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从性能测试平台系统搭建的两种方案，了解永磁同步伺服电机设计
2018-05-14 11:05:41· 来源：伺服与运动控制
一、测功机测试平台适用于各类大中小型交、直流电机的测试。该测试系统由：闭环控制系统、测试信号采集系统、数据处理及显示系统、测试台架等组成。1、测功机：测功机又名测功器，是在测试电机功率时充当负载的仪器。主要分磁滞测功机、磁粉测功机和电涡流测功机。其原理是通过其控制器改变其励磁电流或激励电流来改变负载
一、测功机测试平台
适用于各类大中小型交、直流电机的测试。该测试系统由：闭环控制系统、测试信号采集系统、数据处理及显示系统、测试台架等组成。
1、测功机：
测功机又名测功器，是在测试电机功率时充当负载的仪器。主要分磁滞测功机、磁粉测功机和电涡流测功机。其原理是通过其控制器改变其励磁电流或激励电流来改变负载力矩。
2、系统介绍
整个测试平台主要由四个部分组成：一套伺服驱动器和永磁同步电机、相关参数的测量装置、测功机和工控计算机。
测试方法
搭建测试平台后，起动伺服驱动器向被测电机供电，使被测电机工作在速度模式下，然后根据测试要求调节测功机到指定负载。电参数测量装置可测得电机的电压、电流、功率因数和输入功率等参数。
温度测量装置通过安置在电机内部的或外表的温度传感器可测得电机绕组温度、轴承、编码器或电机外壳等的温度。测功机显示电机转速、转矩和输出功率等参数。可通过数据采集卡连接到工控计算机用相关软件对各测试数据进行采集和分析。
交、直流电机测试系统，分别包括空载测试、负载测试、堵转测试。在空载测试时，可以自动完成启动过程中转速的变化曲线，分析电机的启动特性；全面记录电机的机械特性及工作特性，具有方法科学、测量准确、自动化程度高等特点。
操作系统软件结合计算机进行数据采集和处理，提供了彩色图形曲线显示、数据表格打印、数据存储等功能，软件系统的开发和使用基于WINDOWS操作系统平台，具有友好的用户界面接口，操作非常简便，易学易用。
3、电机测试项目
1）电机空载自动采集测试：
A、额定电压时的空载电流I, 电压U 。
B、空载转速
2) 电机负载采样测试：
A、输入功率, 输入电流，输入电压
B、输出功率、扭矩、转速
3）电机堵转测试：实测转矩法。
二、对拖式测试平台
1、系统组成：
对拖式测试平台主要由四部分组成：两套伺服驱动器和永磁同步电机、相关参数的测量装置、转矩转速传感器和工控计算机。
2、测试方法：
搭建测试平台后，被测电机、转矩转速传感器和陪测电机之间的机械连接要保证足够的同轴度和机械稳定性，通常陪测端的电机和驱动器的功率等级要大于被测端的电机和驱动器。
起动陪测电机使其工作在速度模式下，拖动被测电机使其工作在发电状态下。再起动被测电机端的驱动器向被测电机供电，此时被测电机应工作在转矩模式（电流模式）下，且给定电流的方向应与被测电机旋转方向一致，此时转矩传感器显示的转矩数值即为此刻被测电机在该给定电流下的转矩。
电参数测量装置可测得电机的电压、电流、功率因数和输入功率等参数。温度测量装置通过安置在电机内部或外表的温度传感器可测得电机绕组温度、轴承、编码器或电机外壳等的温度。可在工控计算机上用相关软件对各测试数据进行采集和分析。
三、电机性能测试方案的比较
1、应用范围：
测功器由于受磁粉制动器的滑差功率的影响，使其只能用在转速较低的情况，中间需加装减速度机构才能同时满足被测电机输出功率和转速的要求。
系统配置需要经过严密的计算才能满足通用性的要求。对拖式测试平台可通过选择不同量程的转矩转速传感器来完成不同规格电机的测试。
2、平台的搭建和操作
测功机测试平台中，被测电机始终工作在电动状态下，属于“主动”旋转。而在对拖式测试平台中，被测电机和陪测电机既有工作在电动状态下的时候，同时有工作在发电状态下的时候，因此两端的伺服驱动器均需有足够容量的内置或外置的功率电阻，或者采取其他措施来保证能量的正常流动。平台的搭建和操作的复杂程度对拖测试平台要大于测功机测试平台。
3、能效性
测功机测试平台中，测功机作为电机负载，将消耗电机测试过程中产生的能量。因此能量的流动方向是：靠测功机本身无法有效消耗时，通常会有风冷或水冷装置来帮助测功机散热。对拖式测试平台通常有三种能量解决方式：能量消耗型；能量回馈型；对拖互馈型。
1）能量消耗型是在两端的伺服驱动器均连接足够容量的功率电阻，通过功率电阻的发热来消耗测试过程中产生的能量；
2）能量回馈型是指将电机测试产生的能量再回馈到电网，但回馈系统较复杂，通常也比较昂贵；
3）对拖互馈性是指两端的伺服驱动器共用直流母线或交流母线，将等设备的效率，大大提高电能利用率。
三、总结
通过对两类永磁同步伺服电机性能测试平台的比较，可看到测功机测试平台的搭建和操作较为简单，但磁粉制动器要经常维护，系统的配置要经过专业厂家设计和计算，适用功率和转速范围较狭窄。对拖式测试平台的适用范围较为灵活和广泛，且通过共用直流母线的方式，可大大提高测试系统的电能利用率。
适用于各类大中小型交、直流电机的测试。该测试系统由：闭环控制系统、测试信号采集系统、数据处理及显示系统、测试台架等组成。
1、测功机：
测功机又名测功器，是在测试电机功率时充当负载的仪器。主要分磁滞测功机、磁粉测功机和电涡流测功机。其原理是通过其控制器改变其励磁电流或激励电流来改变负载力矩。
2、系统介绍
整个测试平台主要由四个部分组成：一套伺服驱动器和永磁同步电机、相关参数的测量装置、测功机和工控计算机。
测试方法
搭建测试平台后，起动伺服驱动器向被测电机供电，使被测电机工作在速度模式下，然后根据测试要求调节测功机到指定负载。电参数测量装置可测得电机的电压、电流、功率因数和输入功率等参数。
温度测量装置通过安置在电机内部的或外表的温度传感器可测得电机绕组温度、轴承、编码器或电机外壳等的温度。测功机显示电机转速、转矩和输出功率等参数。可通过数据采集卡连接到工控计算机用相关软件对各测试数据进行采集和分析。
交、直流电机测试系统，分别包括空载测试、负载测试、堵转测试。在空载测试时，可以自动完成启动过程中转速的变化曲线，分析电机的启动特性；全面记录电机的机械特性及工作特性，具有方法科学、测量准确、自动化程度高等特点。
操作系统软件结合计算机进行数据采集和处理，提供了彩色图形曲线显示、数据表格打印、数据存储等功能，软件系统的开发和使用基于WINDOWS操作系统平台，具有友好的用户界面接口，操作非常简便，易学易用。
3、电机测试项目
1）电机空载自动采集测试：
A、额定电压时的空载电流I, 电压U 。
B、空载转速
2) 电机负载采样测试：
A、输入功率, 输入电流，输入电压
B、输出功率、扭矩、转速
3）电机堵转测试：实测转矩法。
二、对拖式测试平台
1、系统组成：
对拖式测试平台主要由四部分组成：两套伺服驱动器和永磁同步电机、相关参数的测量装置、转矩转速传感器和工控计算机。
2、测试方法：
搭建测试平台后，被测电机、转矩转速传感器和陪测电机之间的机械连接要保证足够的同轴度和机械稳定性，通常陪测端的电机和驱动器的功率等级要大于被测端的电机和驱动器。
起动陪测电机使其工作在速度模式下，拖动被测电机使其工作在发电状态下。再起动被测电机端的驱动器向被测电机供电，此时被测电机应工作在转矩模式（电流模式）下，且给定电流的方向应与被测电机旋转方向一致，此时转矩传感器显示的转矩数值即为此刻被测电机在该给定电流下的转矩。
电参数测量装置可测得电机的电压、电流、功率因数和输入功率等参数。温度测量装置通过安置在电机内部或外表的温度传感器可测得电机绕组温度、轴承、编码器或电机外壳等的温度。可在工控计算机上用相关软件对各测试数据进行采集和分析。
三、电机性能测试方案的比较
1、应用范围：
测功器由于受磁粉制动器的滑差功率的影响，使其只能用在转速较低的情况，中间需加装减速度机构才能同时满足被测电机输出功率和转速的要求。
系统配置需要经过严密的计算才能满足通用性的要求。对拖式测试平台可通过选择不同量程的转矩转速传感器来完成不同规格电机的测试。
2、平台的搭建和操作
测功机测试平台中，被测电机始终工作在电动状态下，属于“主动”旋转。而在对拖式测试平台中，被测电机和陪测电机既有工作在电动状态下的时候，同时有工作在发电状态下的时候，因此两端的伺服驱动器均需有足够容量的内置或外置的功率电阻，或者采取其他措施来保证能量的正常流动。平台的搭建和操作的复杂程度对拖测试平台要大于测功机测试平台。
3、能效性
测功机测试平台中，测功机作为电机负载，将消耗电机测试过程中产生的能量。因此能量的流动方向是：靠测功机本身无法有效消耗时，通常会有风冷或水冷装置来帮助测功机散热。对拖式测试平台通常有三种能量解决方式：能量消耗型；能量回馈型；对拖互馈型。
1）能量消耗型是在两端的伺服驱动器均连接足够容量的功率电阻，通过功率电阻的发热来消耗测试过程中产生的能量；
2）能量回馈型是指将电机测试产生的能量再回馈到电网，但回馈系统较复杂，通常也比较昂贵；
3）对拖互馈性是指两端的伺服驱动器共用直流母线或交流母线，将等设备的效率，大大提高电能利用率。
三、总结
通过对两类永磁同步伺服电机性能测试平台的比较，可看到测功机测试平台的搭建和操作较为简单，但磁粉制动器要经常维护，系统的配置要经过专业厂家设计和计算，适用功率和转速范围较狭窄。对拖式测试平台的适用范围较为灵活和广泛，且通过共用直流母线的方式，可大大提高测试系统的电能利用率。
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