电机出厂综合测试系统量值溯源的校准

沈明炎袁伟杰肖娜丽黄长浩/ .福建省计量科学研究院；.江西瑞林电气自动化有限公司

电机出厂综合测试系统量值溯源的校准

沈明炎1袁伟杰2肖娜丽1黄长浩1/ 1.福建省计量科学研究院；2.江西瑞林电气自动化有限公司

旨在探讨电机出厂综合测试系统量值溯源校准的问题。在掌握电机出厂综合测试系统的结构、功能和原理的基础上，根据电机出厂检验所需的各项技术指标，选取合适的校准规范和标准设备，结合测试系统工作原理和各个参数的量值要求，详细阐述了此类测试系统的溯源校准的方法和量值校准点的选择，并介绍了测试系统在校准过程中量值纠偏的方法。提出的量值溯源的校准方式，能够解决此类电机出厂测试系统的量值溯源问题，满足生产企业的计量需求。

电机；出厂检验；测试系统；溯源；校准

0 引言

随着工业自动化控制技术的不断发展，测试理论的丰富、测试手段的提升，以及设备制造工艺的提高，使电机自动测试技术得以广泛应用。电机出厂综合测试系统实现了电机的自动化出厂检验，能够高效准确地完成电机的综合性能的出厂检测，确保电机成品的质量。随着我国近年来家电行业的迅速发展，电机的需求日益增加，电机出厂综合测试系统深受电机制造企业的青睐，不仅大大提高了电机试验测试效率，降低了操作人员劳动强度，而且能够更准确地测试相关参数。目前，对于电机出厂综合测试系统还没有相对应的计量检定规程或校准规范，为了保证测试系统在生产过程中的计量性能能够达到相应技术等级的要求，有必要对其计量性能和溯源校准进行研究。本文就针对国内较为常见的电机出厂综合测试系统，详细阐述其各个测试项目的功能、原理、参数和校准。

1 测试系统的结构及原理

1.1 测试系统构成

电机出厂综合测试系统是根据电机出厂检验的要求，由不同的测试单元，组合搭建而成的一种用于快速测试电机的安全性能和参数特性等项目的综合性测试装置。测试系统通常由供电单元、控制单元和测量单元三部分组成[1]，其中供电单元包括三相电源及开关、调压器等，主要为整个测试系统提供电力支持；控制单元包括工控机、液晶显示器、测试机柜、继电器—接触器逻辑控制单元及其他辅助设备等，可完成测试控制的各项任务；测量单元则包含工频耐压测试单元、绝缘电阻测试单元、直流低电阻测试单元、匝间冲击测试单元和空载电参数测试单元等，实现各种参数的准确测量。系统一般采用工控机程序化控制，各测试单元采用模块化组合，运行测试软件实现自动化测试[2]。电机出厂综合测试系统的结构原理框图如图1所示。

图1 电机出厂综合测试系统的结构原理框图

1.2 系统各测试单元功能及工作原理

工频耐压测试单元用于测量定子绕组和外壳之间的耐压漏电流，检查相壳或相间是否绝缘或存在短路现象。其工作方法是在电机绕组和外壳之间施加3 000 V工频交流电压，持续时间为1 min。在此过程中检测电机的泄漏电流是否超过标准的要求。

绝缘电阻测试单元是测试相线与外壳之间的绝缘电阻，检查绕组对外壳有无严重漏电或短路。其工作原理是在电机绕组和外壳之间施加500 V/1 000 V直流电压检测其电机的绝缘电阻。

直流低电阻测试单元用于检查电机绕组是否断线、圈数超差、严重短路等，通过直接测量绕组直流电阻来实现。其采用四线制测量方式，将被测电阻与参考电阻串联，施加一个恒定电流，同时采样两个电阻上的电压，由欧姆定律计算得出被测电阻值。

匝间冲击试验单元是为了检查电机绕组匝间相间是否绝缘或存在短路，防止当实际使用中瞬间高压冲击致使电机绕组匝间击穿短路，造成严重的设备故障和经济损失，因而要求在电机出厂检验时必须对其进行匝间冲击试验。电机匝间冲击试验是采用高压窄脉冲波形比较法，即施加幅值1 800 V、脉宽0.5 μs的高压脉冲信号于电枢换向器的两换向片之间，则绕组电阻、绕组感抗和分布电容之间会产生一个衰减振荡波，并以较快的速度衰减至零[3]。通过高速 A/D的实时采样，将被检绕组振荡波形和标准绕组振荡波形进行比较，通过分析波形与 X 轴间的面积来判断被检绕组的线圈绝缘情况，从而判别线圈内部的匝间绝缘损伤和短路断线等缺陷。

空载电参数测试单元主要为检验电机在空载时的电气性能和运行参数，测量电机运行时的电压、电流、功率、功率因数和频率，其工作原理是利用电参数测量仪表，测量电机的实时电压值、电流值、功率因数和频率，再通过积分和乘法运算得到电压电流和功率的有效值。

2 测试系统的溯源校准

2.1 参考标准规范及标准设备

电机出厂综合测试系统多采用工业控制计算机集中控制，测量检验采用模块化组合和分布式多计算机处理的设计方式，因此各个测试单元相互独立。在对其进行溯源校准时，可根据各个参数的指标，选取适用的标准规范和合适的测试标准设备，分项开展量值校准工作[4]。

根据各个测试项目的试验参数，选取相对应的试验标准规范，参考规范的要求进行相应参数的测量。工频耐压校准主要依据JJG 795-2004《耐电压测试仪》检定规程；绝缘测试校准主要依据JJG 1005-2005《电子式绝缘电阻表》检定规程；直流低电阻校准主要依据JJG 724-J91《直流数字欧姆表》检定规程；匝间冲击校准主要参考JB/T 7080-90《绕组匝间冲击电压试验仪》；空载电参数校准主要参考GJB/J 5857-2006(K) 《交流标准功率源》检定规程和GB/T 1032-2005《三相异步电动机试验方法》。

根据电机出厂的测试项目所需要的溯源量值参数及表1的系统通用的技术指标，选取对应的标准器，如表2所示。

表1 系统通用的技术指标要求

表2 测试标准器的技术指标

2.2 溯源校准的硬件连接

电机出厂综合测试系统具有标准状态和自动状态这两种测试状态，并且在这两种状态下还存在单相测试和综合测试的选择方式，为了保证各个项目的独立校准，都是处于标准状态和单相状态下进行溯源校准的。系统一般具有单三相通用的输出端口，具有三相四线线制的A、B、C、N四条引线，测试过程中根据要求分别校准各线之间的量值。电机出厂综合测试系统溯源校准原理如图2所示。

图2 电机出厂综合测试系统溯源校准原理示意图

2.3 测试系统溯源校准的实现

保证参考标准设备与被检测试系统可靠连接后，通过操作测试系统的操作软件，实现所需测试状态的输出控制，实时采样系统输出值，与标准设备比对，得出其量值误差，分项完成各个参数项目的溯源校准。参考各标准规范的要求，结合表1提及的参数，选取适合的校准点，以满足量值的全量程覆盖，确保溯源校准的准确性、可靠性和适用性。

交流电压的量值溯源所选取的校准点一般为1 000 V、1 800 V、2 000 V、2 500 V、3 000 V、4 000 V、5 000 V；漏电流的量值溯源所选取的校准点一般为0.5 mA、l mA、2 mA、5 mA、10 mA、20 mA。为了消除因输出线间引起的电流泄漏即本底泄漏，进行测试时应保持输出端A、B、C、N处于开路状态。

绝缘电阻的量值溯源所选取的校准点一般为5 MΩ、10 MΩ、20 MΩ、50 MΩ、100 MΩ、200 MΩ、500 MΩ、1 000 MΩ。在测试过程中因输出端引线引起的误差对测量结果影响较大，为了消除引线的引入误差，测试前应先在输出端A、B、C、N处于短接状态下进行标准测试。

直流低电阻的量值溯源所选取的校准点一般为0.1 Ω、0.5 Ω、1 Ω、5 Ω、10 Ω、50 Ω、100 Ω、200 Ω、500 Ω、1 000 Ω、4 000 Ω。测试前应先在输出端A、B、C、N处于短接状态下进行标准测试。再分别对AB、AC、BC三个线路间的R1、R2、R3电阻进行校准。

匝间冲击的量值溯源所选取的校准点一般为整点：1 kV、1.5 kV、2 kV、2.5 kV、3 kV、3.5 kV、4.5 kV。考虑到匝间高压在电机各匝相间切换时，高压脉冲可能会由探头的低端串进到示波器，从而击穿示波器。因此在进行匝间冲击波形测量时，可通过直接测量测试系统内部的匝间冲击波形发生器的输出得到量值。

空载电参数的量值溯源包括电压、电流、功率、功率因数和频率，根据运行电机的具体情况，其电压和电流的量值溯源所选取的校准量程一般为60 V、100 V、220 V、380 V、500 V；0.1 A、0.5 A、1 A、10 A、40 A；功率因数的校准点一般取0.8C、0.5C、1.0、0.5L、0.8L；频率的校准点一般取45 Hz、50 Hz、55 Hz、60 Hz、65 Hz。功率量值的校准点由电压、电流和功率因素组合确定[5]。

2.4 参数量值的校准纠偏

在电机出厂综合测试系统溯源校准时，往往达不到其规定的准确度要求，因此在其溯源校准过程中，当实测量值与标准偏差不大时，可通过调整各参数的系数来纠正偏差。通常可以在C盘目录下找到电机出厂综合测试系统的安装目录“C：电机出厂”，在目录下有RES-CS.txt文件，此文件即为测试系统各参数的系数调整的文件。

以国内占有量较多的某款电机出厂综合测试系统为例，其系数调整文件如图3所示。其中R1～R6作为直流低电阻的调整系数，其各个量程分别为：0.002～0.02 Ω、0.02～0.2 Ω、0.2～2 Ω、2～20 Ω、20～200 Ω、200～2 000 Ω；MR是绝缘电阻的调整系数；SG是匝间冲击电压的调整系数；X1～X6作为泄漏电流的调整系数，通常满量程为100 mA，其各个量程分别为：0～2 mA、2～5 mA、5～10 mA、10～20 mA、20～50 mA、50～100 mA。

图3 测试系统各参数的系数调整文件

通过调整各参数的系数，能够对绝缘电阻测试、直流低电阻测试、工频耐压测试和匝间冲击测试进行调小幅纠差。而空载电参数测试则无法通过系数调整来纠正偏差，需要通过电路板上的电位器进行相应的硬件调节来实现。

3 结语

本文详细介绍了电机出厂综合测试系统的结构及其各测量单元的功能和工作原理，结合各参数的通用技术指标，根据实际生产技术要求，提出此类测试系统的溯源校准方法，推选合适的校准标准器和量值校准点，并介绍了系统量值的校准纠偏的方法。电机出厂综合测试系统量值溯源的校准，保证了参数量值的准确计量，满足了电机企业生产的需要。

[1]朱彦军.交流电机智能综合测试系统设计[J].机电工程，2012（2）：200-203.

[2]李鑫.基于嵌入式技术的电机综合测试系统[D].上海交通大学，2010.

[3]孟永奇，乔俊丽，曹维军，等.高压电机定子线圈匝间耐压试验方法探讨[J].船电技术，2015，35（7）：5-8.

[4]梁林.电机综合性能测试仪校准方法及调准[J].计量技术， 2012（6）：54-56.

[5]沈明炎，肖娜丽.电能功率现场测量方法的计量性能[J].上海计量测试，2014（4）：26-29.

Research on the traceability calibration of the integrated test system for the motor factory inspection

Shen Mingyan1，Yuan Weijie2，Xiao Nali1，Huang Changhao1

（1.Fujian Metrology Institute；2.Jiangxi Ruilin Electric Automation Co., Ltd）

The purpose of this article is to discuss the problem of traceability calibration of the integrated test system for the motor factory inspection.Based on the structure, function and principle of the integrated test system of the motor factory inspection, according to the technical indexes required for the factory inspection of the motor, select the appropriate calibration standard and standard equipment, combine the working principle of the test system and the required value of each parameter.The method of traceability calibration and the selection of the calibration point of the test system are described in detail, and the method of measuring the value correction of the test system in the calibration process is introduced.The calibration method proposed in this paper can solve the problem of traceability for this kind of the integrated test system and meet the measurement demand of the products of the production enterprise.

motor; factory inspection; test system; traceability; calibration