的输入电参数，电机采集卡用于测试扭矩传感器输出的扭矩和转速信号。选用控制精度高、响应速度快的伺服电机作为测试负载。
1.2 参考标准
●《GB 755-2008 旋转电机定额与性能》（IEC 60034-1:200，IDT）
●《GB/T 1032-2005 三相异步电动机试验方法》
●《GB/T 14711-2006 中小型旋转电机安全要求》
●《IEC 60034-2-1:2007 旋转电机确定损耗和效率的试验方法》
1.3 系统参数
1．电参数测量指标
●电压输入范围：0~1000V
●电压测量精度：0.1%
●电流测量精度：0.1%
●功率测量精度：0.1%
●测量带宽：5MHz
●采样率：2MSa/s
2．机械参数测量指标
●转速测量精度：0.1%
●转矩测量精度：0.1%
1.4 测试项目
1.5 系统框图
电机测试系统的组成框图如图1.1所示。
伺服电机负载
四象限
电机控制器
转速扭矩传感器
被测电机
被测电机
驱动器
电机驱动
电源
电机与驱动器
分析仪
数据采集模块
图1.1电机测试系统组成框图
1.6 产品实物参考
测试控制柜预计外观图如图1.2所示
图1.2测量控制柜实物图
系统台架可参考以下图片，被试电机可以直接安装在T槽平台上；对于小功率的被试电机，则需要自备安装底座。
图1.3测功台架实物图
注：以上外观图为产品预计外观，实物可能会有所差异。
第2章产品功能介绍
2.1 常规参数测量
电参数：电机运行电压、电流、功率因素、输入功率、电阻、反电动势；电机驱动器运行电压、电流、功率因素、输入功率；
机械参数：电机运行转速、扭矩、机械功率；
其他参数：电机效率、电机驱动器效率、系统效率、温度。
2.2 负载特性测试：
●测试目的：
负载试验的目的是确定电机的效率、功率因数、转速、定子电流等。本次项目需要满足用户过载180%的测试需求。
●测试方法：
用伺服电机给被测电机加载，从150%额定负载逐步降低到25%额定负载，在此间至少选取6个测试点(必包含100%额定负载点)，测取其电压、电流、功率、
转矩、转速等参数并进行计算。
2.3 T-N曲线：
●测试目的：
描绘出电机的转速、转矩关系特性曲线。
●测试方法：
通过控制被测电机的转速，测量从0转速到最高转速下，在不同转速点能输出的最大扭矩，绘制出其关系曲线。
2.4 耐久测试：
●测试方法：
在测试软件中，可由用户设定电机按某个测试方案来进行耐久测试，如：设定被测电机以80%的额定转速运行10分钟，之后暂停5分钟，再以120%的额定
转速运行10分钟等等。测试该运行过程中的电压、电流、效率、转矩、转速等关
键信息。
2.5 五轴图：
●测量方法
由测试软件将某次测试过程中的电机测量参数：电流、电压、功率、功率因数、效率、转速、扭矩、机械功率、转差率，以及电机驱动器的电流、电压、功
率、功率因数、效率，进行对应关系的曲线描绘。用户可以选择任意两组参数的
对应关系。
2.6 报表导出：
●测量方法：
该测试平台可根据用户选择所关心的参数，导出专业的报表，报表可以是EXCEL文件或PDF文件，报表的格式也可按照客户要求进行更改。
2.7 空载测试：
●测试目的：
通过试验，求得电机额定电压时的铁心损耗、机械损耗等。
通过试验得出空载电流和空载电压之间的关系曲线，即为电机的磁化曲线，它可以反映出电机电磁设计和相关原材料质量及加工工艺的实际情况。例如铁
心材料的性能和几何尺寸、定子绕组匝数及形式、定转子气息的大小等参数选择
得是否合理、对于批量生产中的电机是否有异常变化等。
2.8 堵转测试：
●测试目的：
堵转试验是为了测取额定电压时的堵转电流I K和堵转转矩T K以及堵转损耗P K，同时测取堵转电流，堵转转矩，堵转输入功率与输入电压的关系曲线，即为
堵转特性曲线，通过对堵转电流大小和三相平衡情况的分析，能反应出电机定，
转子绕组及定，转子所组成磁路的合理性和一些质量问题。能为改进设计和工艺
提供有关实测数据，为故障电机查找原因和确定修理内容提供帮助。
●测试依据标准：
《GB/T 22669-2008三相永磁同步电动机试验方法》第7章堵转实验
《GB/T 1032-2012 三相异步电动机试验方法》第9章堵转实验
2.9 B法效率测试：
●功能介绍：
电机效率测试B法是指《GB/T 1032三相异步电动器试验方法标准》中10种效率试验方法之一，也是应用的比较多的试验方法之一（用的最多的是A法、B
法、E法）。B法测试需要测量许多损耗相关的参数，对测试系统的要求比较高，
最少都要达到0.2级（包括扭矩传感器、电参数测试），目前测试系统能保证全局
精度0.2级的比较少，基本只能考虑国外的测功机，但价位非常高。
●测试方式：
利用致远电子自主品牌的高精度电机与驱动器分析仪，功率精度可达到0.1%以上(最高可达0.01%)，配合国外进口高精度转速扭矩传感器(精度0.1%以上，最
高精度可达0.05%)，完全可满足B法测试的功能要求。
2.10 效率云图
●功能介绍：
电机效率云图（又叫等高线图）是电机测试时生成的一种数据曲线图，主要是反映在不同转速、扭矩下的电机效率分布情况。目前国内电机厂很少有做云图
的，国外的则比较多，进口电机的数据手册里基本都会附上效率云图。
●云图示例：
2.11 温升测试
●测试目的：
电机中绝缘材料的寿命与运行温度有密切的关系，为保证电机安全、合理的使用，需要监视与测量电机绕组、铁心等其他部分的温度。准确的温升测试，对
改进电机的设计和制造工艺，提高电机的质量是非常重要的。
●测试方法：
电阻法：通过测量电机在运行前后的热态端电阻，及冷却介质及环境温度，通过公式计算出温升。
2.12 动惯量测试
●测试方法：
负载电机的转动惯量已知，让被测电机运行到一定速度，然后断开电源，通过测量在加上和没有加上已知转动惯量的负载电机两种情况下被测电机的减速速
度、时间数据，来测量出被测电机转子的转动惯量。
2.13 模拟负载惯量特性测试（可选）
●功能介绍：
电机驱动系统带动实际的负载运行时其受到的力矩不是恒定不变的，特别是在加减速过程中，还要考虑惯量的影响。为了仿真这种情况，我们运用FreeLoad
自由加载引擎技术给被测电机加载扭矩来模拟现场动态变化的扭矩和由惯量产生
的扭矩。
●测试方法：
基于FreeLoad自由加载引擎技术，MPT电机测试系统的负载可实现动态变化的负载加载性能。通过预设好加载的转速曲线或者扭矩曲线，可以模拟被试电机
运行在不同的动态变化环境下，实现动态负载与惯量力矩仿真。
第3章各单元介绍及可选项
3.1 单元模块介绍
3.1.1 电机及驱动器分析仪MDA8400
MDA系列电机及驱动器分析仪是致远电子研发生产的专用于测量电机、变频器、驱动器的专业仪器。它同时具备了功率分析仪、波形记录仪、数据记录仪等功能，完全可满足电机和驱动器测试高带宽、高精度、高可靠性的测量要求。其中，MDA8000系列产品可同时拥有功率测量模块和电机测量模块，使得电机及驱动器的输入输出参数能够同步测量，从而保证了效率测试的真实性。
图3.1MDA8000系列电机及驱动器分析仪实物图
MDA电机与驱动器分析仪参数特点：
表3-1MDA电机与驱动器分析仪参数
3.1.2 扭矩转速传感器
扭矩转速传感器用来测试电机输出的扭矩及转速，按产地可分为两种，一种是国产的，
另一种是进口品牌的，各有优缺点：国产品牌的精度普遍做不高，而且精度稳定性的寿命大概可维持2~3年，但其价格便宜，货期也比较短，一般2~3周；进口品牌的价格比较昂贵，货期也相对较长，一般都需要12周以上，但进口品牌的精度可做得非常高，精度稳定性寿命可达十几年甚至更长。
图3.2转速扭矩传感器实物图
扭矩转速传感器参数：
表3-2扭矩转速传感器参数
3.1.3 电流互感器
电流互感器可以把超过仪器测量范围的大电流通过一定的变比转换为仪器可采集的小电流信号。电流是系统最基础的测量项之一，其测量精度直接影响整个系统的精度等级。因此，选用精度高、稳定性好的电流互感器是非常有必要的。
图3.3电流互感器实物图
表3-3互感器参数
3.1.4 被测电机联轴器及安装架（座）
电机联轴器选用梅花式联轴器，其内嵌有弹性体，能有效吸收因轴对中不准而引起的运行振动。
图3.4梅花式联轴器
3.1.5 负载伺服电机及负载驱动器
测试系统中伺服电机做负载具有控制精度高、可重复性好（优于其他磁性负载）、价格适中、可以做堵转、转矩模式及转速模式控制都能实现、无需额外添加扇热系统、可连接馈能式负载等优点。扭矩及转速的控制精度基本能达到0.1%。
图3.5伺服电机实物图
对应电机系统伺服电机负载参数：
3.1.6 ABB变频器
负载电机的驱动器本项目主要采用ABB公司提供的ABB ACS系列变频器
ABB在提供所有类型测试台应用的交流变频器方面享有无与伦比的声誉，在齿轮、发动机、电机、传动设备等测试中所用电机，ABB变频器可对其进行精确的速度及转矩控制。
由于采用了称为直接转矩控制（DTC）的智能技术，ABB变频器带来了传统直流电机和其他交流电机控制方面无法实现的超高准确度以及动态转矩控制。直接转矩控制(DTC)是ABB 工业领域变频器中的ABB电机控制平台，用以进行交流电机的精准控制。
施加于测试台的负荷应当满足测试区控制系统的要求。这就需要延迟时间最小，与此同时在整个测试周期内保持恒定的性能。
DTC通过提供下列特性，满足这些需要:
* 转矩之准确度，可重复性以及线性度
* 非常快速的转矩上升时间
图3.6 ABB变频器实物图
3.1.7 数据采集模块
数据采集模块保护了数据采集及控制功能，可以控制各种继电器、采集控制柜温度、保护电流、电压等。本系统采用致远电子生产的新一代MTU基于网络通讯的刀片式数据采集控制系统。采用积木化结构，简单、灵活，通讯模块和各种数据采集控制模块自由组合，应对各种现场应用。MTU系统可通过RS-485/RS-422/RS-232、以太网或CAN-bus等通讯方式实现对现场各种传感器的数据采集和设备的远程控制。
图3.7 MTU数据采集模块实物图
在客户的电机测量系统中，采用MTU-300作为通信模块，该模块以CANopen协议作为通信协议；采用MTU-374计数测频模块采集扭矩和转速信号；采用MTU-368热电偶输入模块采集电机温度信息；采用MTU-340模拟量输出模块控制制动器；采用MTU-315数字量输入输出模块及MTU328继电器输出模块用于监测和控制各种状态量。
3.1.8 工业计算机
工业计算机是系统的数据处理中心，也是人机交互的载体。本系统采用的工业计算机MTPC-680，基于Intel凌动系列低功耗处理器（x86架构），该工业计算机具有资源丰富、接口齐全、低功耗、可靠性高等特点；同时采用先进的无风扇、无线缆设计，大大增强了系统稳定性。在保证处理性能满足系统需要的同时，高可靠性的设计也为整个测试系统的稳定工作提供了有力保障。
MTPC-680工业计算机
MTPC-680工业计算机特点：
●无风扇设计
紧凑的嵌入式机箱，无CPU风扇、系统风扇、电源风扇等任何风扇设备，减少了系统的维护需求。
●无线缆设计
通常的嵌入式电脑里都会用线缆连接接口与CPU板。但线缆通常易破损、连接不良或安装错误这就会导致系统故障。然而MTPC-680工业计算机的接口都直接焊接在PCB上，无线缆设计，大大提高了系统稳定性。
●
专为需要坚固和高可靠性工业平台的用户而设计能承受高抗冲击性和高抗振性，适用于非常恶劣的环境。
●良好的抗腐蚀和散热性能
铝质外壳和散热片设计使系统不仅仅具有高散热性而且具有高抗腐蚀性。这使设备在户外环境下运行时具有高可靠性。
3.1.9 水平对中仪
根据用户在测试过程中对机械部件连接时的对中工作需要，本项目配套一套激光水平对中仪器，测量距离0.85m，调节精度0.01mm。品牌为瑞士Fixturlaser。
第4章MotorTest软件功能说明
电机测试系统的软件功能分为三个主要部分，测试模块，数据分析模块及报表导出模块，这三个模块组成一套测试流程。
4.1 测试
4.1.1 自动测试
自动测试分为两种：自动转速测试和自动扭矩测试。自动转速模式下由用户事先配置需要测试的速度点，然后由负载电机控制转速，保证被测电机以设定的转速进行转动,最后依次测试每个速度点，采集测试数据进行分析。自动扭矩测试模式下同样由负载电机提供用户事先设置负载，保证被测电机在该负载下正常运行，最后采集测试数据进行分析。
两种自动测试模式为电机测试提供了一个快速而简便的测试方案，让用户能够方便直观地了解到被测电机的大致信息，例如最大效率点，最大输出功率等。此外，用户可以通过配置更加密集的测试点来实现精确测试，以便获得更加详细的电机性能及参数。同时自动测试模式下，用户可以配置一些特殊的测试参数，例如扭矩模式下，扭矩设置为0，即可测试被测电机在空载情况下的各项参数。
因此自动测试是一种极为方便快速的测试方案，而且测试自由度很高，用户完全可以通过配置测试点对电机的性能进行概要分析、详细分析，同时可以通过配置特殊测试点的方式对电机进行堵转测试、空载测试等。
图4.1自动测试功能主界面
4.1.2 手动测试
手动测试同样分为两种，手动转速测试和手动扭矩测试，两种模式都是通过手动设定转速或扭矩，再由负载电机保证转速或负载量，该模式下可以释放对PA的控制，此时用户可以利用MDA本身的分析功能对电机进行扩展分析，例如电压、电流、功率因数、功率、效率、频率、谐波、三相不平衡、波形、频谱、转速、扭矩、机械功率等测量。
图4.2手动测试主界面图
4.1.3 耐久测试
耐久测试主要为电机的耐久性提供一套测试方案，让被测电机保证在一定的负载量或者转速下转动，并由用户提供测试时间进行耐久测试。
图4.3耐久测试主界面图
4.1.4 PID调节测试
该测试模块通过PID电机调节算法为用户提供一套调试电机PID参数的测试方案，方便闭环控制电机时更快达到设定的值。
图4.4PID调节测试主界面图
4.2 数据分析
测试过程中软件会进行数据采集，采集完毕后根据当前的测试模式过滤掉一些未达到要求的数据项，保存电机稳定时的测试数据，再进行数据分析。该功能包括两种：一种为列表显示，直观的体现测试数据的具体值；另一种为趋势图显示，可直观体现电机性能，各项参数之间的关系等信息。
4.2.1 列表数据显示
每个顶点测试项都会保存该测试条件下电机扭矩或转速最接近设定值时的测量数据，这些数据将会再列表中显示，显示过程中会自动计算转速，扭矩，效率，输出功率的最大值，并给予颜色底纹凸显出来。底纹颜色和表头颜色对应，例如图4.5中，转速的最大值底纹为淡绿色，则为序号为1的测量数据。
图4.5列表数据显示界面图