伺服電機多功能綜合性能測試平臺系統(tǒng)的研制

時曉霞 李志林

（廣州數(shù)控設(shè)備有限公司，廣東廣州510530）

0 引言

電機行業(yè)，伺服電機越來越朝著大功率、大力矩、高轉(zhuǎn)速、動態(tài)響應(yīng)好、機械特性好等要求發(fā)展。隨著新能源領(lǐng)域的發(fā)展，純電動自行車及純電動汽車也實現(xiàn)快速發(fā)展，電動車行業(yè)利用高效率電機（永磁同步電機、無刷電機）和驅(qū)動器來實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的效果。電機新技術(shù)不斷更新，對電機檢測儀器的要求也隨之越來越高。電機檢測包括電機定子測試、電機生產(chǎn)線快速測試、電機出廠測試、電機性能測試，要求電機出廠測試系統(tǒng)的整體測試精度要高，速度要快，智能化程度要高。電機性能測試是全面分析電機綜合性能的指標，針對電機性能測試需求，設(shè)計了一套多功能的伺服電機測試平臺系統(tǒng)。

1 測試平臺系統(tǒng)的架構(gòu)

該測試平臺使用HBM傳感器（100 N·m），輸出信號數(shù)據(jù)接入ET4100測控儀，可在測控儀及其軟件中讀取實時傳感器采集的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)，同時也可以在HBM軟件中采集數(shù)據(jù)及波形。這套系統(tǒng)將HBM軟件、測控儀軟件、功率分析儀軟件全部集成為一體，整個測試平臺的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 測試平臺結(jié)構(gòu)圖

1.1 HBM傳感器

為滿足高精度的測試要求，特選用德國HBM最先進的盤式傳感器，其精度為0.03，0～15 000 r/min全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能準確測出扭矩和轉(zhuǎn)速，而國產(chǎn)傳感器精度一般為0.5，在轉(zhuǎn)速低于200 r/min時，無法準確測試。本平臺可以取代高速渦流機平臺、低速磁粉機平臺等兩種對拖平臺的功能，大大減少測試平臺的數(shù)量、占地面積、投資成本和管理成本。本款傳感器結(jié)構(gòu)很特別，它由一個轉(zhuǎn)盤和外圈組成，廠商的供貨狀態(tài)是：轉(zhuǎn)盤和外圈是兩個獨立的個體，它們在結(jié)構(gòu)上是完全分離、可自由移動的，在結(jié)構(gòu)上沒任何連接的部件。但傳感器作為電機測試平臺的關(guān)鍵儀器，它在平臺上需要經(jīng)常移動，且被測電機時常需要更換；傳感器在測試平臺上，不像裝在其他機器設(shè)備上，裝上了就永久不動，作為一個觀測設(shè)備使用。

針對以上情況，對其結(jié)構(gòu)作出了特別的設(shè)計，在不對HBM傳感器做出任何損傷和變動的情況下，使之成為一個不受外力、外部因素影響的獨立體，消除了聯(lián)軸器、同軸度等因素對傳感器的影響，還使傳感器處于防塵、防護狀態(tài)，同時它可以連接、對接不同型號、大小的電機。

1.2 西門子變頻器

西門子變頻器是由德國西門子公司研發(fā)、生產(chǎn)、銷售的知名變頻器品牌，主要用于控制和調(diào)節(jié)三相交流異步電機的速度，其以穩(wěn)定的性能、豐富的組合功能、高性能的矢量控制技術(shù)、低速高轉(zhuǎn)矩輸出、良好的動態(tài)特性、超強的過載能力、創(chuàng)新的BiCo（內(nèi)部功能互聯(lián)）功能以及無可比擬的靈活性，在變頻器市場占據(jù)著重要的地位。

加載系統(tǒng)采用全套德國西門子設(shè)備，用西門子同步電機實現(xiàn)加載（電機功率分別是0.85 kW、1.7 kW、3.24 kW、5.62 kW、15 kW）。根據(jù)不同的被測電機參數(shù)選擇合適的測功機試驗，系統(tǒng)配置扭矩傳感器測試軸功率，輸出連接加載控制器，加載控制器比較傳感器輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速與給定值后通過CAN總線控制變頻器輸出；同時，計算機通過另一條CAN總線與加載控制器通信，讀取到轉(zhuǎn)速和扭矩后通過計算機顯示。

加載控制器測通過CAN總線對西門子S120變頻器實行通信與控制，變頻器輸出控制變頻電機轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速大小，可進行開環(huán)和閉環(huán)控制；琴臺柜控制面板的分閘、合閘按鈕只對變頻器的AC 380 V電源進行手動通斷控制，與電力測功機電氣柜門上的分、合閘按鈕功能相同。

1.3 機械部分

機械部分分為四大塊：平臺、被測電機裝置、加載電機裝置、傳感器裝置。被測電機裝置、加載電機裝置、傳感器裝置都安裝在平臺上，它們都可以在平臺上任意移動或移開，但被測電機裝置、加載電機裝置、傳感器裝置在平臺上同軸度永恒保持不變。被測電機裝置、加載電機裝置、傳感器裝用彈性聯(lián)軸器連接。

2 參數(shù)配置

（1）測試平臺系統(tǒng)的規(guī)格參數(shù)及性能指標如表1所示。

表1 參數(shù)指標

（2）測試項目如表2所示。

表2 測試平臺系統(tǒng)能夠完成的測試項目

3 軟件操作界面

本測試平臺配置能完成伺服電機多種性能測試，操作簡單、易學(xué)、人機界面友好，如圖2所示。

圖2 測試平臺系統(tǒng)操作界面

本電機綜合性能測試系統(tǒng)使用過程中，有一部分實驗需要單獨用到HBM傳感器的軟件，比如驅(qū)動單元動態(tài)響應(yīng)相關(guān)測試、電機轉(zhuǎn)矩波動測試、電機齒槽轉(zhuǎn)矩測試等。

4 結(jié)語

本套測試平臺系統(tǒng)響應(yīng)速度快，可精確到0.25 ms；測試平臺上各裝置的軸中心能自動對中；測試平臺的電機安裝支架具有通用性和互換性，能快捷地安裝不同規(guī)格的止口式、地腳式電機，止口式電機在電機支架上安裝好后，能自動調(diào)節(jié)與平臺的傳感器、加載設(shè)備的軸同心度。本套測試平臺實用性非常強，滿足了伺服電機性能測試的需求。

[1]廣州數(shù)控設(shè)備有限公司.2012—2015國家科技重大專項：電機及驅(qū)動器裝置綜合性能測試平臺的研究[Z].

[2]劉志剛.電力電子學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[3]胡書舉，李建林，許洪華.適用于電機變速驅(qū)動的能量再生電路分析[EB/OL].（2015-05-25）[2017-12-02].http://power.21ic.com/dc/technical/201505/39678.html.