基于集成化測試儀的電機靜態(tài)性能自動測試技術(shù)

高堇頔，朱升賀，劉思遠(yuǎn)，趙萌，甘月，梁濤

（南京晨光集團(tuán)有限責(zé)任公司，南京 210006）

引言

無刷直流電機是伺服作動器最重要的執(zhí)行機構(gòu)之一[1,2]，電機測試是電機性能和質(zhì)量綜合評價中重要的一環(huán)，即利用標(biāo)準(zhǔn)儀器、儀表以及工裝，對電機的靜態(tài)性能（直流電阻、絕緣電阻以及導(dǎo)通電阻）進(jìn)行測試，由此判斷電機是否符合技術(shù)要求，降低伺服作動器整機裝配風(fēng)險[3-6]。

國內(nèi)外對靜態(tài)測試技術(shù)開展大量研究，實現(xiàn)了直流電阻、絕緣電阻以及導(dǎo)通電阻的自動測試以及數(shù)據(jù)的快速采集與處理。張怡文[7]基于LabVIEW 語言開發(fā)了高適配度通用化導(dǎo)通絕緣測試儀，可實現(xiàn)一鍵式全自動測試。李蘋慧[8]研究了航空整機電纜自動測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了飛機電纜的導(dǎo)通測試、絕緣測試和串線測試。丁永恒[9]提出了一種連接器導(dǎo)通絕緣耐壓自動測試系統(tǒng)設(shè)計方案，基于CAN 總線的通道切換模塊進(jìn)行測試通道的選擇，可實現(xiàn)一鍵式全自動測試。美國DIT-MCO 公司研發(fā)的柔性自動電纜測試儀，可配合計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于飛機電纜完整性檢測，實現(xiàn)測試數(shù)據(jù)交互共享[10]。

以上研究主要針對電纜和連接器開展了自動測試技術(shù)研究，缺少在電機自動化測試領(lǐng)域的應(yīng)用。因此本文基于LabVIEW 語言和模塊化設(shè)計思路，開發(fā)了適用于伺服電機的靜態(tài)性能自動測試系統(tǒng)，以提升電機靜態(tài)性能測試范圍和工藝質(zhì)量，滿足大批量電機的快速靜態(tài)測試需求，實現(xiàn)伺服作動器性能風(fēng)險排查需求，并探索電機邊界性能測試方法。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

測試系統(tǒng)包括初始化模塊、測試模塊、數(shù)據(jù)管理模塊（如圖1），集成為一臺電機靜態(tài)性能測試儀。初始化模塊主要完成各個硬件模塊的初始化以及自檢；測試模塊完成導(dǎo)通電阻、直流電阻、絕緣電阻的測試；數(shù)據(jù)管理模塊完成數(shù)據(jù)的存儲和報表輸出。

測試儀采用上下位機形式，上位機為包含人機交互軟件的工控機，下位機為測試儀電控部分，包含機箱、電源、電阻測試模塊、系統(tǒng)切換模塊、繼電器陣列、線纜以及測控軟件等。測試儀單次最大可進(jìn)行128 通道測試。

如圖2，工控機通過通訊接口與線材綜合測試儀、微電阻計進(jìn)行通信，發(fā)出初始化指令，同時配置測試參數(shù)。隨后通過系統(tǒng)切換模塊，指示繼電器陣列切換至目標(biāo)接口，測試準(zhǔn)備完成。在接收到工控機發(fā)出的測試開始指令后，線材綜合測試儀開進(jìn)行導(dǎo)通電阻、絕緣電阻測試，微電阻計則進(jìn)行直流電阻測試，并將測試數(shù)據(jù)回傳至上位機。最后，數(shù)據(jù)管理模塊將對回傳結(jié)果進(jìn)行合格性判讀，并生產(chǎn)完整的測試報表，完成測試。

圖2 測試儀原理示意圖

2 測試儀計量校準(zhǔn)

2.1 計量結(jié)果分析

電機靜態(tài)性能自動化測試方案通過上下位機形式實現(xiàn)集成化測試，通過標(biāo)準(zhǔn)器計量對測試精度指標(biāo)進(jìn)行考核。利用校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器直流電阻箱，直流高阻箱，直流數(shù)字電壓表，對電氣性能測試儀進(jìn)行校準(zhǔn)，計量結(jié)果見圖3~7。

圖3 導(dǎo)通電阻計量數(shù)據(jù)

圖4 直流電阻計量數(shù)據(jù)

圖6 絕緣電阻計量數(shù)據(jù)（500 V）

圖7 絕緣電阻計量數(shù)據(jù)（100 V）

經(jīng)計算及分析，導(dǎo)通電阻測試0.1 Ω 計量點最大相對誤差6.10 %，1 Ω 計量點最大相對誤差2.10 %，10 Ω 計量點最大相對誤差0.80 %。直流電阻測試50 mΩ 計量點最大相對誤差5.52 %，0.1 Ω 計量點最大相對誤差3.90 %，1 Ω 計量點最大相對誤差1.24 %，10 Ω 計量點最大相對誤差0.28 %。500 V 絕緣電阻測試100 MΩ 計量點最大相對誤差0.60 %，500 MΩ 計量點最大相對誤差3.48 %。100 V 絕緣電阻測試50 MΩ計量點最大相對誤差1 %，100 MΩ 計量點最大相對誤差0.60 %。直流高壓電壓100 V 計量點最大相對誤差2.70 %，500 V 計量點最大相對誤差0.58 %。

根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果，直流電阻、導(dǎo)通電阻、絕緣電阻和直流高壓電壓校準(zhǔn)數(shù)據(jù)均滿足技術(shù)指標(biāo)要求（見表1），電氣性能測試儀計量合格。

表1 電機靜態(tài)性能測試精度指標(biāo)

2.2 不合格甄別測試

2.2.1 導(dǎo)通電阻

為驗證導(dǎo)通電阻測試結(jié)果判讀的準(zhǔn)確性，使用導(dǎo)通電阻超差電機，針對不合格線路X1（7，8）和線路X2（1，2），對比超差電機與合格電機導(dǎo)通電阻的測試結(jié)果，具體數(shù)據(jù)及判讀結(jié)果見表2。

表2 導(dǎo)通電阻測試結(jié)果對比

該結(jié)果證明測試儀對于不符合指標(biāo)的測試結(jié)果可以進(jìn)行正確判讀，具備直流電阻測試中不符合結(jié)果的甄別能力。

第三，可以結(jié)合實際情況，如劉鴻宇所建議一樣，建立合理的農(nóng)村訂單定向醫(yī)學(xué)生的退出和轉(zhuǎn)入機制。[15]對于進(jìn)入農(nóng)村訂單定向計劃的醫(yī)學(xué)生進(jìn)行過程性評價，建立評估制度，學(xué)業(yè)不達(dá)標(biāo)者實行退出制度，并從臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)發(fā)布公告招收符合條件的新的生源進(jìn)行補充。

2.2.2 直流電阻

為驗證測試儀直流電阻測試結(jié)果判讀的準(zhǔn)確性，使用直流電阻超差的工藝電機，測試數(shù)據(jù)及判讀結(jié)果見表3。

表3 直流電阻測試結(jié)果對比

該結(jié)果證明測試儀對于不符合指標(biāo)的測試結(jié)果可以進(jìn)行正確判讀，具備導(dǎo)通電阻測試中不符合結(jié)果的甄別能力。

2.2.3 絕緣電阻

為驗證測試儀絕緣電阻測試結(jié)果判讀的準(zhǔn)確性，使用與電機絕緣電阻測量相同的程序，在待測腳位兩端連接50 MΩ 的電阻進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表4。

表4 直流電阻測試結(jié)果對比

表5 導(dǎo)通電阻測試節(jié)點定義

表6 直流電阻測試節(jié)點定義

表7 100 V 絕緣電阻測試節(jié)點定義

表8 500 V 絕緣電阻測試節(jié)點定義

該測試針對于絕緣電阻測試項目，測試儀對于不符合指標(biāo)的測試結(jié)果判讀正確，能識別不符合指標(biāo)的50 MΩ 電阻，具有不符合結(jié)果的甄別能力。

綜上，測試儀可識別不合格測試結(jié)果并準(zhǔn)確進(jìn)行數(shù)據(jù)判讀，對各項目開展的不合格甄別測試均滿足要求。

3 測試數(shù)據(jù)對比及分析

電機性能快速測試的實現(xiàn)通過工藝對比測試進(jìn)行驗證，分別使用該自動測試儀和單一標(biāo)準(zhǔn)儀器對電機進(jìn)行測試，根據(jù)實際測試數(shù)據(jù)、測試效果以及被測電機狀態(tài)進(jìn)行分析，驗證該方案滿足功能性要求。

3.1 導(dǎo)通電阻

針對該電機的導(dǎo)通電阻，靜態(tài)測試儀三次測試結(jié)果具有高重復(fù)性。對比其平均值和微電阻計測試結(jié)果（如圖8），兩者最大差值為1.7 mΩ，最小差值為0.2 mΩ，相對誤差（1.16~3.70）%，均小于5 %。

圖8 導(dǎo)通電阻對比測試

3.2 直流電阻

針對該電機的直流電阻，靜態(tài)測試儀三次測試結(jié)果具有高重復(fù)性，對比其平均值和微電阻計測試結(jié)果（如圖9），兩者最大差值為1.23 mΩ，最小差值為0.785 mΩ，相對誤差在（0.15~0.24）%之間，小于2 %。

圖9 直流電阻對比測試

3.3 絕緣電阻

因手搖式兆歐表無法讀取具體數(shù)值，針對絕緣電阻的對比測試主要進(jìn)行復(fù)測一致性分析。

針對電機的絕緣電阻測試結(jié)果（如圖10、圖11），經(jīng)比較，三組靜態(tài)測試儀測量結(jié)果具有較高重復(fù)性，且與兆歐表結(jié)果均判斷為合格，結(jié)果一致。

圖10 100 V 絕緣電阻對比測試

圖11 500 V 絕緣電阻對比測試

3.4 測試接口

電機靜態(tài)性能測試儀配套128 通道的標(biāo)準(zhǔn)化通用測試接口，為引出線連接形式不同的電機分別設(shè)計轉(zhuǎn)接電纜，可滿足各型電機多種接口的測試需求；同時該測試儀配備USB 接口和自適應(yīng)網(wǎng)口，具備測試數(shù)據(jù)采集、接入工控網(wǎng)、上傳測試結(jié)果的功能。

4 結(jié)論

本文以電機靜態(tài)性能測試中各項目為研究對象，基于LabVIEW 語言和模塊化設(shè)計，集成導(dǎo)通電阻、直流電阻和絕緣電阻測試功能，開發(fā)出一臺電機靜態(tài)性能測試儀。對測試儀開展校準(zhǔn)計量、工藝對比測試以及不合格電機甄別測試，結(jié)合電機實際測試情況進(jìn)行分析并改進(jìn)。結(jié)果表明，該測試儀校準(zhǔn)精度滿足技術(shù)要求，使用電機實測數(shù)據(jù)具有良好的一致性，與手工測試方法對比誤差小，還具備不合格數(shù)據(jù)識別以及自動生成報表的能力。經(jīng)實際應(yīng)用，電機靜態(tài)性能測試效率提升4 倍，證明該種集成化、自動化測試技術(shù)功能完備、高效可行。