测试平台高精度测功机系统

　电机测试系统的缘起　　总所周知，电机是一种电气和机械的融合结晶，要评价一款电机的性能，往往需要综合很多试验项目的结果去评估。一般一款电机从研发到生产之间，需要经历型式试验（研发、中试、质检）和生产试验（出厂）两个阶段，且根据电机种类、应用行业的不同，合共会包含十余种甚至几十种试验项目（如下图）。　　既然电机的试验项目这么多，那么对应的也需要很多的测试仪器或设备去完成各个项目的测试。像电压、电流、功率的采集需要用到电参数测试仪；转速、扭矩的采集需要用对应的传感器；测试过程中为了让电机运行在不同的工况下，还必须添加机械负载；测试完成后，还需要人工去处理数据，绘制曲线……这一切对于测试人员来说可谓相当复杂和麻烦，有没有一劳永逸的测试解决方案呢？

　　测功机的诞生　　既然行业有需求，市场就会有对应的产品诞生。测试设备厂家发现，电机的试验大部分都要处于负载状态下进行测试的，并且随着嵌入式技术的日渐发展，对传感器和仪器的通信与控制越来越便捷，于是他们测试仪器、传感器、机械加载系统做了一次融合——初步意义上的测试系统，测功机，诞生了。　　测功机的构造很简单，由一个机柜和测试台架组成，其中测试台架又常称作测功头，一般是指扭矩转速传感器和制动器做成一体的款式。测试台架包括安装底座、扭矩转速传感器、机械负载（制动器）；机柜包括电参数测试仪、电机测试仪、测功机控制器、电源等，各部件功能如下：　　l 安装底座——用于被试电机的安装固定；　　l 扭矩转速传感器——用于被试电机的转速、扭矩采集；　　l 机械负载——一般使用制动器，也有使用电机的，用于对被试电机提供反向的旋转力矩，吸收被试电机运行时的功率，实现被试电机的“加载”，模拟其实际运行的工况；　　l 电参数测试仪——用于被试电机电压、电流、电功率等电参数的采集和显示；　　l 电机测试仪——用于采集扭矩转速传感器的输出信号并以数字显示被试电机的转速、扭矩、机械功率；　　l 测功机控制器——用于控制机械负载输出不同的扭矩；　　l 电源——用于系统和被试电机的供电。　　对于用户来说，测功机解决了最麻烦的问题——加载和数据采集，但对于测试结果的处理还是需要人工去完成。从需求层面来分析就是以下的图：　　实际上，基于测功机做电机试验的话，速度还是很慢的，于是就有了下一代的产品——电机测试系统。

　　一套电机测试系统的自我修养　　一套理想的电机测试系统，在进行每一个测试项目时，测试人员只需要关注输入量（设定测试环境参数），就可以获得输出量（测试结果及报表）。于是测功机又做了一次华丽升级，通过引入PLC和工控机，实现了控制、加载、测量的自动化：　　至此，电机测试系统的基本框架已经发展成熟。当前应用最普及的就是这类电机测试系统，但由于用户的使用习惯，很多名字还是继续保持唤作“测功机”。此类系统已经能满足大部分常见电机的常规测试项目需求。

　　行业化与专业化的未来　　当前电机测试系统的基本框架已经成熟，那么下一步的发展方向该走向何方？我们回头分析一下电机这一个测试对象。电机的家族是很庞大的，正如文章前面说的，不同种类的电机是具备不同的特性，需要关注的性能点是不一样的。像伺服电机关注其控制的线性度和控制速度、家电电机关注其效率、电动汽车电机关注其功率密度和高效区……未来，电机测试系统也要跟随不同的电机行业应用进行测试功能的补充和完善。　　

凭借在功率分析、电机测量领域的深入理解、与长久积累，融合仪器设计与系统集成的理念，ZLG致远电子打破了传统测功机的性能瓶颈，推出MPT系列电机测试系统，可为用户打造最专业的行业化电机测试解决方案，最大限度地满足当下以及未来行业用户对电机的测试需求。

在汽车，机械出厂时都需要经过测功机的检测，因此，测功机的选择一直是研究院，科研院所最头疼的事，怎么才能挑选出来合适的测功机呢，测功机选择的五大注意事项，你知道吗？

1、在交直流电机和电动工具试验中，常常使用到测功机这种测试设备，测功机主要测试电机的转矩、转速、输出功率。

但是不是每一台测功机都能满足所有的电机测试要求的，主要考虑三个方面的因素：

第一，扭矩测试范围，测功机的转矩通常是不能超过的最大转矩值，如果短时内即把试验全部完成，一般不会有太大的题。

第二，转速测试范围，测功机的转速通常是不能超过的承受的最大转速，如果长时间超速使用会大大缩短测功机的使用寿命，特别是机械磨损。

第三，测功机上通常所标的功率是指测功机所能吸收的功率，因为一般的测功机（磁滞、磁粉、电涡流测功机是靠吸收热量达到能量的消耗）即被测交直流电机或电动工具的输出功率。严格地来说，这个指标也是不能超过的，否则测功机很容易就会因为热量散不出去被烧坏；

2、 测功机 的选择要不但要满足转速、转矩、功率三个主要技术指标，还要看看是不是符合测试的具体要求，一般电机都需要测试空载转速、空载损耗、堵转转矩等参数，也是需要着重考虑的！

3、在测功机的选择时，最好电机所有的测试数据都在测功机性能参数的30%~90%之间。因为测功机在这个区间的测试精度是最有保证的,主要分三个部分：测功机机械部分、转速转矩传感器精度范围、转速转矩功率测量仪显示精度。

4、通常用到的测功机主要有以下的分类：磁滞测功机、磁粉测功机、异步测功机（电力测功机）、涡流测功机及不太常用的测功机（永磁同步电机、伺服电机等）。

测功机按能达到的转速高低排序为：涡流测功机、异步测功机、磁滞测功机、磁粉测功机；

（1）涡流测功机、异步测功机不能将电机或电动工具做到堵转，但其转速上限却很高，通常20000~30000RPM；转矩也可以做到很大。电涡流测功机由感应子（转子）、电枢及励磁绕组、转矩、转速传感器、底板等组成，当感应子被电动机驱动旋转时，气隙磁通密度随感应子的旋转而发生周期性变化。因此，在涡流环表面及一定深度内感生涡流电动势，并产生涡流，该涡流所产生的磁场又与气隙磁场相互作用，产生制动力矩。改变定子的励磁电流，可以调节被测动力机械的转矩。适用于高转速、大功率动力机械的转矩和功率测量，尤其适用于动力机械的仿真寿命试验及温升试验，如串激电机、电动工具及大功率电机。

（2）磁滞测功机转速一般为20000转以下，但其可以做到堵转，不过功率不太大；转矩一般为20Nm以下。磁滞测功机由带齿极定子、空心磁滞杯转子、激磁线图、支架、底板等组成，当磁滞测功机内部线圈通过电流时产生磁力线，并形成磁回路二产生转矩，改变励磁电流即可改变负载力矩。适用于中小力矩而转速较高的电机测试，如异步电机、小功率直流电机、串激电机及电动工具行业等。

（3）磁粉测功机的转速较低，通常1500~5000RPM，但转矩可以做大，电机也可以做到堵转。磁粉测功机是由定子、实心转子、激磁线圈、磁粉介质、支架、底板等组成，当磁粉测功机内部线圈通过电流时产生磁场，使内部磁粉按磁力线排成磁链，由磁粉链产生拉力变为阻止转子旋转的阻力，该力即为负载力矩。改变激磁电流即可改变负载力矩。适用于大力矩而转速较低的场合。

5、通常异步测功机不需要水冷却，仅风冷即可；涡流测功机、磁滞测功机、磁粉测功机则需要水冷和风冷同时进行，也有些小功率的磁滞测功机不需要水冷也能满足测试要求；测功机在使用过程中，一定要开启冷却功能。