伺服电机多功能综合性能测试平台系统的研制

时晓霞 李志林

（广州数控设备有限公司，广东广州510530）

0 引言

电机行业，伺服电机越来越朝着大功率、大力矩、高转速、动态响应好、机械特性好等要求发展。随着新能源领域的发展，纯电动自行车及纯电动汽车也实现快速发展，电动车行业利用高效率电机（永磁同步电机、无刷电机）和驱动器来实现节能环保的效果。电机新技术不断更新，对电机检测仪器的要求也随之越来越高。电机检测包括电机定子测试、电机生产线快速测试、电机出厂测试、电机性能测试，要求电机出厂测试系统的整体测试精度要高，速度要快，智能化程度要高。电机性能测试是全面分析电机综合性能的指标，针对电机性能测试需求，设计了一套多功能的伺服电机测试平台系统。

1 测试平台系统的架构

该测试平台使用HBM传感器（100 N·m），输出信号数据接入ET4100测控仪，可在测控仪及其软件中读取实时传感器采集的转速、转矩数据，同时也可以在HBM软件中采集数据及波形。这套系统将HBM软件、测控仪软件、功率分析仪软件全部集成为一体，整个测试平台的结构如图1所示。

图1 测试平台结构图

1.1 HBM传感器

为满足高精度的测试要求，特选用德国HBM最先进的盘式传感器，其精度为0.03，0～15 000 r/min全转速范围内都能准确测出扭矩和转速，而国产传感器精度一般为0.5，在转速低于200 r/min时，无法准确测试。本平台可以取代高速涡流机平台、低速磁粉机平台等两种对拖平台的功能，大大减少测试平台的数量、占地面积、投资成本和管理成本。本款传感器结构很特别，它由一个转盘和外圈组成，厂商的供货状态是：转盘和外圈是两个独立的个体，它们在结构上是完全分离、可自由移动的，在结构上没任何连接的部件。但传感器作为电机测试平台的关键仪器，它在平台上需要经常移动，且被测电机时常需要更换；传感器在测试平台上，不像装在其他机器设备上，装上了就永久不动，作为一个观测设备使用。

针对以上情况，对其结构作出了特别的设计，在不对HBM传感器做出任何损伤和变动的情况下，使之成为一个不受外力、外部因素影响的独立体，消除了联轴器、同轴度等因素对传感器的影响，还使传感器处于防尘、防护状态，同时它可以连接、对接不同型号、大小的电机。

1.2 西门子变频器

西门子变频器是由德国西门子公司研发、生产、销售的知名变频器品牌，主要用于控制和调节三相交流异步电机的速度，其以稳定的性能、丰富的组合功能、高性能的矢量控制技术、低速高转矩输出、良好的动态特性、超强的过载能力、创新的BiCo（内部功能互联）功能以及无可比拟的灵活性，在变频器市场占据着重要的地位。

加载系统采用全套德国西门子设备，用西门子同步电机实现加载（电机功率分别是0.85 kW、1.7 kW、3.24 kW、5.62 kW、15 kW）。根据不同的被测电机参数选择合适的测功机试验，系统配置扭矩传感器测试轴功率，输出连接加载控制器，加载控制器比较传感器输出的扭矩和转速与给定值后通过CAN总线控制变频器输出；同时，计算机通过另一条CAN总线与加载控制器通信，读取到转速和扭矩后通过计算机显示。

加载控制器测通过CAN总线对西门子S120变频器实行通信与控制，变频器输出控制变频电机转矩和转速大小，可进行开环和闭环控制；琴台柜控制面板的分闸、合闸按钮只对变频器的AC 380 V电源进行手动通断控制，与电力测功机电气柜门上的分、合闸按钮功能相同。

1.3 机械部分

机械部分分为四大块：平台、被测电机装置、加载电机装置、传感器装置。被测电机装置、加载电机装置、传感器装置都安装在平台上，它们都可以在平台上任意移动或移开，但被测电机装置、加载电机装置、传感器装置在平台上同轴度永恒保持不变。被测电机装置、加载电机装置、传感器装用弹性联轴器连接。

2 参数配置

（1）测试平台系统的规格参数及性能指标如表1所示。

表1 参数指标

（2）测试项目如表2所示。

表2 测试平台系统能够完成的测试项目

3 软件操作界面

本测试平台配置能完成伺服电机多种性能测试，操作简单、易学、人机界面友好，如图2所示。

图2 测试平台系统操作界面

本电机综合性能测试系统使用过程中，有一部分实验需要单独用到HBM传感器的软件，比如驱动单元动态响应相关测试、电机转矩波动测试、电机齿槽转矩测试等。

4 结语

本套测试平台系统响应速度快，可精确到0.25 ms；测试平台上各装置的轴中心能自动对中；测试平台的电机安装支架具有通用性和互换性，能快捷地安装不同规格的止口式、地脚式电机，止口式电机在电机支架上安装好后，能自动调节与平台的传感器、加载设备的轴同心度。本套测试平台实用性非常强，满足了伺服电机性能测试的需求。

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