本發(fā)明屬于電機(jī)測(cè)試領(lǐng)域，具體涉及一種基于能量轉(zhuǎn)換的伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)電機(jī)性能和質(zhì)量指標(biāo)提出了越來越高的要求，電機(jī)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展與電機(jī)工業(yè)的發(fā)展是密切相關(guān)的。電機(jī)試驗(yàn)是對(duì)電機(jī)裝配質(zhì)量及技術(shù)性能綜合評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)，是電機(jī)制造和生產(chǎn)的重要工序。傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備和方法由于操作時(shí)間長，需觀測(cè)的儀器多，人工讀取測(cè)試數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、計(jì)算，在一定程度上影響了電機(jī)試驗(yàn)的質(zhì)量和精度。隨著目前電機(jī)設(shè)計(jì)水平、工藝水平的進(jìn)一步提升，以及電機(jī)原材料的性能不斷提高，電機(jī)的性能和質(zhì)量指標(biāo)有了很大的提高。因此，對(duì)電機(jī)測(cè)試技術(shù)的要求也日益提高，伺服電機(jī)亦如此；并且傳統(tǒng)的適用于電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備無法 進(jìn)行高速能量轉(zhuǎn)換，難以滿足電機(jī)進(jìn)行高速發(fā)電和電動(dòng)切換，且瞬間吸收和釋放較大能量的工作需要。

因此,需要提供一種更加高效的伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于能量轉(zhuǎn)換的伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，使得電機(jī)的控制精度更高、響應(yīng)速度更快。

一種基于能量轉(zhuǎn)換的伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng),所述伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)包括工控計(jì)算機(jī)和分別與所述工控計(jì)算機(jī)連接的被測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源、數(shù)據(jù)采集模塊、功率分析儀、負(fù)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述被測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊的另一端連接至被測(cè)電機(jī)，所述功率分析儀連接至所述轉(zhuǎn)速扭矩驅(qū)動(dòng)器、所述負(fù)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別連接至負(fù)載電機(jī)和能量回饋式負(fù)載，所述功率分析儀與所述被測(cè)電機(jī)電連接;所述能量回饋式負(fù)載為能量轉(zhuǎn)換裝置，所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括能量釋放裝置和能量吸收裝置；所述能量釋放裝置與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線并聯(lián)，并連接外部?jī)?chǔ)能裝置，用于在所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線上的電壓變化，將所述外部?jī)?chǔ)能裝置中儲(chǔ)存的電能傳輸至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中；所述能量吸收裝置與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線并聯(lián)，并連接所述外部?jī)?chǔ)能裝置，用于在所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，根據(jù)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線上的電壓變化，將所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的電能傳輸至所述外部?jī)?chǔ)能裝置中。

優(yōu)選地，所述伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)包括測(cè)試模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和報(bào)表導(dǎo)出模塊。

優(yōu)選地，所述測(cè)試模塊包括自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)測(cè)試。

優(yōu)選地，所述自動(dòng)測(cè)試包括自動(dòng)轉(zhuǎn)速測(cè)試和自動(dòng)扭矩測(cè)試。

本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果：

本發(fā)明提供的一種基于能量轉(zhuǎn)換的伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)的電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器分析儀采用3張功率板卡用于測(cè)試被測(cè)電機(jī)的輸入電參數(shù)，電機(jī)測(cè)試板卡用于測(cè)試電機(jī)輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，伺服電機(jī)達(dá)到控制精度高、響應(yīng)速度快的效果，電機(jī)的性能和質(zhì)量指標(biāo)有了很大的提高，并且放電速度快、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)；其中的能量轉(zhuǎn)換裝置，通過檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線上的電壓，采用能量釋放裝置和能量吸收裝置分別工作在電動(dòng)和發(fā)電兩個(gè)不同的環(huán)節(jié)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)提供能量，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)吸收能量。其實(shí)現(xiàn)了電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和外部?jī)?chǔ)能裝置之間的高速能量轉(zhuǎn)換，滿足電機(jī)進(jìn)行高速發(fā)電和電動(dòng)切換，且瞬間吸收和釋放較大能量的工作需要。

附圖說明

下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明一種基于能量轉(zhuǎn)換的伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。

具體實(shí)施方式

為了清楚了解本發(fā)明的技術(shù)方案，將在下面的描述中提出其詳細(xì)的結(jié)構(gòu)。顯然，本發(fā)明實(shí)施例的具體施行并不足限于本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習(xí)的特殊細(xì)節(jié)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述如下，除詳細(xì)描述的這些實(shí)施例外，還可以具有其他實(shí)施方式。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

結(jié)合圖1，一種基于能量轉(zhuǎn)換的伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng),所述伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)包括工控計(jì)算機(jī)和分別與所述工控計(jì)算機(jī)連接的被測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源、數(shù)據(jù)采集模塊、功率分析儀、負(fù)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所述被測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電連接，所述數(shù)據(jù)采集模塊的另一端連接至被測(cè)電機(jī)，所述功率分析儀連接至所述轉(zhuǎn)速扭矩驅(qū)動(dòng)器、所述負(fù)載電機(jī)驅(qū)動(dòng)器分別連接至負(fù)載電機(jī)和能量回饋式負(fù)載，所述功率分析儀與所述被測(cè)電機(jī)電連接; 所述能量回饋式負(fù)載為能量轉(zhuǎn)換裝置，所述能量轉(zhuǎn)換裝置包括能量釋放裝置和能量吸收裝置；所述能量釋放裝置與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線并聯(lián)，并連接外部?jī)?chǔ)能裝置，用于在所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器處于電動(dòng)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線上的電壓變化，將所述外部?jī)?chǔ)能裝置中儲(chǔ)存的電能傳輸至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器中；所述能量吸收裝置與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線并聯(lián)，并連接所述外部?jī)?chǔ)能裝置，用于在所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，根據(jù)所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線上的電壓變化，將所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的電能傳輸至所述外部?jī)?chǔ)能裝置中。

工作時(shí)，用伺服電機(jī)給被測(cè)電機(jī)加載，從150%額定負(fù)載逐步降低到25%額定負(fù)載，在此間至少選取6個(gè)測(cè)試點(diǎn)(必包含100%額定負(fù)載點(diǎn))，測(cè)取其電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)并進(jìn)行計(jì)算。

實(shí)施例中取的是MDA系列電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器分析儀，專用于測(cè)量電機(jī)、變頻器、驅(qū)動(dòng)器的專業(yè)儀器。它同時(shí)具備了功率分析儀、波形記錄儀、數(shù)據(jù)記錄儀等功能，完全可滿足電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器測(cè)試高帶寬、高精度、高可靠性的測(cè)量要求。其中，MDA8000系列產(chǎn)品可同時(shí)擁有功率測(cè)量模塊和電機(jī)測(cè)量模塊，使得電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出參數(shù)能夠同步測(cè)量，從而保證了效率測(cè)試的真實(shí)性

扭矩轉(zhuǎn)速傳感器用來測(cè)試電機(jī)輸出的扭矩及轉(zhuǎn)速，按產(chǎn)地可分為兩種，一種是國產(chǎn)的，另一種是進(jìn)口品牌的，各有優(yōu)缺點(diǎn)：國產(chǎn)品牌的精度普遍做不高，而且精度穩(wěn)定性的壽命大概可維持2~3年，但其價(jià)格便宜，貨期也比較短，一般2~3周；進(jìn)口品牌的價(jià)格比較昂貴，貨期也相對(duì)較長，一般都需要12周以上，但進(jìn)口品牌的精度可做得非常高，精度穩(wěn)定性壽命可達(dá)十幾年甚至更長。按客戶需求，本系統(tǒng)可選國產(chǎn)的。

電流互感器可以把超過儀器測(cè)量范圍的大電流通過一定的變比轉(zhuǎn)換為儀器可采集的小電流信號(hào)。電流是系統(tǒng)最基礎(chǔ)的測(cè)量項(xiàng)之一，其測(cè)量精度直接影響整個(gè)系統(tǒng)的精度等級(jí)。因此，選用精度高、穩(wěn)定性好的電流互感器是非常有必要的。本項(xiàng)目中，選用了瑞士LEM公司的IT系列200A量程電流互感器，精度可達(dá)0.05%。

電機(jī)安裝平臺(tái)，我們分為固定式、三維調(diào)節(jié)式。固定式適合任意重量被測(cè)電機(jī)的使用，缺點(diǎn)就是被測(cè)電機(jī)安裝架對(duì)不同電機(jī)都需要更換。三維調(diào)節(jié)式適合30公斤以內(nèi)，功率小于2千瓦的被測(cè)電機(jī)（如果轉(zhuǎn)速不高，功率可以適當(dāng)上調(diào)），優(yōu)點(diǎn)是適合于不同大小的電機(jī)使用，對(duì)中及安裝都很方便。

電機(jī)聯(lián)軸器選擇彈簧式或波紋管式，它們適用于20N.m以內(nèi)的。如果大于20N.m一般選擇梅花式的。聯(lián)軸器也分進(jìn)口和國產(chǎn)的，進(jìn)口的價(jià)格高昂，基本都要2千甚至幾千，進(jìn)口的同樣存在貨期長的缺點(diǎn)，國產(chǎn)的貨期一般2~3周。

單相交流程控電源用于被測(cè)電機(jī)為交流電機(jī)，測(cè)量時(shí)進(jìn)行供電，它輸入單相220V，輸出是可以進(jìn)行0~150V或0~300V調(diào)壓，單相輸出，頻率為47-63Hz，完全可滿足交流電機(jī)的測(cè)試需要。通過該電源，系統(tǒng)可以進(jìn)行全自動(dòng)的負(fù)載測(cè)試。

在客戶測(cè)試系統(tǒng)里面我們選擇的機(jī)械負(fù)載是伺服電機(jī)。伺服電機(jī)做負(fù)載具有控制精度高、可重復(fù)性好（優(yōu)于其他磁性負(fù)載）、價(jià)格適中、可以做堵轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)矩模式及轉(zhuǎn)速模式控制都能實(shí)現(xiàn)、無需額外添加扇熱系統(tǒng)、可連接饋能式負(fù)載等優(yōu)點(diǎn)。扭矩及轉(zhuǎn)速的控制精度基本能達(dá)到0.5%（高速負(fù)載在2%轉(zhuǎn)速時(shí)，控制精度仍然可以達(dá)到5%。

數(shù)據(jù)采集模塊保護(hù)了數(shù)據(jù)采集及控制功能，可以控制各種繼電器、采集控制柜溫度、保護(hù)電流、電壓等。本系統(tǒng)采用致遠(yuǎn)電子生產(chǎn)的新一代MTU基于網(wǎng)絡(luò)通訊的刀片式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。采用積木化結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單、靈活，通訊模塊和各種數(shù)據(jù)采集控制模塊自由組合，應(yīng)對(duì)各種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。MTU系統(tǒng)可通過RS-485/RS-422/RS-232、以太網(wǎng)或CAN-bus等通訊方式實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種傳感器的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

工業(yè)計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心，也是人機(jī)交互的載體。本系統(tǒng)采用的工業(yè)計(jì)算機(jī)MTPC-680，基于Intel凌動(dòng)系列低功耗處理器（x86架構(gòu)），該工業(yè)計(jì)算機(jī)具有資源豐富、接口齊全、低功耗、可靠性高等特點(diǎn)；同時(shí)采用先進(jìn)的無風(fēng)扇、無線纜設(shè)計(jì)，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。在保證處理性能滿足系統(tǒng)需要的同時(shí)，高可靠性的設(shè)計(jì)也為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定工作提供了有力保障。

MTPC-680工業(yè)計(jì)算機(jī)特點(diǎn)，無風(fēng)扇設(shè)計(jì)：緊湊的嵌入式機(jī)箱，無CPU風(fēng)扇、系統(tǒng)風(fēng)扇、電源風(fēng)扇等任何風(fēng)扇設(shè)備，減少了系統(tǒng)的維護(hù)需求；無線纜設(shè)計(jì)：通常的嵌入式電腦里都會(huì)用線纜連接接口與CPU板。但線纜通常易破損、連接不良或安裝錯(cuò)誤這就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)故障。然而MTPC-680工業(yè)計(jì)算機(jī)的接口都直接焊接在PCB上，無線纜設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；專為需要堅(jiān)固和高可靠性工業(yè)平臺(tái)的用戶而設(shè)計(jì)能承受高抗沖擊性和高抗振性，適用于非常惡劣的環(huán)境；良好的抗腐蝕和散熱性能：鋁質(zhì)外殼和散熱片設(shè)計(jì)使系統(tǒng)不僅僅具有高散熱性而且具有高抗腐蝕性。這使設(shè)備在戶外環(huán)境下運(yùn)行時(shí)具有高可靠性。

自動(dòng)測(cè)試分為兩種：自動(dòng)轉(zhuǎn)速測(cè)試和自動(dòng)扭矩測(cè)試。自動(dòng)轉(zhuǎn)速模式下由用戶事先配置需要測(cè)試的速度點(diǎn)，然后由負(fù)載電機(jī)控制轉(zhuǎn)速，保證被測(cè)電機(jī)以設(shè)定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),最后依次測(cè)試每個(gè)速度點(diǎn)，采集測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。自動(dòng)扭矩測(cè)試模式下同樣由負(fù)載電機(jī)提供用戶事先設(shè)置負(fù)載，保證被測(cè)電機(jī)在該負(fù)載下正常運(yùn)行，最后采集測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。兩種自動(dòng)測(cè)試模式為電機(jī)測(cè)試提供了一個(gè)快速而簡(jiǎn)便的測(cè)試方案，讓用戶能夠方便直觀地了解到被測(cè)電機(jī)的大致信息，例如最大效率點(diǎn)，最大輸出功率等。此外，用戶可以通過配置更加密集的測(cè)試點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)精確測(cè)試，以便獲得更加詳細(xì)的電機(jī)性能及參數(shù)。同時(shí)自動(dòng)測(cè)試模式下，用戶可以配置一些特殊的測(cè)試參數(shù)，例如扭矩模式下，扭矩設(shè)置為0，即可測(cè)試被測(cè)電機(jī)在空載情況下的各項(xiàng)參數(shù)。

因此自動(dòng)測(cè)試是一種極為方便快速的測(cè)試方案，而且測(cè)試自由度很高，用戶完全可以通過配置測(cè)試點(diǎn)對(duì)電機(jī)的性能進(jìn)行概要分析、詳細(xì)分析，同時(shí)可以通過配置特殊測(cè)試點(diǎn)的方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行堵轉(zhuǎn)測(cè)試、空載測(cè)試等。

手動(dòng)測(cè)試同樣分為兩種，手動(dòng)轉(zhuǎn)速測(cè)試和手動(dòng)扭矩測(cè)試，兩種模式都是通過手動(dòng)設(shè)定轉(zhuǎn)速或扭矩，再由負(fù)載電機(jī)保證轉(zhuǎn)速或負(fù)載量，該模式下可以釋放對(duì)PA的控制，此時(shí)用戶可以利用MDA本身的分析功能對(duì)電機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展分析，例如電壓、電流、功率因數(shù)、功率、效率、頻率、諧波、三相不平衡、波形、頻譜、轉(zhuǎn)速、扭矩、機(jī)械功率等測(cè)量。

報(bào)表導(dǎo)出功能是將測(cè)試數(shù)據(jù)，電機(jī)信息導(dǎo)出到excel表格，且可直接支持打印，報(bào)表內(nèi)容分為兩頁，第一頁為電機(jī)測(cè)試及電機(jī)相關(guān)概要信息，包括如下內(nèi)容：測(cè)試信息，包括測(cè)試人，備注，測(cè)試時(shí)間等信息；電機(jī)信息，包括電機(jī)額定電壓，額定扭矩等信息；最大值信息，包括最大轉(zhuǎn)速、扭矩、輸出功率、效率時(shí)電機(jī)的測(cè)試信息。

本發(fā)明提供的一種基于能量轉(zhuǎn)換的伺服電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)的電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器分析儀采用3張功率板卡用于測(cè)試被測(cè)電機(jī)的輸入電參數(shù)，電機(jī)測(cè)試板卡用于測(cè)試電機(jī)輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速，伺服電機(jī)達(dá)到控制精度高、響應(yīng)速度快的效果，電機(jī)的性能和質(zhì)量指標(biāo)有了很大的提高，并且放電速度快、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)；其中的能量轉(zhuǎn)換裝置，通過檢測(cè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流母線上的電壓，采用能量釋放裝置和能量吸收裝置分別工作在電動(dòng)和發(fā)電兩個(gè)不同的環(huán)節(jié)，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作在電動(dòng)狀態(tài)時(shí)提供能量，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作在發(fā)電狀態(tài)時(shí)吸收能量。其實(shí)現(xiàn)了電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和外部?jī)?chǔ)能裝置之間的高速能量轉(zhuǎn)換，滿足電機(jī)進(jìn)行高速發(fā)電和電動(dòng)切換，且瞬間吸收和釋放較大能量的工作需要。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。