CN112444746B - 一种电机综合测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电机综合测试系统，属于电机控制与检测技术领域，该电机综合测试系统包括测试台架和测控机，其中：测试台架上安装有扭矩仪和磁粉制动器，测控机分为电机控制柜和电机测试柜。本发明能够为电机的研制、应用开发提供测试手段，用于电机工作电流、功率因数、绝缘电阻、绕组电阻、转矩、转速稳定性等参数的一站式整体检测，基于检测数据能够快速判断电机是否达到设计要求以及判定其性能的优劣，为电机的研发提供准确的依据。

Description

一种电机综合测试系统

技术领域

本发明属于电机控制与检测技术领域，尤其涉及一种电机综合测试系统。

背景技术

氧气浓缩器的电机性能和其产氧性能密切相关，电机性能稳定，则浓缩器产氧性能相应稳定、可靠，如果电机性能不达标，直接影响浓缩器产氧性能。稀土永磁无刷直流电动机有着可靠性高、工作稳定的特点，广泛应用于氧气浓缩器。氧气浓缩器产品系列化对电机性能有着差异化的需求，现有技术中缺少一整套完整的电机综合性能测试平台，以满足相应电机的研制和应用开发，市场上亟需完善的电机综合测试系统为氧气浓缩器的电机提供测试手段，包括但限于检测电机工作电流、功率因数（效率）、绝缘电阻、绕组电阻、转矩、转速稳定性等参数。

发明内容

针对上述缺陷，本发明能够为电机的研制、应用开发提供测试手段，用于电机工作电流、功率因数、绝缘电阻、绕组电阻、转矩、转速稳定性等参数的检测，基于检测数据能够快速判断电机是否达到设计要求以及判定其性能的优劣，为电机的研发提供准确的依据。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种电机综合测试系统包括测试台架和测控机，其中：所述测试台架上安装有扭矩仪和磁粉制动器，所述扭矩仪用于测量被测电机的实时扭矩，所述磁粉制动器为被测电机提供不同的负载，所述被测电机和扭矩仪以及磁粉制动器之间通过联轴器连接；所述测控机分为电机控制柜和电机测试柜，电机控制柜和电机测试柜的正面设置有多个显示器、测试仪和工作台，所述测试仪分为功率分析仪、直流低电阻测试仪和匝间绝缘测试仪和匝间冲击耐压测试仪，所述功率分析仪用于检测被测电机的工作电压和电流，所述直流低电阻测试仪用于检测被测电机的绕组直流电阻，所述匝间绝缘测试仪用于检测被测电机线圈或绕组的匝间绝缘性能；所述匝间冲击耐压测试仪用于检测被测电机线圈或绕组的匝间耐压性能；所述电机控制柜包括第一工控机、电机控制与采集单元、磁粉制动器控制器、电机控制器、扭矩传感器和增量式旋转编码器，所述第一工控机分别连接第一显示器、电机控制与采集单元和功率分析仪，所述电机控制与采集单元分别连接所述磁粉制动器控制器、电机控制器、扭矩传感器和增量式旋转编码器，所述磁粉制动器控制器用于改变被测电机的负载，所述电机控制器用于改变被测电机的转速，所述扭矩传感器用于实时检测被测电机的扭矩，所述增量式旋转编码器用于实时检测被测电机的转速；所述电机测试柜包括第二工控机、测试信号采集单元、PT1000 传感器、红外测温传感器、气体压力传感器、气体流量计、噪声传感器和振动传感器，所述第二工控机分别连接第二显示器和测试信号采集单元，所述测试信号采集单元分别连接PT1000 传感器、红外测温传感器、气体压力传感器、气体流量计、噪声传感器和振动加速度传感器，所述PT1000 传感器用于测量被测电机的绕组、铁心和高温部件的温度，所述红外测温传感器用于测量被测电机轴承表面的温度，所述气体压力传感器用于测量被测电机与氧气浓缩器联合工作时的气体压力，所述气体流量计用于测量被测电机与氧气浓缩器联合工作时的气体流量，所述噪声传感器用于测量被测电机空载运行时的噪声，所述振动加速度传感器用于测量被测电机中定子机壳振动的加速度。

优选的，所述电机测试柜还包括电源箱，所述电源箱为用电单元提供1路220V且2000W的交流电，1路40V且功率可调的直流电，2路30V且功率可调的直流电和1路5V直流电。

优选的，所述电机控制与采集单元包括PCI-1712-AE模拟量输入采集卡、PCI-1712-AE模拟量输出卡和232总线，所述PCI-1712-AE模拟量输入采集卡用于采集扭矩传感器和增量式旋转编码器的信息，所述PCI-1712-AE模拟量输出卡用于接收第一工控机的信号并产生0-5V电压控制电机控制器和磁粉制动器工作，所述232总线用于连接功率分析仪和第一工控机。

优选的，所述测试信号采集单元包括PCI-1716-AE模拟量输入采集卡，所述PCI-1716-AE模拟量输入采集卡用于采集PT1000 传感器、红外测温传感器、气体压力传感器、气体流量计、噪声传感器和振动传感器的信息。

优选的，还包括温度变送器，所述温度变送器设置在PCI-1716-AE模拟量输入采集卡与PT1000 传感器之间。

优选的，所述被测电机通过安装架固定在测试台架上，被测电机的输出轴通过联轴器连接扭矩仪的输入端，扭矩仪的输出端通过联轴器连接磁粉制动器的输入端。

优选的，所述测试台架还设置有滑轨、滑块和透明挡板，所述透明挡板通过滑块可移动的安装在滑轨，所述透明挡板为U型结构。

本发明的一种电机综合测试系统具有以下有益效果：

该电机综合测试系统可以满足以下主要功能：可测试直流电阻、短路电流、空载电流、空载损耗、功率因数（效率）、工频耐压、匝间测试、三相电阻及三相电流平衡等。电压互感器的测量范围0～50V，电压互感器精度0.5‰，电流互感器测量范围0～500mA，电流互感器精度0.5‰。具备分子筛伺服机构响应特性、流量特性、寿命特性的检测能力。同时需满足以下辅助功能：能够给被测电机施加可变负载，可变负载可由人机界面设置、控制；控制被测电机的转速，可变转速可由人机界面设置、控制；预留与实际负载（氧气浓缩器）的接口或结构，并能对实际负载变化的气体压力和流量进行测量； 具有开机自检功能，开机自检并输出自检结果；对所有测试项目的数据进行采集，并根据要求对相关的数据进行处理后显示并打印；具有良好的人机界面，可选择设置测试项目和测试数据的输出。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的测试台架结构示意图；

图3为本发明的电机控制柜结构示意图；

图4为本发明的磁粉制动器工作示意图；

图5为本发明的电机测试柜结构示意图；

图6为本发明中PT1000温度传感器的工作示意图；

图7为本发明的工作流程示意图。

图中，1-测试台架、2-被测电机、3-联轴器、4-扭矩仪、5-磁粉制动器、6-测控机、601-显示器、602-测试仪、603-工作台、7-滑轨、8-滑块、9-透明挡板。

具体实施方式

根据附图所示，对本发明进行进一步说明：

如图1所示，一种电机综合测试系统包括测试台架1和测控机6，其中：测试台架1上安装有扭矩仪4和磁粉制动器5，扭矩仪4用于测量被测电机2的实时扭矩，磁粉制动器5为被测电机2提供不同的负载，被测电机2和扭矩仪4以及磁粉制动器5之间通过联轴器3连接，具体的，被测电机2通过安装架固定在测试台架1上，被测电机2的输出轴通过联轴器3连接扭矩仪4的输入端，扭矩仪4的输出端通过联轴器3连接磁粉制动器5的输入端。图1中，测试台架1还设置有滑轨7、滑块8和透明挡板9，透明挡板9通过滑块8可移动的安装在滑轨7，透明挡板9为U型结构，透明挡板9用于套住被测电机2，避免机械转动部分外露，隔离测试过程出现的危险。

具体的，测试台架1采用Q235普通碳素结构钢，因测试台架1需要进行6000 r/min的试验，对轴系的同轴度有较高要求，安装基座的加工精度尤为重要。安装平台结实耐用，结构紧凑长宽高不超过1.2m*0.8m*1.5m，调节搬运方便，并有锁紧机构进行固定。机械构件表面平整规则，不得出现毛刺；整体设计干净、整洁，不得出现颗粒等突起物。被测电机2使用L型支架安装于试验平台平面上。

如图2所示，无刷直流被测电机2在运转时，带动动态扭矩仪以及磁粉制动器运转，被测永磁无刷直流电机由电动机本体、霍尔位置传感器及行星齿轮减速器组件组成。无刷直流电机必须靠电机控制器控制后才能工作，控制器根据转子位置传感器的输出信号确定转子位置，然后通过电子换相线路使电枢绕组依次馈电，从而在定子上产生旋转的磁场，驱动永磁转子转动。被测电机控制器的输入为直流28V电压，输出信号为电机A相、电机B相、电机C相三路信号；霍尔传感器A信号、霍尔传感器B信号、霍尔传感器C信号。霍尔传感器工作电源+5V。无刷直流电机通过联轴器连接扭矩传感器，带动其运转。扭矩传感器送出扭矩测量信号给电机测试系统。 磁粉制动器常用于转矩转速功率测试系统，作为电机的负载。它是一种性能优越的自动控制元件，以磁粉为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制制动转矩或传递转矩的目的。磁粉制动器的输出转矩与激磁电流呈良好的线性关系，而与转速或滑差无关，并具有响应速度快、结构简单等优点。

图1中，测控机6分为电机控制柜和电机测试柜，电机控制柜和电机测试柜的正面设置有2个显示器601、测试仪602和工作台603，测试仪602分为功率分析仪、直流低电阻测试仪和匝间绝缘测试仪和匝间冲击耐压测试仪，功率分析仪用于检测被测电机2的工作电压和电流，直流低电阻测试仪用于检测被测电机2的绕组直流电阻，匝间绝缘测试仪用于检测被测电机2线圈或绕组的匝间绝缘性能；匝间冲击耐压测试仪用于检测被测电机2线圈或绕组的匝间耐压性能。

具体如图3所示，电机控制柜包括第一工控机、电机控制与采集单元、磁粉制动器控制器、电机控制器、扭矩传感器和增量式旋转编码器，第一工控机分别连接第一显示器、电机控制与采集单元和功率分析仪，电机控制与采集单元分别连接磁粉制动器控制器、电机控制器、扭矩传感器和增量式旋转编码器，磁粉制动器控制器用于改变被测电机2的负载，电机控制器用于改变被测电机2的转速，扭矩传感器用于实时检测被测电机2的扭矩，增量式旋转编码器用于实时检测被测电机2的转速。其中：电机控制与采集单元包括PCI-1712-AE模拟量输入采集卡、PCI-1712-AE模拟量输出卡和232总线，PCI-1712-AE模拟量输入采集卡用于采集扭矩传感器和增量式旋转编码器的信息，PCI-1712-AE模拟量输出卡用于接收第一工控机的信号并产生0-5V电压控制电机控制器和磁粉制动器5工作，232总线用于连接功率分析仪和第一工控机。

需要说明的是，工控机是测试系统的核心部分，选用研华工控机IPC-610L系列，硬盘1T，内存4G，有6个串口，1个千兆网口，6个USB2.0，2个PS/2口。支持WIN7操作系统。显示器选用联想24寸高清液晶显示屏。

需要说明的是，电机综合测试系统能够给被测电机施加可变负载，可变负载由人机界面设定。电机负载由磁粉制动器构成。磁粉制动器是采用磁粉作介质，在通电情况下形成磁粉链来传递扭矩的传动元件，主要由内转子、外转子、激磁线圈和磁粉组成。当线圈不通电时，主动转子旋转，由于离心力的作用，磁粉被甩在主动转子的内壁上，磁粉与从动转子之间没有接触、主动转子空转。接通直流电源后产生电磁场，磁粉在磁力线作用下形成磁粉链，把内转子、外转子联接起来，从而达到传递、制动扭矩的目的。磁粉制动器选取航天机电自动控制有限公司生产的产品CZ-5，采用机座式安装。配套的该型磁粉控制器的型号为WLK-1A型控制器，工作原理如图4所示，WLK-1A型控制器的技术指标如下：输入电压：AC220V、50Hz 输入电流：0-1A 空载输出电压：40V±1V 稳流精度：1％ ，既可接受上位机0-5V模拟量信号，向磁粉加载器（电涡流加载器）发送对应激磁电流，也可直接手动调节控制旋钮，改变磁粉加载器（电涡流加载器）激磁电流，以控制加载转矩。用导线连接仪表背板上的接线柱和磁粉制动器的激磁电流线，无正负极。选择控制方式（手动或模拟量）；打开电源开关，指示灯亮，表示电源接通。在手动模式，旋转电位器调节电流，电流表显示电流数值。电流变化，磁粉加载器（电涡流加载器）加载阻尼随之变化。如在模拟量控制模式，按输入模拟量对应输出控制电流。具体工作过程如下：1)工控机利用信号控制采集单元内的D/A模块输出0-5V模拟量信号，调整磁粉控制器输出电流大小，实现计算机对电机的自动加载。2)磁粉控制器单元：利用PWM调节模块输出电流，进行精确调整。3)退出系统时，系统会把控制器输出电流调整到最小。

需要说明的是，电机控制柜能够控制被测电机的转速，可变转速可由人机界面设置。 计算机软件给定电机转速，该控制信号通过信号控制采集单元的D/A输出通道，转换成0～5V的电压信号，控制直流电机控制器，从而改变电机运行速度。直流电机控制器需具有电流保护功能，上位机软件中可以设置过流保护门限电流值，当超过此电流值时，电机停止运行。

具体的，电机的输出扭矩是衡量电机的重要指标，测试系统拟采用北京三晶联合科技有限公司的旋转型扭矩传感器SL06-50A对无刷直流电机的扭矩进行测量，其技术指标如下：扭矩量程：0～50N•m扭矩信号：5-15KHz转速量程：0～6000r/min扭矩精度：0.1％选用的扭矩仪采用应变桥电测技术，用一组环形变压器非接触提供电源，用微功耗信号耦合器代替了环形变压器进行非接触传递信号，有效的克服了电感耦合信号带来的高次谐波自干扰及能源环形变压器对信号环形变压器的互干扰，同时将输出尖脉冲改成方波信号，因此，该型扭矩传感器可以满足长时间、高速运转的要求。使用时将电机通过联轴器带动扭矩仪转动，扭矩仪的另一端通过联轴器接磁粉制动器。扭矩仪工作时需提供±12V电压，输入电压和输出信号由扭矩仪上方的方形连接盒前端的圆形连接器接连接。扭矩信号选用5-15KHz频率信号，其中正向转矩满量程输出15KHz，负向转矩满量程输出5KHz，频率信号幅值为TTL电平。输出的扭矩信号送信号控制及采集单元，转换成扭矩值送工控机，在软件界面显示。

具体的，为提高转速的测量精度，采用在扭矩仪传动轴上串联2048脉冲/转的增量式旋转编码器的方法测量转速。旋转时，旋转编码器输出一组脉冲信号，脉冲信号比例于转速，计2048脉冲/转，即360°/2048=0.178°输出一个脉冲，高速运行（20～6000r/min）时，以最高6000r/min计算，6000r/min即为100r/s，每转输出2048个脉冲，100转则输出204800个脉冲，信号控制采集系统通过定时Ts=1s（可以通过软件设置）计得的脉冲数得出电机的转速。这种采用测频法测转速的方法，±1个字的误差难以避免，但由于计数脉冲足够多，则测量的误差很小，以6000r/min为例，每圈产生的脉冲数为2048，误差约为1×10-4。低速运行（0～20r/min）时，以0.1r/min为例，0.1r/min就是0.0016r/s，乘以一转2048个脉冲，即为3.41个脉冲。1秒对应的脉冲个数为3.41，而软件读取的脉冲为整数3，60秒时读到的脉冲就是180，180/2048=0.09r/min，此时的精度就是(0.1-0.09)/0.1=0.1r/min，满足电机低速运转时转速测量的精度。旋转编码器选用上海倍加福工业贸易公司的ENI58IL型增量式旋转编码器。输出的转速脉冲信号为TTL信号，该脉冲信号送信号控制及采集单元，通过LabVIEW测速算法将其转换成转速值送工控机，在软件界面显示。

具体的，选用致远公司的高精度功率分析仪PA2000mini，对被测电机进行功率分析。可测量电机输入功率Pin、电机输入电压Uin、电机输入电流Iin等参数。该型功率分析仪的功能特性如下：1)可同步采集所有相，精确测量直流/交流电压、电流和功率参数。测量带宽：DC，0.1Hz～500KHz，基本精度0.05％；2)可支持多达4相功率输入。所有输入通道间的电气隔离高达5KV，避免短路；3)电压测量量程：300mV，1V，3V，10V，30V，100V，300V，600V，1000V，1500V多个量程；4)电流测量量程：10mA，30mA，100mA，300mA，1A，3A，5A多档量程；5)标配USB、Ethernet、GPIB和RS232四种接口，并支持用户通过此四种接口远程控制PA2000mini高精度功率分析仪。6)提供丰富的测量分析功能。支持波形、趋势图、柱状图、周期分析、波形运算、积分运算等功能；7)超大容量存储（4G），支持长时间的数据记录。在电机综合测试系统中，对电压和电流的测量精度提出了很高的要求，精度均需达到0.5‰。其中电压的测量范围为0～50V，电流测量分三档，分别为0-0.5A，0-1A，0-5A。使用该型功率分析仪可以满足电机测试系统电压、电流的测量。

如图5所示，电机测试柜包括第二工控机、测试信号采集单元、PT1000 传感器、红外测温传感器、气体压力传感器、气体流量计、噪声传感器和振动传感器，第二工控机分别连接第二显示器和测试信号采集单元，测试信号采集单元分别连接PT1000 传感器、红外测温传感器、气体压力传感器、气体流量计、噪声传感器和振动加速度传感器，PT1000 传感器用于测量被测电机2的绕组、铁心和高温部件的温度，红外测温传感器用于测量被测电机2轴承表面的温度，气体压力传感器用于测量被测电机2与氧气浓缩器联合工作时的气体压力，气体流量计用于测量被测电机2与氧气浓缩器联合工作时的气体流量，噪声传感器用于测量被测电机2空载运行时的噪声，振动加速度传感器用于测量被测电机2中定子机壳振动的加速度。具体的，测试信号采集单元包括PCI-1716-AE模拟量输入采集卡，PCI-1716-AE模拟量输入采集卡用于采集PT1000 传感器、红外测温传感器、气体压力传感器、气体流量计、噪声传感器和振动传感器的信息。

需要说明的是，该实施例中信号控制采集单元由研华三种PCI总线接口板卡组成。其中，PCI-1712L-AE采集卡,1MS/S采样率，异步采样方式。两通道12位高速多功能信号采集卡。用于扭矩和转速信号的频率信号采集，转速最高输出频率200KHz。PCI-1716L-AE采集卡，最高250K/S采样率，异步采样方式。16位16路模拟量信号采集卡。用于其他传感器模拟信号量的采集，包括温度、压力、流量传感器接入的信号。PCI-1721-AE四路12位D/A输出通道，多种范围输出信号板卡。用于控制信号的给出，包括负载的控制信号和电机的转速信号。

其中，模拟量输入信号采集卡PCI-1712L-AE及PCI-1716L-AE采集卡，支持单端或差分信号输入。其中单端信号的输入范围为：0～10V、0～5V、0～2.5V、0～1.25V。差分信号输入范围为：±10V、±5V、±2.5V、±1.25V、±0.625V。输入阻抗100MΩ。PCI-1721-AE模拟量输出卡支持单端电压信号、差分电压及电流环信号形式。其中单端电压输出幅值为：0～10V、0～5V。差分电压输出信号幅值为：±10V、±5V。电流环信号为：0～20mA及4～20mA两种。输出阻抗0.1Ω。工控机软件设定的负载控制信号及转速调节信号经PCI-1721-AE模拟量输出卡转换成相应的信号形式，送至磁粉制动器控制器及直流无刷电机控制器。扭矩仪送来扭矩信号、旋转编码器送来的转速脉冲信号送至PCI-1712L-AE高速信号采集卡，经软件转换后，显示扭矩及转速值。以上两种板卡安装于电机控制系统内的工控机主板PCI插槽中。

需要说明的是，电机各部分的温度是电机设计和运行中的重要的性能指标之一。为检查电机是否合格，保证电机的正常运行，必须准确测定电机运行时各部分的温度。当“温升”突然增大或超过最高工作温度时，说明电机已发生故障。采用Pt1000温度传感器和红外测温仪相结合的方法进行测温。测试时将Pt1000传感器固定在绕组、铁心或其它需要测量预期温度最高的部件里。一般在定子的中间部位选取5、6个点进行测温。其测量结果反映出测温传感器接触处的温度。PT1000传感器测出的三线制电阻阻值，需接入温度变送器，将阻值转换成等比例的电压输出信号。此电压信号送入信号控制采集系统，上传至工控机显示。测温工作框图如图6所示，温度变送器选用虹润PT1000热电阻智能温度变送器，温度变送器以标准DIN35mm导轨安装于性能测试操作柜第二格柜体内。本实实施例中，选用美控仪器生产的MIK-AL-10红外温度传感器，配套激光瞄准镜头及专用安装支架，使用时将红外温度传感器以双螺母的方式固定在专用安装支架上，输出的模拟量信号，送信号控制采集单元，在软件界面显示被测轴承的温度。鉴于红外温度传感器受环境温度的影响较大，利用温度传感器对环境温度的监测，在软件中设置进行相应的温度补偿,达到减少环境温度引起的测量误差。

具体的，电机综合测试系统能对现场基本的振动进行测量，以实现对电机的状态监测和故障诊断。振动测试一般测量定子机壳部位振动的加速度，选用扬州巨丰科技的IEPE型压电式加速度传感器JF-2020，传感器输出0～5V电压信号，送信号控制采集单元，在软件界面显示。根据客户需求选择测量哪个方向的振动量。加速度传感器以M5螺纹安装于电机机壳部位。

具体的，电机综合测试平台能对电机空载运行时的噪声进行测量。为提高噪声测量的准确性，噪声测量应在消声室中进行。测量时选择离定子机壳中心剖面1米的距离，沿此剖面的周向方向测量3至5个点。选用北京京海鸣电子技术研究所的噪声传感器JHM-NS02及配套转换模块JHM-MV05，输出0～5V模拟信号。传感器以螺纹安装的方式固定在支架上。噪声传感器输出的模拟量电压信号送信号控制采集单元，在软件界面显示分贝值。

具体的，在电机的转速特性及寿命特性测试中，将气动系统连接至分子筛伺服控制系统，通入规定压力的压缩空气，再由驱动器驱动电机带动伺服机构按规定运行，因此需对气体压力进行实时测量。选用美控仪表公司的气体压力传感器MIK-P3000，测量范围0～600KPa，FS精度0.1％。压力传感器作为敏感元件并集成了数字调理芯片，PCB板的两面分别安装有SOP封装的压力传感器与信号处理芯片，能对传感器的偏移、灵敏度和非线性进行数字补偿。供电电压为24V，输出信号0～5V，输出的模拟信号送信号控制采集系统，经采集系统信号处理后送工控机在显示界面显示。测试系统预留实际负载（氧气浓缩器）的接口结构，视实际情况确定压力传感器的安装位置。电机综合测试平台需测量被测电机的电流特性和转速特性。测量电流特性的实际工况为伺服机构按试验要求施加入口压力，压力值可由气体压力流量计测得，入口气体压力稳定后，电机开始运行，改变电机的负载，测量不同负载下电流的变化情况，并利用软件实现工作电流和负载变化的特征曲线的绘制。测量转速特性的实际工况与电流特性相同，当通入的气体压力稳定时，控制器驱动电机运行，改变电机的负载，测量不同负载情况下电机的转速变化情况，并利用软件实现转速和负载变化的特征曲线的绘制。

具体的，测试平台除对出口处气体压力进行测量外还需对气体流量进行实时监测。选用美控仪表公司的气体流量传感器MIK-DN100，该传感器的测量范围为0～200L/min，精度0.1％F.S。供电电压24V，输出信号0～5V。输出的模拟信号送信号控制采集系统，经采集系统信号处理后送工控机在显示界面显示。测试系统预留实际负载（氧气浓缩器）的接口结构，视实际情况确定气体流量计的安装位置。

具体的，电机寿命特性测试的实际工况为：将气动系统连接至伺服机构，通入规定的压缩空气，气体的流量可由气体流量传感器获得。当气体压力稳定时，驱动器驱动电机工作，设置电机的运行速度，实时采集电机的转速，通过软件绘制转速随时间变化曲线，与用户确定电机完成设定的动作次数和运行时间，达到设定的动作次数或运行时间后，电机停止运行，对电机进行失效分析，记录电机的正常运转次数。

具体的，电机综合测试系统需对被测电机的绕组直流电阻进行测量，测量范围为0.1mΩ～2KΩ。常用的数字万用表最小测量范围一般为0～200Ω，对于3位半数字表，最小分辨率只能达到0.1Ω，又由于两表笔引线电阻和接触电阻通常在数百毫欧且不稳定，因此一般数字万用表难以准确测试毫欧级电阻。因此需采用分档的毫欧电阻仪来测量；采用四端测试法，有效消除引线电阻和接触电阻的影响。测量绕组阻值时，应将电机上的所有接线拆除。直流低电阻测试仪的四个端子分别为V+，V-，I+，I-，测量时将V+和I+接至绕组的一端，将V-和I-接至绕组的另一端，按下测量键即可读出绕组的阻值。分别测量三相绕组的阻值，三相绕组的阻值应相同。选用同惠仪器的TH2516B直流低电阻测量仪，测量范围10μΩ～200KΩ，最高电阻精度达0.05％；电阻最小分辨率为1uΩ，有冲击防护功能，并带485通信接口。

具体的，在电机的安全性测试中，需要进行绝缘电阻及耐压测试。当选择进行耐压测试时，输出电压范围100V～5000V（交流），输出最大电流100mA；当选择测量绝缘电阻时，输出电压100V～1000V（直流），最大量程10GΩ。电机的耐压绝缘值需要测量电机绕组对地的耐压绝缘值以及独立绕组情况下的电机绕组相间耐压绝缘值。测量时将绝缘耐压测试仪的“L”端接绕组，“E”端接地，按下测量键得出绕组对地绝缘值；将“L”端接某相绕组，将“E”端接另一相绕组，测量出绕组相间绝缘电阻值。相绕组间的绝缘电阻，应在电机绕组嵌绕工艺过程中测量。

具体的，选用艾诺公司生产的AN9692H匝间冲击耐压测试仪对被测电机三相绕组匝间绝缘进行测试。该匝间冲击耐压测试仪是一款数字式冲击耐压测试仪，它将标准线圈采集的振荡波形存储于仪器中，测试时将被测品的波形与标准波形进行比较，根据电晕量、面积、面积差、相位差等参数进行判别，可以有效检测线圈的层间短路、相间短路、微短路、绝缘破损等问题。适用于三相电机的L型、Y型及三角形连接的绕组测试。电压范围：300V～5000V，电压步幅：100V/步，峰值精度：±3％×设定值；波形重复精度：±1％；波形上升时间：≤0.5us；采集频率5KHz～40MHz，15级可调。匝间冲击耐压测试，应在电机绕组嵌绕工艺过程中测量。

本实施例中，电机测试柜还包括电源箱，电源箱为用电单元提供1路220V且2000W的交流电，1路40V且功率可调的直流电，2路30V且功率可调的直流电和1路5V直流电。设备工作电源: 单相三线制： AC220V±10％ 50Hz设漏电保护（动作电流≤30mA），过流保护，熔断器保护与接地可靠；具备设备电气线路短路自动保护及自恢复的功能。程控稳压电源提供以下几种直流电压：被测电机的工作电压40V可调，5A；扭矩传感器工作电压：±12V,0.3A;旋转编码器工作电压：5V,0.2A；压力传感器、气体流量计工作电压、温度变送器等：24V，1A。为满足电机综合测试系统运行的可靠性的要求，电源箱中配备UPS电源，保障测试系统在停电之后继续工作一段时间以便用户紧急存盘，不致因停电而影响系统运行或丢失数据。选用UPS不间断电源，容量2000VA/1600W。

需要进一步说明的是，系统软件流程图如图7所示，测试系统采用LabVIEW作为软件开发工具。软件设计采取独立的结构和模块化的编程思想，根据无刷直流电机测试系统的使用要求，软件的主要功能模块包括：

1)用户登录及用户管理模块；用户分管理者与一般用户两类，管理者可作为系统专业调试人员，具有各测试仪表单独控制、系统软硬件调试权限，而一般用户只能按界面提示进行电机测试。

2) 系统配置模块；用户登录成功后进入测试系统主界面。在每次打开软件后都进行端口自检一次，检查工控机各端口与连接的仪器仪表连接是否正常，若出现异常，软件会提示检查仪器仪表连接线。

3) 任务选择模块；仪器仪表连接正常后，进入测试系统的任务选择界面，任务选择界面包含电机控制设置、测试管理设置及数据管理等软按键，用户可以根据测试需要点击相应的软键执行操作。

4) 测试模块；测试时信息显示的软件界面。

5) 数据管理模块（包括曲线绘制、数据报表、曲线拟合、曲线打开与保存、试验结果打印等）。数据记录的周期与用户协商确定。绘制的曲线包括电流特性曲线、转速特性曲线、电机寿命特性曲线等。

软件主要功能：1) 能实时显示电机的电压、电流、输入功率、转矩、转速、输出功率、效率等参数； 2) 能实时显示测量点的温度、噪声、振动值、气体压力及流量参数； 3)能对磁粉制动器的激磁电流大小进行控制； 4) 能对电机控制器的输出电压大小进行控制及设定； 5) 系统能对电流、电压、转矩、转速分别进行上、下限报警，报警值可任意设定；6) 能对测试数据进行连续存储或按用户的意愿进行选点存储； 7) 在“选点测量”方式下，能实时显示采集数据和曲线； 8) 能绘制工作电流—可变负载曲线、转速—压力大小变化曲线及转速—时间曲线； 9) 对信号采集单元进行采样频率设定； 10) 允许数据编辑、修改，系统具有历史数据回放功能； 11) 系统可以通过打印机对测试结果进行数据、曲线打印，可以将测试数据或曲线导出到EXCEL中； 12) 系统的整个功能具有菜单和快捷键双重操作； 13) 系统在WINDOWS 环境下运行，整个界面生动、美观。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种电机综合测试系统，其特征在于，包括测试台架（1）和测控机（6），其中：

所述测试台架（1）上安装有扭矩仪（4）和磁粉制动器（5），所述扭矩仪（4）用于测量被测电机（2）的实时扭矩，所述磁粉制动器（5）为被测电机（2）提供不同的负载，所述被测电机（2）和扭矩仪（4）以及磁粉制动器（5）之间通过联轴器（3）连接；

所述测控机（6）分为电机控制柜和电机测试柜，电机控制柜和电机测试柜的正面设置有多个显示器（601）、测试仪（602）和工作台（603），所述测试仪（602）分为功率分析仪、直流低电阻测试仪和匝间绝缘测试仪和匝间冲击耐压测试仪，所述功率分析仪用于检测被测电机（2）的工作电压和电流，所述直流低电阻测试仪用于检测被测电机（2）的绕组直流电阻，所述匝间绝缘测试仪用于检测被测电机（2）线圈或绕组的匝间绝缘性能；所述匝间冲击耐压测试仪用于检测被测电机（2）线圈或绕组的匝间耐压性能；

所述电机控制柜包括第一工控机、电机控制与采集单元、磁粉制动器控制器、电机控制器、扭矩传感器和增量式旋转编码器，所述第一工控机分别连接第一显示器、电机控制与采集单元和功率分析仪，所述电机控制与采集单元分别连接所述磁粉制动器控制器、电机控制器、扭矩传感器和增量式旋转编码器，所述磁粉制动器控制器用于改变被测电机（2）的负载，所述电机控制器用于改变被测电机（2）的转速，所述扭矩传感器用于实时检测被测电机（2）的扭矩，所述增量式旋转编码器用于实时检测被测电机（2）的转速；

所述电机测试柜包括第二工控机、测试信号采集单元、PT1000 传感器、红外测温传感器、气体压力传感器、气体流量计、噪声传感器和振动传感器，所述第二工控机分别连接第二显示器和测试信号采集单元，所述测试信号采集单元分别连接PT1000 传感器、红外测温传感器、气体压力传感器、气体流量计、噪声传感器和振动加速度传感器，所述PT1000 传感器用于测量被测电机（2）的绕组、铁心和高温部件的温度，所述红外测温传感器用于测量被测电机（2）轴承表面的温度，所述气体压力传感器用于测量被测电机（2）与氧气浓缩器联合工作时的气体压力，所述气体流量计用于测量被测电机（2）与氧气浓缩器联合工作时的气体流量，所述噪声传感器用于测量被测电机（2）空载运行时的噪声，所述振动加速度传感器用于测量被测电机（2）中定子机壳振动的加速度。

2.根据权利要求1所述的电机综合测试系统，其特征在于，所述电机测试柜还包括电源箱，所述电源箱为用电单元提供1路220V且2000W的交流电，1路40V且功率可调的直流电，2路30V且功率可调的直流电和1路5V直流电。

3.根据权利要求2所述的电机综合测试系统，其特征在于，所述电机控制与采集单元包括PCI-1712-AE模拟量输入采集卡、PCI-1712-AE模拟量输出卡和232总线，所述PCI-1712-AE模拟量输入采集卡用于采集扭矩传感器和增量式旋转编码器的信息，所述PCI-1712-AE模拟量输出卡用于接收第一工控机的信号并产生0-5V电压控制电机控制器和磁粉制动器（5）工作，所述232总线用于连接功率分析仪和第一工控机。

4.根据权利要求3所述的电机综合测试系统，其特征在于，所述测试信号采集单元包括PCI-1716-AE模拟量输入采集卡，所述PCI-1716-AE模拟量输入采集卡用于采集PT1000 传感器、红外测温传感器、气体压力传感器、气体流量计、噪声传感器和振动传感器的信息。

5.根据权利要求4所述的电机综合测试系统，其特征在于，还包括温度变送器，所述温度变送器设置在PCI-1716-AE模拟量输入采集卡与PT1000 传感器之间。

6.根据权利要求5所述的电机综合测试系统，其特征在于，所述被测电机（2）通过安装架固定在测试台架（1）上，被测电机（2）的输出轴通过联轴器（3）连接扭矩仪（4）的输入端，扭矩仪（4）的输出端通过联轴器（3）连接磁粉制动器（5）的输入端。

7.根据权利要求6所述的电机综合测试系统，其特征在于，所述测试台架（1）还设置有滑轨（7）、滑块（8）和透明挡板（9），所述透明挡板（9）通过滑块（8）可移动的安装在滑轨（7），所述透明挡板（9）为U型结构。