基于集成化测试仪的电机静态性能自动测试技术

高堇頔，朱升贺，刘思远，赵萌，甘月，梁涛

（南京晨光集团有限责任公司，南京 210006）

引言

无刷直流电机是伺服作动器最重要的执行机构之一[1,2]，电机测试是电机性能和质量综合评价中重要的一环，即利用标准仪器、仪表以及工装，对电机的静态性能（直流电阻、绝缘电阻以及导通电阻）进行测试，由此判断电机是否符合技术要求，降低伺服作动器整机装配风险[3-6]。

国内外对静态测试技术开展大量研究，实现了直流电阻、绝缘电阻以及导通电阻的自动测试以及数据的快速采集与处理。张怡文[7]基于LabVIEW 语言开发了高适配度通用化导通绝缘测试仪，可实现一键式全自动测试。李苹慧[8]研究了航空整机电缆自动测试系统，实现了飞机电缆的导通测试、绝缘测试和串线测试。丁永恒[9]提出了一种连接器导通绝缘耐压自动测试系统设计方案，基于CAN 总线的通道切换模块进行测试通道的选择，可实现一键式全自动测试。美国DIT-MCO 公司研发的柔性自动电缆测试仪，可配合计算机网络应用于飞机电缆完整性检测，实现测试数据交互共享[10]。

以上研究主要针对电缆和连接器开展了自动测试技术研究，缺少在电机自动化测试领域的应用。因此本文基于LabVIEW 语言和模块化设计思路，开发了适用于伺服电机的静态性能自动测试系统，以提升电机静态性能测试范围和工艺质量，满足大批量电机的快速静态测试需求，实现伺服作动器性能风险排查需求，并探索电机边界性能测试方法。

1 系统组成及工作原理

测试系统包括初始化模块、测试模块、数据管理模块（如图1），集成为一台电机静态性能测试仪。初始化模块主要完成各个硬件模块的初始化以及自检；测试模块完成导通电阻、直流电阻、绝缘电阻的测试；数据管理模块完成数据的存储和报表输出。

测试仪采用上下位机形式，上位机为包含人机交互软件的工控机，下位机为测试仪电控部分，包含机箱、电源、电阻测试模块、系统切换模块、继电器阵列、线缆以及测控软件等。测试仪单次最大可进行128 通道测试。

如图2，工控机通过通讯接口与线材综合测试仪、微电阻计进行通信，发出初始化指令，同时配置测试参数。随后通过系统切换模块，指示继电器阵列切换至目标接口，测试准备完成。在接收到工控机发出的测试开始指令后，线材综合测试仪开进行导通电阻、绝缘电阻测试，微电阻计则进行直流电阻测试，并将测试数据回传至上位机。最后，数据管理模块将对回传结果进行合格性判读，并生产完整的测试报表，完成测试。

图2 测试仪原理示意图

2 测试仪计量校准

2.1 计量结果分析

电机静态性能自动化测试方案通过上下位机形式实现集成化测试，通过标准器计量对测试精度指标进行考核。利用校准用标准器直流电阻箱，直流高阻箱，直流数字电压表，对电气性能测试仪进行校准，计量结果见图3~7。

图3 导通电阻计量数据

图4 直流电阻计量数据

图6 绝缘电阻计量数据（500 V）

图7 绝缘电阻计量数据（100 V）

经计算及分析，导通电阻测试0.1 Ω 计量点最大相对误差6.10 %，1 Ω 计量点最大相对误差2.10 %，10 Ω 计量点最大相对误差0.80 %。直流电阻测试50 mΩ 计量点最大相对误差5.52 %，0.1 Ω 计量点最大相对误差3.90 %，1 Ω 计量点最大相对误差1.24 %，10 Ω 计量点最大相对误差0.28 %。500 V 绝缘电阻测试100 MΩ 计量点最大相对误差0.60 %，500 MΩ 计量点最大相对误差3.48 %。100 V 绝缘电阻测试50 MΩ计量点最大相对误差1 %，100 MΩ 计量点最大相对误差0.60 %。直流高压电压100 V 计量点最大相对误差2.70 %，500 V 计量点最大相对误差0.58 %。

根据校准结果，直流电阻、导通电阻、绝缘电阻和直流高压电压校准数据均满足技术指标要求（见表1），电气性能测试仪计量合格。

表1 电机静态性能测试精度指标

2.2 不合格甄别测试

2.2.1 导通电阻

为验证导通电阻测试结果判读的准确性，使用导通电阻超差电机，针对不合格线路X1（7，8）和线路X2（1，2），对比超差电机与合格电机导通电阻的测试结果，具体数据及判读结果见表2。

表2 导通电阻测试结果对比

该结果证明测试仪对于不符合指标的测试结果可以进行正确判读，具备直流电阻测试中不符合结果的甄别能力。

第三，可以结合实际情况，如刘鸿宇所建议一样，建立合理的农村订单定向医学生的退出和转入机制。[15]对于进入农村订单定向计划的医学生进行过程性评价，建立评估制度，学业不达标者实行退出制度，并从临床医学专业发布公告招收符合条件的新的生源进行补充。

2.2.2 直流电阻

为验证测试仪直流电阻测试结果判读的准确性，使用直流电阻超差的工艺电机，测试数据及判读结果见表3。

表3 直流电阻测试结果对比

该结果证明测试仪对于不符合指标的测试结果可以进行正确判读，具备导通电阻测试中不符合结果的甄别能力。

2.2.3 绝缘电阻

为验证测试仪绝缘电阻测试结果判读的准确性，使用与电机绝缘电阻测量相同的程序，在待测脚位两端连接50 MΩ 的电阻进行测试，测试结果见表4。

表4 直流电阻测试结果对比

表5 导通电阻测试节点定义

表6 直流电阻测试节点定义

表7 100 V 绝缘电阻测试节点定义

表8 500 V 绝缘电阻测试节点定义

该测试针对于绝缘电阻测试项目，测试仪对于不符合指标的测试结果判读正确，能识别不符合指标的50 MΩ 电阻，具有不符合结果的甄别能力。

综上，测试仪可识别不合格测试结果并准确进行数据判读，对各项目开展的不合格甄别测试均满足要求。

3 测试数据对比及分析

电机性能快速测试的实现通过工艺对比测试进行验证，分别使用该自动测试仪和单一标准仪器对电机进行测试，根据实际测试数据、测试效果以及被测电机状态进行分析，验证该方案满足功能性要求。

3.1 导通电阻

针对该电机的导通电阻，静态测试仪三次测试结果具有高重复性。对比其平均值和微电阻计测试结果（如图8），两者最大差值为1.7 mΩ，最小差值为0.2 mΩ，相对误差（1.16~3.70）%，均小于5 %。

图8 导通电阻对比测试

3.2 直流电阻

针对该电机的直流电阻，静态测试仪三次测试结果具有高重复性，对比其平均值和微电阻计测试结果（如图9），两者最大差值为1.23 mΩ，最小差值为0.785 mΩ，相对误差在（0.15~0.24）%之间，小于2 %。

图9 直流电阻对比测试

3.3 绝缘电阻

因手摇式兆欧表无法读取具体数值，针对绝缘电阻的对比测试主要进行复测一致性分析。

针对电机的绝缘电阻测试结果（如图10、图11），经比较，三组静态测试仪测量结果具有较高重复性，且与兆欧表结果均判断为合格，结果一致。

图10 100 V 绝缘电阻对比测试

图11 500 V 绝缘电阻对比测试

3.4 测试接口

电机静态性能测试仪配套128 通道的标准化通用测试接口，为引出线连接形式不同的电机分别设计转接电缆，可满足各型电机多种接口的测试需求；同时该测试仪配备USB 接口和自适应网口，具备测试数据采集、接入工控网、上传测试结果的功能。

4 结论

本文以电机静态性能测试中各项目为研究对象，基于LabVIEW 语言和模块化设计，集成导通电阻、直流电阻和绝缘电阻测试功能，开发出一台电机静态性能测试仪。对测试仪开展校准计量、工艺对比测试以及不合格电机甄别测试，结合电机实际测试情况进行分析并改进。结果表明，该测试仪校准精度满足技术要求，使用电机实测数据具有良好的一致性，与手工测试方法对比误差小，还具备不合格数据识别以及自动生成报表的能力。经实际应用，电机静态性能测试效率提升4 倍，证明该种集成化、自动化测试技术功能完备、高效可行。