伺服電機加載測試系統(tǒng)是由電機測試行業(yè)國際領(lǐng)先的張力測控團(tuán)隊精心打造的能量回饋式四象限伺服對拖系統(tǒng)，系統(tǒng)可用于伺服機器人電機、無刷電機及其他各種電機及驅(qū)動器綜合特性測試。系統(tǒng)具有使用靈活，測試精準(zhǔn)、穩(wěn)定，操作安全方便等特點，且具有測試范圍寬廣、分析功能強大等優(yōu)點，廣泛運用于各種電機研發(fā)、檢測、質(zhì)量認(rèn)證、選型等電機測試行業(yè)，如航空、航天、軍事、民用、院校、科研機構(gòu)、機器人伺服等領(lǐng)域。

　　測試系統(tǒng)框圖如下。該系統(tǒng)所有涉及到人機交互都在工業(yè)控制計算機上執(zhí)行，通過計算機上的軟件下達(dá)命令給到執(zhí)行機構(gòu)。該系統(tǒng)適配測試臺架為伺服對拖臺架，測試機柜主要用來放置儀器儀表和操作區(qū)，測試儀表包含工業(yè)控制計算機用來安裝測試軟件和各個儀表通訊，功率分析儀用來測量被測電機的扭矩;轉(zhuǎn)速;輸出功率;電壓;電流輸入功率等，電阻測試儀主要用來測試電機的空載損耗，溫度測試儀主要用來測試電機的溫升，電機供電電源主要用來給被測電機供電，電機供電電源由客戶自備不放置在機柜內(nèi)。系統(tǒng)框圖和原理圖如下所示：

　　測量參數(shù)(根據(jù)設(shè)備不同配置可以完成如下功能)

　　1空載測試：

　　空載試驗是指電機作為空載電動機運行，其軸端無有效機械功率輸出的試驗(或測功機不加載時)。通過采集其母線電壓;母線電流;母線功率;每相的相電壓;每相的相電流;每相的相功率;振動等參數(shù)。測試時自動采集、顯示測試數(shù)據(jù)。記錄電流、電壓、輸入功率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速、溫度、頻率等;

　　2負(fù)載測試(針對被測電機開環(huán)控制下的測試)：

　　電機負(fù)載測試功能，包含了電機基本運行情況的測試，同時，也可模擬不同轉(zhuǎn)速下電機的運行情況，方便用戶對電機實際應(yīng)用時所遇到的情況進(jìn)行預(yù)判。例如，模擬電機工況帶載運行，模擬恒扭矩狀態(tài)，可以顯示扭矩轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的變化情況。主要測試被測電機在不同負(fù)載下的機械參數(shù)和電性能參數(shù)。

　　機械性能包含：電機運行轉(zhuǎn)速、扭矩、輸出功率、轉(zhuǎn)向;角度等。

　　電量參數(shù)：控制器母線的電壓;電流;輸入功率;控制器輸出及電機輸入端的電壓(U V W);電流(U V W);輸入功率(U V W);功率因素等。

　　其他參數(shù)：電機效率;驅(qū)動器效率;整機效率;溫度等。

　　具體測試試驗有以下方式

　　2.1手動加載試驗：

　　通過上位機軟件將被測電機運行在設(shè)定的轉(zhuǎn)速或額定電壓下，通過操作員拉動軟件上的加載滾動條，來控制測功機給被測電機加載，并實時顯示測試的數(shù)據(jù)與曲線，如工作特性曲線圖，T/N,T/I曲線等

　　(具有單點手動控制功能，按設(shè)定的控制模式和設(shè)定的控制量控制電機工況)

　　2.2合格不合格測試：

　　通過上位機軟件將被測電機運行在設(shè)定的額定電壓下，通過測試軟件讓測功機輸出設(shè)定負(fù)載，系統(tǒng)可調(diào)用工程設(shè)定好在某個負(fù)載的給被測產(chǎn)品設(shè)置的上下限，并判斷當(dāng)前測量參數(shù)是否在其范圍。

　　2.3定點電流測試：

　　通過上位機軟件將被測電機運行在設(shè)定的轉(zhuǎn)速或額定電壓下，測試軟件可根據(jù)工程師設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行電流閉環(huán)控制，測試電機在不同電流下的性能。如工作特性曲線圖，T/N,T/I曲線等

　　2.4定點轉(zhuǎn)速測試：

　　通過上位機軟件將被測電機運行在設(shè)定的轉(zhuǎn)速或額定電壓下，測試軟件可根據(jù)工程師設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，測試電機在不同轉(zhuǎn)速下的性能。如工作特性曲線圖，T/N,T/I曲線等

　　2.5全程測試：

　　通過上位機軟件將被測電機運行在設(shè)定的轉(zhuǎn)速或額定電壓下，測試軟件可根據(jù)工程師設(shè)定好的參數(shù)進(jìn)行扭矩閉環(huán)控制，測試電機在空載加載到設(shè)定負(fù)載，并在設(shè)定負(fù)載卸載到空載整個過程的測試。因為電機有勵磁特性所以電機的加載上升曲線和下降曲線不同。測試軟件會將下降曲線和上升曲線通過軟件計算，繪制出理想的工作特性曲線圖。

　　2.6校正測試：

　　將廠商配置的校正平衡桿，鎖在測功機輸出軸，通過軟件控制測功機加載，在平衡桿對應(yīng)掛點上掛上砝碼，看其轉(zhuǎn)矩是否符合精度要求，如果稍許偏差可通過調(diào)節(jié)測功機電路板上的電位器調(diào)整。實現(xiàn)用戶在本場能自我校正測功機準(zhǔn)確與否。

　　3.型試試驗測試：(針對被測電機閉環(huán)控制下的測試)

　　3.1工作區(qū)測試：

　　工作區(qū)測試主要針對被測電機的額定測試和峰值測試一體，測試被測電機在短時工作區(qū)和連續(xù)工作的性能，測試參數(shù)有扭矩;轉(zhuǎn)速;功率;溫度等。工作區(qū)用轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩組成的二維平面坐標(biāo)表示。電機溫升不超過規(guī)定值，能長期工作的區(qū)域為連續(xù)工作區(qū)。下圖中處于“連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩”，“額定轉(zhuǎn)矩”和“最高允許轉(zhuǎn)速”以內(nèi)的工作區(qū)域(圖中無陰影區(qū)域)，它是由電機的發(fā)熱，受離心力影響的機械強度，換相或驅(qū)動器的極限工作條件限制的范圍。超出連續(xù)工作區(qū)，允許電機短時過載運行的區(qū)域為斷續(xù)工作區(qū)(圖中陰影區(qū)域)。

　　注1：額定功率PN，額定轉(zhuǎn)速nN與額定轉(zhuǎn)矩TN的關(guān)系為：PN = TN x (2π/60 x nN)

　　注2：對于帶油封，制動器等其他附件的電機，應(yīng)降額使用。

　　試驗方法：根據(jù)國標(biāo)GB/T 30549 -2014來完成此項試驗

　　連續(xù)工作區(qū)測試(國標(biāo)定義)：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應(yīng)不受外界輻射及氣流影響。連續(xù)工作區(qū)的實驗在轉(zhuǎn)速n0,nN和nmax三點進(jìn)行。其中n0為零速，即電機堵轉(zhuǎn);nN為額定轉(zhuǎn)速點;nmax為最高允許轉(zhuǎn)速。在上述三點施加對應(yīng)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機的溫升不超過設(shè)計的規(guī)定值。

　　連續(xù)工作區(qū)測試方法：

　　1. 在額定轉(zhuǎn)矩條件下,從額定轉(zhuǎn)速開始.測得轉(zhuǎn)速n1?使得電機在此轉(zhuǎn)速下運行2小時的溫升為60K(具體根據(jù)設(shè)計來定).此轉(zhuǎn)速為電機在額定負(fù)載時.能連續(xù)工作的最高轉(zhuǎn)速.

　　2、在空載條件下，從額定轉(zhuǎn)速開始，以毎分鐘増加60rpm的速度逐漸增加電機轉(zhuǎn)速.井同時現(xiàn)察實際測量轉(zhuǎn)速.當(dāng)實際轉(zhuǎn)速不隨設(shè)定轉(zhuǎn)速増加時，記下此時的轉(zhuǎn)速n2?此轉(zhuǎn)速亦為空載最高轉(zhuǎn)速.

　　1. 短時工作區(qū)測試(國標(biāo)定義)：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應(yīng)不受外界輻射及氣流影響的實驗在轉(zhuǎn)速n0和nmax兩點進(jìn)行，在該點施加規(guī)定倍率的額定轉(zhuǎn)矩，測量其溫升在規(guī)定的時間內(nèi)符合設(shè)計要求。

　　短時工作區(qū)測試方法：

　　2. 在0.25額定轉(zhuǎn)速條件下，在1min之內(nèi)，轉(zhuǎn)矩從額定轉(zhuǎn)矩逐漸增加至3倍額定扭矩，測試電機表面溫度不超過60℃。

　　3. 在0.5額定轉(zhuǎn)速條件下，在30s之內(nèi)，轉(zhuǎn)矩從額定轉(zhuǎn)矩逐漸增加至3倍額定扭矩，測試電機表面溫度不超過60℃。

　　4. 在0.75額定轉(zhuǎn)速條件下，在10s之內(nèi)，轉(zhuǎn)矩從額定轉(zhuǎn)矩逐漸增加至3倍額定扭矩，測試電機表面溫度不超過60℃。

　　5. 在額定轉(zhuǎn)速條件下，在5s之內(nèi)，轉(zhuǎn)矩從額定轉(zhuǎn)矩逐漸增加至3倍額定扭矩，測試電機表面溫度不超過60℃。

　　測量參數(shù)：(扭矩，轉(zhuǎn)速，電壓，電流，功率，溫度，時間等)

　　額定功率：在連續(xù)工作區(qū)內(nèi)，電機所輸出的最大功率

　　額定轉(zhuǎn)矩：電機在額定功率和額定轉(zhuǎn)速下的輸出轉(zhuǎn)矩

　　額定轉(zhuǎn)速：在連續(xù)工作區(qū)內(nèi)，電機額定功率點的轉(zhuǎn)速

　　連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：在連續(xù)工作區(qū)內(nèi)，電機所輸出的最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩

　　峰值堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：在超出連續(xù)工作區(qū)，電機允許短時輸出的最大轉(zhuǎn)矩

　　連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流：在連續(xù)工作區(qū)內(nèi)，對應(yīng)連續(xù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩是的繞組電流(方波驅(qū)動電機電流為峰值，正玄波驅(qū)動電機電流為有效值)

　　最高允許轉(zhuǎn)速：在保證電氣絕緣介電強度和機械強度條件，電機最大設(shè)計轉(zhuǎn)速(方法2在空載條件下，從額定轉(zhuǎn)速開始，以毎分鐘増加60rpm的速度逐漸增加電機轉(zhuǎn)速.井同時現(xiàn)察實際測量轉(zhuǎn)速.當(dāng)實際轉(zhuǎn)速不隨設(shè)定轉(zhuǎn)速増加時，記下此時的轉(zhuǎn)速n2?此轉(zhuǎn)速亦為空載最高轉(zhuǎn)速.)

　　過載扭矩：在1.2倍額定轉(zhuǎn)矩條件下，在額定轉(zhuǎn)速開始，連續(xù)運行2min，記下此時電機的外殼溫度T不超過設(shè)定的值。

　　3.2轉(zhuǎn)矩波動測試：

　　國標(biāo)定義：根據(jù)國標(biāo)GB/T 30549-2014 明確定義了電機的轉(zhuǎn)矩波動測試方法，電機在最低速下的轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)推薦按照下列值規(guī)定：3%;5%，7%，10%，15%。(注：電機的轉(zhuǎn)矩波動是電機和配套驅(qū)動器所組成的系統(tǒng)的綜合反映，必要時制造商應(yīng)和用戶協(xié)商一致，明確測量條件)。在穩(wěn)定工作溫度下，電機施加額定轉(zhuǎn)矩，并在產(chǎn)品專用技術(shù)條件規(guī)定的最低轉(zhuǎn)速下運行，用轉(zhuǎn)矩測試儀測量并記錄電機在一轉(zhuǎn)中的輸出轉(zhuǎn)矩，找出最大轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩，按公式計算電機的轉(zhuǎn)矩波動系數(shù)，結(jié)果應(yīng)符合技術(shù)要求。

　　測試方法：(被測電機處于開環(huán)控制下)

　　將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應(yīng)不受外界輻射及氣流影響。利用開環(huán)控制方式將被測電機通電，控制系統(tǒng)將對拖電機以一定轉(zhuǎn)速(0.1~20rpm 設(shè)定)穩(wěn)速旋轉(zhuǎn)，被測電機為了擺脫托控，會使用全部的轉(zhuǎn)矩力爭擺脫，從而測試電機在這樣運行下的扭矩波動。由于扭矩傳感器分辨率和儀器儀表采樣率的特性建議測試轉(zhuǎn)矩波動時高速扭矩波動測試，建議 1000rpm 內(nèi)。

　　測量參數(shù)：扭矩，時間等。

　　3.3轉(zhuǎn)速波動測試：

　　國標(biāo)定義：根據(jù)國標(biāo)GB/T21418-2008定義了電機的轉(zhuǎn)速波動測試方法，試驗在電機空載條件下進(jìn)行，系統(tǒng)輸入額定正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速指令(改變方向但不改變變量值)，測量電動機的正反轉(zhuǎn)速平均轉(zhuǎn)速nccw和ncw,按公式計算正反轉(zhuǎn)速差。系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速，空載條件下運行，測量出電動機最大瞬態(tài)轉(zhuǎn)速和最低瞬態(tài)轉(zhuǎn)速，計算出轉(zhuǎn)速波動系數(shù)。瞬態(tài)轉(zhuǎn)速最大值為nmax,最小值為nmin

　　測試方法：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應(yīng)不受外界輻射及氣流影響。將被測電機運行在額定轉(zhuǎn)速條件下，通過功率分析儀或者模擬示波器讀取高精度轉(zhuǎn)速編碼器的值來計算轉(zhuǎn)速波動。

　　測量參數(shù)：轉(zhuǎn)速，時間等。

　　3.4轉(zhuǎn)矩變化的時間響應(yīng)：

　　國標(biāo)定義：根據(jù)國標(biāo)定義了轉(zhuǎn)矩變化的時間響應(yīng)，系統(tǒng)正常運行時，對被測電機施加轉(zhuǎn)矩或突然卸去轉(zhuǎn)矩負(fù)載，被測電機轉(zhuǎn)速隨時間的變化叫做系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩變化的時間響應(yīng)。

　　測試方法1：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應(yīng)不受外界輻射及氣流影響。將被測電機運行在0.5 倍的額定轉(zhuǎn)速條件下，伺服對拖系統(tǒng)由空載突然施加到 0.5 倍連續(xù)工作區(qū)中最大的扭矩，穩(wěn)定后卸去該轉(zhuǎn)矩負(fù)載，記錄轉(zhuǎn)矩變化的時間響應(yīng)曲線;繪制時間響應(yīng)曲線圖。判斷其如下圖轉(zhuǎn)速曲線，隨著轉(zhuǎn)矩變化，轉(zhuǎn)速從突變開始到突變結(jié)束的時間定義為扭矩變化的時間響應(yīng)。

　　測試方法2：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應(yīng)不受外界輻射及氣流影響。系統(tǒng)控制被測電機做轉(zhuǎn)矩模式，通過對拖電機拖動被測電機，系統(tǒng)控制被測電機從空載加到0.5倍額定轉(zhuǎn)矩。記錄其扭矩變化的時間定義為扭矩變化的時間響應(yīng)。

　　3.5轉(zhuǎn)速變化的時間響應(yīng)：

　　國標(biāo)定義：根據(jù)國標(biāo)GB/T 21418-2008定義被測電機在空載零速條件下，系統(tǒng)(驅(qū)動器)輸入速度(轉(zhuǎn)速)階躍信號，轉(zhuǎn)速變化的時間響應(yīng)過程中的響應(yīng)時間，超調(diào)量和建立時間，應(yīng)符合產(chǎn)品專用技術(shù)條件的規(guī)定。試驗方法使電動機處于空載零速狀態(tài)下，輸入對應(yīng)額定轉(zhuǎn)速nN的階躍信號，記錄正階躍輸入的時間響應(yīng)曲線，讀出響應(yīng)時間，建立時間和瞬態(tài)超調(diào)并計算出超調(diào)量。在穩(wěn)定的nN轉(zhuǎn)速下，輸入信號階躍到零，記錄負(fù)階躍輸入的時間響應(yīng)曲線，讀出響應(yīng)時間，建立時間和瞬態(tài)超調(diào)并計算出超調(diào)量。改變電動機轉(zhuǎn)向重復(fù)上述試驗，測量四次去平均值。

　　測試方法：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應(yīng)不受外界輻射及氣流影響。系統(tǒng)控制被測電機做轉(zhuǎn)速模式，通過系統(tǒng)控制被測電機從空載加到額定轉(zhuǎn)速。記錄其發(fā)送信號到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的時間定義為轉(zhuǎn)速變化的時間響應(yīng)。

　　測量參數(shù)

　　建立時間：從一個輸入變量發(fā)生變量階躍變化的瞬間起，至輸出變量偏離其最終穩(wěn)態(tài)值與初始穩(wěn)態(tài)值之差不超過±5%的瞬間止的持續(xù)時間間隔。

　　轉(zhuǎn)速變化響應(yīng)時間：發(fā)送信號到轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的時間定義為轉(zhuǎn)速變化的時間響應(yīng)

　　頻帶寬度：系統(tǒng)輸入量為正弦波，隨著正弦波信號的頻率逐漸升高(其幅值為額定轉(zhuǎn)速的0.01倍，1hz)，記錄電動機對應(yīng)的轉(zhuǎn)速曲線。對應(yīng)的輸出量的相位滯后逐漸增大同時幅值逐漸減小，相位滯后增大至90°時或者幅值減少至低頻段幅值1/√￣2時的頻率叫做系統(tǒng)頻帶寬度。

　　機電時間常數(shù)：在恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動下，空載轉(zhuǎn)速由 t=0 上升到 63.2%穩(wěn)定轉(zhuǎn)速所需的時間;

　　電氣時間常數(shù)：在階躍輸入電壓和規(guī)定條件下，堵載電機使繞組電流達(dá)到其最終值的 63.2%所需的時間

　　3.6反向電動勢：

　　國標(biāo)定義：根據(jù)國標(biāo)GB/T 30549-2014 定義

　　了電機的反向電動勢常數(shù)試驗方法，被測電機不通電，對拖電機將被測電機拖動至規(guī)定的某一轉(zhuǎn)速n,用示波器觀測其波形，應(yīng)符合技術(shù)要求。測取電機轉(zhuǎn)速為n時的線反電動勢U，根據(jù)公式計算反向電動勢常數(shù)

　　測試方法：測試發(fā)電斜率：通過測功機穩(wěn)速拖動被測電機至某一個或多個轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，測試并記錄被測電機驅(qū)動端在正反兩個方向在相同轉(zhuǎn)速下的輸出電壓Ud,利用公式K=Ud/n×1000計算輸出發(fā)電斜率。

　　測試電機波形：通過測功機穩(wěn)速拖動被測電機至某一個或多個轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，可通過功率分析儀觀察反向電動勢波形相位差。

　　測試參數(shù)：電壓;波形(波形可以通過功率分析儀觀察，軟件波形僅供參考(有通訊延時問題))

　　反向電動勢測試接線方式

　　3.7效率云圖測試：

　　測試軟件可根據(jù)工程師設(shè)定好的參數(shù)，測試電機在不同轉(zhuǎn)速下，不同扭矩下的效率，并繪制出效率云圖。

　　3.8其他測試 ：

　　應(yīng)用領(lǐng)域： 伺服電機加載性能測試廣泛應(yīng)用于EPS電機，運動控制電機及派生產(chǎn)品的綜合性能測試，已逐步推廣至機器人及智能家居行業(yè)。