电机试验平台的技术参数并非一组固定的数字,而是根据被测电机的类型、功率等级和应用场景构成的一个多维度的指标体系。理解这些参数,是选择、验收或操作一台试验平台的基础。
我将这些参数归纳为核心性能指标、被测对象限制、测量与控制精度以及专项测试能力四个维度,并结合实际案例进行说明。
一、核心性能指标:决定平台的能力边界
这是衡量一台试验平台 “能不能测” 以及 “能测多大电机” 的基础参数。
功率范围
这是比较直观的选型指标。电机试验平台的功率覆盖范围相当广,从用于微特电机的瓦级平台,到用于大型工业电机的兆瓦级平台都有。
小功率:例如用于测试伺服电机的平台,功率范围在 5kW-10kW,甚至更小如 100mNm 级别的齿槽转矩测试平台。
中功率:如华中科技大学搭建的 60kW、250kW 测试系统,用于新能源汽车或航空伺服电机研发。
大功率:浙江大学的永磁牵引电机测试平台,其变频电源系统功率达到了 1MW,用于牵引电机的性能测试。而针对力矩电机的平台,其额定扭矩加载点可达 3000Nm。
转速范围
决定了平台能测试电机的比较高转速,对于高速电机(如主轴电机、无人机电机)至关重要。
常规转速:0~5000rpm、8000rpm、10000rpm 是比较常见的等级。
高转速:随着技术进步,转速要求越来越高。例如,尼得科(Nidec)推出的电动汽车电机试验台,比较高支持转速已达 20,000rpm。近期的一些招标项目,甚至要求平台能在 0~20,000rpm 范围内可控运转。
大力矩低转速:与高转速对应,一些大力矩平台则强调低转速下的大扭矩输出,例如 200rpm@3000Nm 或 1000rpm@5000Nm。
扭矩范围
这是衡量电机输出能力的关键。
微扭矩:对于微型电机,扭矩范围可能在 0~100mNm。
中小扭矩:伺服电机测试平台常见范围为 2Nm、20Nm 或 18N·m。
大扭矩:新能源汽车或大型伺服系统,扭矩要求更高,例如 700Nm 甚至 5000Nm。
二、被测对象限制:明确能测什么样的电机
这部分参数定义了被测电机本身的物理和电气边界。
电气限制
电压:平台能提供的电源电压或能测量的电压范围。例如,浙江大学平台可输出 2800V 交流电;艾诺仪器的下线测试台,耐压测试可达 5000VAC;航空电机测试则要求反电动势测量量程不小于 800V,以适应不同电压等级的电机。
电流:平台能承载或测量的比较大电流。从直线电机测试平台的 26.8A,到大功率平台的 500A,再到新能源汽车测试可拓展至 500A,差异巨大。
输入功率:如直线电机平台限制被测电机比较大输入功率<5.9KW。
机械/几何限制
尺寸:主要针对特殊结构电机。例如,直线电机测试平台会规定动子和定子的比较大尺寸,如 770mm×290mm 和 1860mm×260mm。
试验负载:如振动测试台会规定比较大试验负载,例如 100kg 或 150kg。
三、测量与控制精度:决定测试结果的可靠性
这是衡量平台 “测得准不准” 的核心指标。
传感器精度
扭矩传感器精度:这是比较关键的精度指标之一。普通测试要求±0.5%,高精度测试则要求±0.2% F.S.(满量程精度)甚至±0.1% F.S.。
电压/电流精度:通常要求较高,可达±0.1% 。
转速精度:一般要求±0.1% 以内。
控制精度
扭矩控制精度:指平台施加负载的准确程度。例如,某航空电机试验台要求在 0~3N·m 小量程段,负载的扭矩控制精度达到 1% F.S.。
分辨率:指测量仪器能分辨的比较小变化量。例如,扭矩传感器显示分辨率可达到 0.01N·m 或 0.05N·m。
四、专项测试能力:针对特定应用的特殊参数
除了常规的扭矩 - 转速测试,现代电机试验平台还需具备一系列专项测试能力,其技术参数也更为多样。
静态测试参数:如耐压、绝缘电阻(可测至 50GΩ)、绕组电阻(可测至 20kΩ)、电阻平衡度、旋变电阻等。
动态/特殊波形测试:
齿槽转矩测试:用于评估电机低速平稳性。参数包括测试转速范围(如 0~10rpm)、转矩范围(如 0~100mNm)和角度精度(如±1°)。直线电机则有比较大可测齿槽力,如 1000N。
推力测试:针对直线电机,有比较大可测推力(如 14700N)和推力测试精度(如 1%)。
反电动势测试:检查电机三相电压平衡度,有比较大反电势测试速度(如 0.5m/s)或电压量程(如 800V)的要求。
振动/噪音测试:包括加速度、速度、位移的测量范围和精度(如±5%)。
电感测试:测试范围可从 1.0uH 到 1000.0mH,并指和定测试频率(如 100Hz, 1kHz)。
环境模拟能力:高和端平台,如用于航空航天的测试系统,会集成环境模拟舱,其参数包括温度范围(高低温)和气压范围(高低气压)。
总结
一个完整的电机试验平台技术参数表,是由 “能力边界指标”(功率、转速、扭矩)、“适配约束指标”(电压、电流、尺寸)、“品质衡量指标”(精度、分辨率)和 “特色功能指标”(齿槽转矩、振动、环境模拟)共同构成的有机整体。在实际选型时,需要根据被测电机的特性和测试目的,从这四个维度综合考量。
