CN106405413A - 一种新型伺服电机测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型伺服电机测试系统,所述伺服电机测试系统包括工控计算机和分别与所述工控计算机连接的被测电机驱动器、电机驱动电源、数据采集模块、功率分析仪、负载电机驱动器，所述被测电机驱动器和所述电机驱动器电连接，所述数据采集模块的另一端连接至被测电机，所述功率分析仪连接至所述转速扭矩驱动器、所述负载电机驱动器分别连接至负载电机和能量回馈式负载，所述功率分析仪与所述被测电机电连接。其中，电机与驱动器分析仪采用3张功率板卡用于测试被测电机的输入电参数，电机测试板卡用于测试电机输出的扭矩和转速，伺服电机达到控制精度高、响应速度快的效果。

Description

一种新型伺服电机测试系统

技术领域

本发明属于电机测试领域，具体涉及一种新型伺服电机测试系统。

背景技术

近年来，科学技术的发展对电机性能和质量指标提出了越来越高的要求，电机测试技术的发展与电机工业的发展是密切相关的。电机试验是对电机装配质量及技术性能综合评价的重要环节，是电机制造和生产的重要工序。传统的试验设备和方法由于操作时间长，需观测的仪器多，人工读取测试数据和进行数据分析、计算，在一定程度上影响了电机试验的质量和精度。随着目前电机设计水平、工艺水平的进一步提升，以及电机原材料的性能不断提高，电机的性能和质量指标有了很大的提高。因此，对电机测试技术的要求也日益提高，伺服电机亦如此；并且传统的适用于电机的能量转换设备无法 进行高速能量转换，难以满足电机进行高速发电和电动切换，且瞬间吸收和释放较大能量的工作需要。

因此,需要提供一种更加高效的伺服电机测试系统来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型伺服电机测试系统，使得电机的控制精度更高、响应速度更快。

一种新型伺服电机测试系统, 所述伺服电机测试系统包括工控计算机和分别与所述工控计算机连接的被测电机驱动器、电机驱动电源、数据采集模块、功率分析仪、负载电机驱动器，所述被测电机驱动器和所述电机驱动器电连接，所述数据采集模块的另一端连接至被测电机，所述功率分析仪连接至所述转速扭矩驱动器、所述负载电机驱动器分别连接至负载电机和能量回馈式负载，所述功率分析仪与所述被测电机电连接; 所述电机驱动器，包括电容器和逆变组件，所述电容器用于存储电量；所述逆变组件与电容器并联连接，被配置为在所述电机驱动器工作时进行逆变并且在所述电机驱动器断电之后对所述电容器进行放电。

优选地，所述伺服电机测试系统的软件系统包括测试模块、数据分析模块和报表导出模块。

优选地，所述测试模块包括自动测试和手动测试。

优选地，所述自动测试包括自动转速测试和自动扭矩测试。

优选地，所述逆变组件被配置为在所述电机驱动器断电之后通过所述电机驱动器连接的电机的绕组对所述电容器进行放电。

优选地，所述电机驱动器还包括控制器以对所述逆变组件的开关器件发出脉冲以控制所述开关器件的导通与闭合，其中所述控制器被配置为：在所述电机驱动器断电并且所述电机驱动器连接的电机运行时对所述逆变组件的所述开关器件发出与其正常运行时同样的脉冲以使所述电机正常运行；并且在所述电机驱动器断电并且所述电机停止时，对所述逆变组件的所述开关器件发出与其正常运行时不同的脉冲以避免所述电机运行。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的一种新型伺服电机测试系统，测试系统的电机与驱动器分析仪采用3张功率板卡用于测试被测电机的输入电参数，电机测试板卡用于测试电机输出的扭矩和转速，伺服电机达到控制精度高、响应速度快的效果，电机的性能和质量指标有了很大的提高，并且放电速度快、稳定性高的优点；其中的能量转换装置，通过检测电机驱动器的直流母线上的电压，采用能量释放装置和能量吸收装置分别工作在电动和发电两个不同的环节，在电机驱动器工作在电动状态时提供能量，在电机驱动器工作在发电状态时吸收能量。其实现了电机驱动器和外部储能装置之间的高速能量转换，满足电机进行高速发电和电动切换，且瞬间吸收和释放较大能量的工作需要。

附图说明

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1是本发明一种新型伺服电机测试系统的系统框图。

具体实施方式

为了清楚了解本发明的技术方案，将在下面的描述中提出其详细的结构。显然，本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的优选实施例详细描述如下，除详细描述的这些实施例外，还可以具有其他实施方式。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

结合图1，一种新型伺服电机测试系统,所述伺服电机测试系统包括工控计算机和分别与所述工控计算机连接的被测电机驱动器、电机驱动电源、数据采集模块、功率分析仪、负载电机驱动器，所述被测电机驱动器和所述电机驱动器电连接，所述数据采集模块的另一端连接至被测电机，所述功率分析仪连接至所述转速扭矩驱动器、所述负载电机驱动器分别连接至负载电机和能量回馈式负载，所述功率分析仪与所述被测电机电连接；所述电机驱动器，包括电容器和逆变组件，所述电容器用于存储电量；所述逆变组件与电容器并联连接，被配置为在所述电机驱动器工作时进行逆变并且在所述电机驱动器断电之后对所述电容器进行放电; 所述能量回馈式负载为能量转换装置，所述能量转换装置包括能量释放装置和能量吸收装置；所述能量释放装置与电机驱动器的直流母线并联，并连接外部储能装置，用于在所述电机驱动器处于电动状态时，根据所述电机驱动器的直流母线上的电压变化，将所述外部储能装置中储存的电能传输至所述电机驱动器中；所述能量吸收装置与所述电机驱动器的直流母线并联，并连接所述外部储能装置，用于在所述电机驱动器处于发电状态时，根据所述电机驱动器的直流母线上的电压变化，将所述电机驱动器产生的电能传输至所述外部储能装置中。

工作时，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。

所述逆变组件被配置为在所述电机驱动器断电之后通过所述电机驱动器连接的电机的绕组对所述电容器进行放电；优选地，所述电机驱动器还包括控制器以对所述逆变组件的开关器件发出脉冲以控制所述开关器件的导通与闭合，其中所述控制器被配置为：在所述电机驱动器断电并且所述电机驱动器连接的电机运行时对所述逆变组件的所述开关器件发出与其正常运行时同样的脉冲以使所述电机正常运行；并且在所述电机驱动器断电并且所述电机停止时，对所述逆变组件的所述开关器件发出与其正常运行时不同的脉冲以避免所述电机运行。

实施例中取的是MDA系列电机及驱动器分析仪，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

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。按客户需求，本系统可选国产的。

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。本项目中，选用了瑞士LEM公司的IT系列200A量程电流互感器，精度可达0.05%。

电机安装平台，我们分为固定式、三维调节式。固定式适合任意重量被测电机的使用，缺点就是被测电机安装架对不同电机都需要更换。三维调节式适合30公斤以内，功率小于2千瓦的被测电机（如果转速不高，功率可以适当上调），优点是适合于不同大小的电机使用，对中及安装都很方便。

电机联轴器选择弹簧式或波纹管式，它们适用于20N.m以内的。如果大于20N.m一般选择梅花式的。联轴器也分进口和国产的，进口的价格高昂，基本都要2千甚至几千，进口的同样存在货期长的缺点，国产的货期一般2~3周。

单相交流程控电源用于被测电机为交流电机，测量时进行供电，它输入单相220V，输出是可以进行0~150V或0~300V调压，单相输出，频率为47-63Hz，完全可满足交流电机的测试需要。通过该电源，系统可以进行全自动的负载测试。

在客户测试系统里面我们选择的机械负载是伺服电机。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0.5%（高速负载在2%转速时，控制精度仍然可以达到5%。

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。

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。

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。

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。

报表导出功能是将测试数据，电机信息导出到excel表格，且可直接支持打印，报表内容分为两页，第一页为电机测试及电机相关概要信息，包括如下内容：测试信息，包括测试人，备注，测试时间等信息；电机信息，包括电机额定电压，额定扭矩等信息；最大值信息，包括最大转速、扭矩、输出功率、效率时电机的测试信息。

本发明提供的一种新型伺服电机测试系统，测试系统的电机与驱动器分析仪采用3张功率板卡用于测试被测电机的输入电参数，电机测试板卡用于测试电机输出的扭矩和转速，伺服电机达到控制精度高、响应速度快的效果，电机的性能和质量指标有了很大的提高，并且放电速度快、稳定性高的优点；其中的能量转换装置，通过检测电机驱动器的直流母线上的电压，采用能量释放装置和能量吸收装置分别工作在电动和发电两个不同的环节，在电机驱动器工作在电动状态时提供能量，在电机驱动器工作在发电状态时吸收能量。其实现了电机驱动器和外部储能装置之间的高速能量转换，满足电机进行高速发电和电动切换，且瞬间吸收和释放较大能量的工作需要。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型伺服电机测试系统,其特征在于，所述伺服电机测试系统包括工控计算机和分别与所述工控计算机连接的被测电机驱动器、电机驱动电源、数据采集模块、功率分析仪、负载电机驱动器，所述被测电机驱动器和所述电机驱动器电连接，所述数据采集模块的另一端连接至被测电机，所述功率分析仪连接至所述转速扭矩驱动器、所述负载电机驱动器分别连接至负载电机和能量回馈式负载，所述功率分析仪与所述被测电机电连接; 所述负载电机驱动器，包括电容器和逆变组件，所述电容器用于存储电量；所述逆变组件与电容器并联连接，被配置为在所述电机驱动器工作时进行逆变并且在所述电机驱动器断电之后对所述电容器进行放电, 所述能量回馈式负载为能量转换装置，所述能量转换装置包括能量释放装置和能量吸收装置；所述能量释放装置与电机驱动器的直流母线并联，并连接外部储能装置，用于在所述电机驱动器处于电动状态时，根据所述电机驱动器的直流母线上的电压变化，将所述外部储能装置中储存的电能传输至所述电机驱动器中；所述能量吸收装置与所述电机驱动器的直流母线并联，并连接所述外部储能装置，用于在所述电机驱动器处于发电状态时，根据所述电机驱动器的直流母线上的电压变化，将所述电机驱动器产生的电能传输至所述外部储能装置中。

2.根据权利要求1所述的新型伺服电机测试系统,其特征在于，所述伺服电机测试系统的软件系统包括测试模块、数据分析模块和报表导出模块。

3.根据权利要求2所述的新型伺服电机测试系统,其特征在于，所述测试模块包括自动测试和手动测试。

4.根据权利要求3所述的新型伺服电机测试系统,其特征在于，所述自动测试包括自动转速测试和自动扭矩测试。

5.根据权利要求1所述的新型伺服电机测试系统，其特征在于，所述逆变组件被配置为在所述电机驱动器断电之后通过所述电机驱动器连接的电机的绕组对所述电容器进行放电。

6.根据权利要求1所述的新型伺服电机测试系统，其特征在于，所述电机驱动器还包括控制器以对所述逆变组件的开关器件发出脉冲以控制所述开关器件的导通与闭合，其中所述控制器被配置为：在所述电机驱动器断电并且所述电机驱动器连接的电机运行时对所述逆变组件的所述开关器件发出与其正常运行时同样的脉冲以使所述电机正常运行；并且在所述电机驱动器断电并且所述电机停止时，对所述逆变组件的所述开关器件发出与其正常运行时不同的脉冲以避免所述电机运行。