伺服電機加載測試系統(tǒng)是由電機測試行業(yè)國際領先的張力測控團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動器綜合特性測試。系統(tǒng)具有使用靈活，測試精準、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、質量認證、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、機器人伺服等領域。

　　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命令給到執(zhí)行機構。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)、轉速、溫度、頻率等;

　　2負載測試(針對被測電機開環(huán)控制下的測試)：

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

　　機械性能包含：電機運行轉速、扭矩、輸出功率、轉向;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定的轉速或額定電壓下，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，按設定的控制模式和設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定的額定電壓下，通過測試軟件讓測功機輸出設定負載，系統(tǒng)可調(diào)用工程設定好在某個負載的給被測產(chǎn)品設置的上下限，并判斷當前測量參數(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定的轉速或額定電壓下，測試軟件可根據(jù)工程師設定好的參數(shù)進行電流閉環(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定點轉速測試：

　　通過上位機軟件將被測電機運行在設定的轉速或額定電壓下，測試軟件可根據(jù)工程師設定好的參數(shù)進行轉速閉環(huán)控制，測試電機在不同轉速下的性能。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定的轉速或額定電壓下，測試軟件可根據(jù)工程師設定好的參數(shù)進行扭矩閉環(huán)控制，測試電機在空載加載到設定負載，并在設定負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，在平衡桿對應掛點上掛上砝碼，看其轉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;轉速;功率;溫度等。工作區(qū)用轉速和轉矩組成的二維平面坐標表示。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)堵轉轉矩”，“額定轉矩”和“最高允許轉速”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，額定轉速nN與額定轉矩TN的關系為：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，應降額使用。

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

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

　　連續(xù)工作區(qū)測試方法：

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

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

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

　　短時工作區(qū)測試方法：

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

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

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

　　5. 在額定轉速條件下，在5s之內(nèi)，轉矩從額定轉矩逐漸增加至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

　　額定轉矩：電機在額定功率和額定轉速下的輸出轉矩

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

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

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

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

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

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

　　3.2轉矩波動測試：

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

　　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速(0.1~20rpm 設定)穩(wěn)速旋轉，被測電機為了擺脫托控，會使用全部的轉矩力爭擺脫，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轉速波動測試：

　　國標定義：根據(jù)國標GB/T21418-2008定義了電機的轉速波動測試方法，試驗在電機空載條件下進行，系統(tǒng)輸入額定正反轉轉速指令(改變方向但不改變變量值)，測量電動機的正反轉速平均轉速nccw和ncw,按公式計算正反轉速差。系統(tǒng)在額定轉速，空載條件下運行，測量出電動機最大瞬態(tài)轉速和最低瞬態(tài)轉速，計算出轉速波動系數(shù)。瞬態(tài)轉速最大值為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)境應不受外界輻射及氣流影響。將被測電機運行在額定轉速條件下，通過功率分析儀或者模擬示波器讀取高精度轉速編碼器的值來計算轉速波動。

　　測量參數(shù)：轉速，時間等。

　　3.4轉矩變化的時間響應：

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

　　測試方法1：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應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)定后卸去該轉矩負載，記錄轉矩變化的時間響應曲線;繪制時間響應曲線圖。判斷其如下圖轉速曲線，隨著轉矩變化，轉速從突變開始到突變結束的時間定義為扭矩變化的時間響應。

　　測試方法2：將被測電機固定在試驗臺架上，試驗環(huán)境應不受外界輻射及氣流影響。系統(tǒng)控制被測電機做轉矩模式，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倍額定轉矩。記錄其扭矩變化的時間定義為扭矩變化的時間響應。

　　3.5轉速變化的時間響應：

　　國標定義：根據(jù)國標GB/T 21418-2008定義被測電機在空載零速條件下，系統(tǒng)(驅動器)輸入速度(轉速)階躍信號，轉速變化的時間響應過程中的響應時間，超調(diào)量和建立時間，應符合產(chǎn)品專用技術條件的規(guī)定。試驗方法使電動機處于空載零速狀態(tài)下，輸入對應額定轉速nN的階躍信號，記錄正階躍輸入的時間響應曲線，讀出響應時間，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轉速下，輸入信號階躍到零，記錄負階躍輸入的時間響應曲線，讀出響應時間，建立時間和瞬態(tài)超調(diào)并計算出超調(diào)量。改變電動機轉向重復上述試驗，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)境應不受外界輻射及氣流影響。系統(tǒng)控制被測電機做轉速模式，通過系統(tǒng)控制被測電機從空載加到額定轉速。記錄其發(fā)送信號到轉速穩(wěn)定的時間定義為轉速變化的時間響應。

　　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。

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

　　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(其幅值為額定轉速的0.01倍，1hz)，記錄電動機對應的轉速曲線。對應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)：在恒轉矩驅動下，空載轉速由 t=0 上升到 63.2%穩(wěn)定轉速所需的時間;

　　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到其最終值的 63.2%所需的時間

　　3.6反向電動勢：

　　國標定義：根據(jù)國標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)定的某一轉速n,用示波器觀測其波形，應符合技術要求。測取電機轉速為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速旋轉，測試并記錄被測電機驅動端在正反兩個方向在相同轉速下的輸出電壓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速旋轉，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)工程師設定好的參數(shù)，測試電機在不同轉速下，不同扭矩下的效率，并繪制出效率云圖。

　　3.8其他測試 ：

　　應用領域： 伺服電機加載性能測試廣泛應用于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)。