1、電機(jī)試驗(yàn)與測試技術(shù),徐偉專 2009年3月,主要內(nèi)容,電機(jī)試驗(yàn)概述 試驗(yàn)站的構(gòu)成及原理 電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備 測試技術(shù)概述 測試系統(tǒng)的構(gòu)成及原理 電機(jī)試驗(yàn)測試設(shè)備 變頻電機(jī)試驗(yàn)測試的特殊要求,電機(jī)試驗(yàn)概述,試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)的區(qū)別,兩者的不同語素是“實(shí)”、“試”，我們先看現(xiàn)代漢語詞典中這兩個詞的釋義：【實(shí)驗(yàn)】為了檢驗(yàn)?zāi)撤N科學(xué)理論或假設(shè)而進(jìn)行某種操作或從事某種活動?！驹囼?yàn)】為了察看某事的結(jié)果或某物的性能而從事某種活動。 從現(xiàn)代漢語詞典釋義同時(shí)結(jié)合各自的語素意義可以看出：實(shí)驗(yàn)中被檢驗(yàn)的是某種科學(xué)理論或假設(shè)，通過實(shí)踐操作來進(jìn)行；而試驗(yàn)中用來檢驗(yàn)的是已經(jīng)存在的事物，是為了察看某事的結(jié)果或某物的性能，通過使用、試用來進(jìn)

2、行。 實(shí)驗(yàn)是對抽象的知識理論所做的現(xiàn)實(shí)操作，用來證明它正確或者推導(dǎo)出新的結(jié)論。它是相對于知識理論的實(shí)際操作。試驗(yàn)是對事物或社會對象的一種檢測性的操作，用來檢測那里正常操作或臨界操作的運(yùn)行過程、運(yùn)行狀況等。它是就事論事的。 工廠的產(chǎn)品可以抽樣檢測，是試驗(yàn)。試驗(yàn)中，試驗(yàn)對象是明確的，試驗(yàn)?zāi)康氖菣z查它能不能正常運(yùn)行、正常運(yùn)行的條件和該條件允許的范圍。,電機(jī)試驗(yàn)概述,電機(jī)試驗(yàn)的意義,電機(jī)試驗(yàn)為電機(jī)設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢驗(yàn)等提供必要的數(shù)據(jù)支撐，其測試數(shù)據(jù)的正確性和準(zhǔn)確度是驗(yàn)證設(shè)計(jì)及保證質(zhì)量的前提，試驗(yàn)站的能力和形象成為企業(yè)設(shè)計(jì)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的重要象征。,電機(jī)試驗(yàn)概述,電機(jī)試驗(yàn)的方法,不同電機(jī)的試驗(yàn)方法不盡相同，通

3、常以相關(guān)的IEC（國際電工委員會）標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)（一般參照IEC標(biāo)準(zhǔn)編制）或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為試驗(yàn)依據(jù)。 目前使用最多的電機(jī)試驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)有：,GB/T 755-2008旋轉(zhuǎn)電機(jī)8-定額與性能 GB/T 755.2-2007旋轉(zhuǎn)電機(jī)(牽引電機(jī)除外)確定損耗和效率的試驗(yàn)方法 GB/T 1032-2005三相異步電動機(jī)試驗(yàn)方法 GB/T 1029-2005三相同步電機(jī)試驗(yàn)方法,變頻器供電的電機(jī)試驗(yàn)方法，目前有一報(bào)批稿：,變頻器供電三相籠型感應(yīng)電動機(jī)試驗(yàn)方法,電機(jī)試驗(yàn)概述,電機(jī)試驗(yàn)概述,絕緣電阻測定 繞組冷態(tài)電阻測定 熱試驗(yàn)（GB1032） 目的：求溫升 空載試驗(yàn)（GB1032） 目的：鐵耗、風(fēng)摩耗 堵轉(zhuǎn)試

4、驗(yàn)（GB1032） 目的：堵轉(zhuǎn)特性曲線Uk-Ik、Uk-Tk(IkN、TkN) 方法：轉(zhuǎn)矩可采用測量和計(jì)算兩種方法 負(fù)載試驗(yàn)（GB1032） 效率確定（GB1032） （熱試驗(yàn)、負(fù)載試驗(yàn)、空載試驗(yàn)） 最大轉(zhuǎn)矩測定 目的：求出電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，了解其機(jī)械過載能力 方法：在堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)基礎(chǔ)上采用園圖法計(jì)算,電機(jī)試驗(yàn)的內(nèi)容,以三相異步電動機(jī)試驗(yàn)為例 參照GB/T 1032,電機(jī)試驗(yàn)概述,最小轉(zhuǎn)矩測定 噪聲的測定 振動的測定 耐電壓試驗(yàn) 短時(shí)過轉(zhuǎn)矩試驗(yàn) 轉(zhuǎn)動慣量測定 軸電壓測定 超速試驗(yàn),通過上述試驗(yàn)，求取電機(jī)的效率、溫升、功率因數(shù)、起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、噪聲、振動等指標(biāo)。,試驗(yàn)站的構(gòu)成及原理,試驗(yàn)站的構(gòu)成,

5、試驗(yàn) 電源,被試電機(jī),測試 系統(tǒng),試驗(yàn)臺,油水路,電 網(wǎng),試驗(yàn)電源：包括多種形式的電源，主要有：機(jī)組、調(diào)壓器、變頻器、變頻電源、數(shù)字電源、整流電源等。此外，還包括電網(wǎng)及供電回路的變壓器、開關(guān)柜等電氣設(shè)備。其作用是為被試電機(jī)提供電源。,測試系統(tǒng)：測試系統(tǒng)對電機(jī)試驗(yàn)過程中關(guān)心的各種電量及非電量進(jìn)行測量，分計(jì)量和監(jiān)視兩種類型。計(jì)量用測試系統(tǒng)通常要求較高的準(zhǔn)確度等級，一般需要由法定計(jì)量部門計(jì)量認(rèn)可。,試驗(yàn)臺：是試驗(yàn)站的神經(jīng)中樞，起下達(dá)控制指令和顯示試驗(yàn)狀態(tài)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理生成報(bào)表等作用,試驗(yàn)站的構(gòu)成及原理,電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備,斷路器：統(tǒng)稱，用于接通/斷開帶負(fù)荷的電路，具有一定的消磁滅弧作

6、用，可以帶熱磁作用自動脫扣器，可以附加其它多種功能。 空開：是【空氣斷路器】、【空氣開關(guān)】的簡化叫法, 是應(yīng)用最廣泛的斷路器種類。指斷路器分?jǐn)嚯娐愤^程中的滅弧是在空氣介質(zhì)中完成的，根據(jù)介質(zhì)不同，還有【油斷路器】、【真空斷路器】、【六氟化硫斷路器】等。習(xí)慣上，特指【塑殼空氣斷路器】，與之不同的還有【萬能斷路器】、【微型斷路器】。,斷路器、空開,電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備,隔離開關(guān)：可以是刀開關(guān)或斷路器主要作用是： 1)分閘后，建立可靠的絕緣間隙，將需要檢修的設(shè)備或線路與電源用一個明顯斷開點(diǎn)隔開，以保證檢修人員和設(shè)備的安全。 2)根據(jù)運(yùn)行需要，換接線路。,隔離開關(guān),電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備,接觸器：接觸器是指工業(yè)電中利用線

7、圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合，以達(dá)到控制負(fù)載的電器。接觸器由電磁系統(tǒng)（鐵心，靜鐵心，電磁線圈）觸頭系統(tǒng)（常開觸頭和常閉觸頭）和滅弧裝置組成。,接觸器,電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備,開關(guān)柜是一種電設(shè)備，外線先進(jìn)入柜內(nèi)主控開關(guān)，然后進(jìn)入分控開關(guān)，各分路按其需要設(shè)置。如各種開關(guān)、儀表等。 開關(guān)柜常見分類：1、低壓抽出式開關(guān)柜2、交流低壓配電柜3、金屬鎧裝移開式開關(guān)柜4、低壓固定分隔式開關(guān)柜5、高壓電容器柜6、高壓開關(guān)柜,開關(guān)柜,電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備,電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備,機(jī)組：由電動機(jī)和發(fā)電機(jī)構(gòu)成，為被試電機(jī)提供交流或直流電源。根據(jù)組成機(jī)組的電機(jī)數(shù)量又分為兩機(jī)組、三機(jī)組、五機(jī)組等。 直流機(jī)組具有調(diào)壓及穩(wěn)壓功能；交流機(jī)組除了調(diào)壓、

8、穩(wěn)壓外，有的還可在一定頻率范圍內(nèi)調(diào)頻和穩(wěn)頻。 相對變頻器而言，機(jī)組輸出的是失真很小的正弦波。 機(jī)組是傳統(tǒng)電機(jī)試驗(yàn)最主要的試驗(yàn)電源，目前，大部分電機(jī)廠還在廣泛使用。,機(jī)組,電機(jī)試驗(yàn)用變壓器主要有降壓變壓器、整流變壓器、耐壓試驗(yàn)變壓器等,變壓器,電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備,調(diào)壓器分為自耦調(diào)壓器和晶閘管調(diào)壓器兩種 ，電機(jī)試驗(yàn)一般采用自耦調(diào)壓器，電機(jī)試驗(yàn)中有時(shí)作為簡單的試驗(yàn)電源，不可調(diào)頻，不穩(wěn)壓。,調(diào)壓器,電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備,變頻器簡單講就是一種改變頻率輸出的電氣設(shè)備，一般也可改變輸出電壓，其輸出往往含有大量的高次諧波。 變頻電源與變頻器之處主要在于變頻電源對輸出波形有較高要求，一般要求輸出正弦波。 數(shù)字電源是我公司針對

9、電機(jī)試驗(yàn)的特殊要求，在變頻器基礎(chǔ)上研制的一種特殊電源，其輸出波形及控制方式都與變頻器有很大的不同。,變頻器、變頻電源、數(shù)字電源,電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備,試驗(yàn)臺是試驗(yàn)站的神經(jīng)中樞，包括儀表、按鈕、指示燈、電腦、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)等。 1.通過開關(guān)操作或電腦鼠標(biāo)鍵盤操作下達(dá)控制指令； 2.接收測試數(shù)據(jù)集中顯示或作為控制反饋輸入； 3.進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，出具試驗(yàn)報(bào)告等。,試驗(yàn)臺,電機(jī)試驗(yàn)設(shè)備,測試技術(shù)概述,測量：Measure 物理量可直接由量具讀出數(shù)值。,幾個概念,測試：Test 包括化學(xué)分析、物理測量、性能鑒定的試驗(yàn)過程的總稱。,檢測：Dtection 用指定的方法獲取某種物體指定的技術(shù)性能指標(biāo)。,計(jì)量：

10、Measure 實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的活動。廣義的理解是指有關(guān)測量知識的整個領(lǐng)域。計(jì)量在歷史上稱之為“度量衡”。隨著生產(chǎn)和科 學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代計(jì)量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出“度量衡”的范圍。現(xiàn)有長度、熱學(xué)、力學(xué)、 電磁學(xué)、無線電、時(shí)間頻率、電離輻射、光學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)等計(jì)量專業(yè)，已形成了 一門獨(dú)立的學(xué)科計(jì)量學(xué)。 計(jì)量涉及到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、科學(xué)試驗(yàn)、國內(nèi) 外貿(mào)易、人民生活等各方面，是國民經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)重要的技術(shù)基礎(chǔ)。,測試技術(shù)概述,聶榮臻元帥曾形象地說，一個家庭開門七件事，柴、米、油、鹽、醬、醋、茶。搞好科研，同樣也有“開門七件事”，即新型原材料、電子元器件、儀器儀表、精密機(jī)械、大型設(shè)備、測試技術(shù)、計(jì)量

11、技術(shù)。,測試技術(shù)概述,計(jì)量的意義,測量是人類認(rèn)知自然的基本手段，計(jì)量是研究測量的科學(xué)，是所有科學(xué)賴以發(fā)展的支柱。,測試系統(tǒng)的構(gòu)成及原理,測試系統(tǒng)總類繁多，按照構(gòu)成形式，可分為如下三種方式： 儀器儀表式測試系統(tǒng) 集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),測試系統(tǒng)的構(gòu)成及原理,測試系統(tǒng)的分類,儀器儀表式測試系統(tǒng)一般包括多個測試單元，每個測試單元完全獨(dú)立，測試單元包括一次傳感器及二次儀表兩個部分；一次傳感器一般為交流互感器或直流分流器，其特點(diǎn)是一次傳感器及二次儀表均按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)均可溯源。因此，用戶可以靈活選擇不同廠家的傳感器及儀表，自行組建測試系統(tǒng)。 早期的儀器儀表通常功能比較單一，以功率

12、測試系統(tǒng)而言，由電壓表、電流表、頻率計(jì)、功率計(jì)等構(gòu)成。現(xiàn)代新型的功率測試儀器（一般稱功率分析儀）則由一臺儀器完成上述所有參量的測量。 儀器儀表式測試系統(tǒng)在電機(jī)試驗(yàn)中被廣泛采用，對于傳統(tǒng)工頻測量，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。主要難度在于低功率因數(shù)測試。,儀器儀表式測試系統(tǒng),測試系統(tǒng)的構(gòu)成及原理,集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將各種類型的傳感器輸出的模擬或數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識別的數(shù)字量，由計(jì)算機(jī)接口采集成為內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，按需要處理成相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果，供傳送、顯示、打印輸出。集中式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有人機(jī)界面良好，操作簡單，功能齊全等優(yōu)點(diǎn)。 集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心技術(shù)是多路采集卡，目前，生產(chǎn)采集卡的廠家較多，大多

13、只適用于工業(yè)控制。用于電機(jī)試驗(yàn)還存在諸多問題，目前主要停留在科研項(xiàng)目階段。,集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),測試系統(tǒng)的構(gòu)成及原理,集中式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖,測試系統(tǒng)的構(gòu)成及原理,多個測試模塊或測試子系統(tǒng)，通過統(tǒng)一的通訊接口與上位機(jī)連接，即可構(gòu)成分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是組合能力強(qiáng)，易于擴(kuò)展；測試模塊或子系統(tǒng)獨(dú)立性強(qiáng)，易于維護(hù)；分散測量，集中管理，對系統(tǒng)硬件要求低，可靠性高；采用數(shù)字通訊取代模擬信號傳輸，電磁兼容性能好，適合惡劣環(huán)境工作。,分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),測試系統(tǒng)的構(gòu)成及原理,分布式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖,測試系統(tǒng)的構(gòu)成及原理,分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從實(shí)現(xiàn)的功能角度看，與集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)差不

14、多。但實(shí)現(xiàn)功能的方法完全不同： 集中式數(shù)據(jù)采集的核心是標(biāo)準(zhǔn)信號的數(shù)據(jù)采集及輸入信號的調(diào)理。 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的骨架是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。研制者都會對網(wǎng)絡(luò)的可靠性、實(shí)時(shí)性、兼容性、可擴(kuò)充性進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，而這些性能，也是分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的魅力所在。 集中式數(shù)據(jù)采集與分布式數(shù)據(jù)采集的共同特點(diǎn)是兩者均研究事物的共性，前者的共性是信號的標(biāo)準(zhǔn)化，后者的共性是網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化，電機(jī)試驗(yàn)測試專業(yè)程度較高，目前，應(yīng)用最多的還是各種專業(yè)儀器儀表。 小型的集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及含通訊接口的儀器儀表，可以作為分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個子站。,三種測試系統(tǒng)的主要區(qū)別,測試系統(tǒng)的構(gòu)成及原理,電

15、機(jī)試驗(yàn)測試設(shè)備,電機(jī)試驗(yàn)測試設(shè)備,電機(jī)試驗(yàn)測試對象主要有： 電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù) 勵磁電壓、勵磁電流 交流耐壓電壓、直流泄露電流 各種諧波特征量、各種電源品質(zhì)參數(shù) 絕緣電阻、繞組電阻 轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速 水壓、水流量、油壓、油流量 噪聲、振動 根據(jù)不同的測試對象，需要不同的傳感器及儀器儀表，本節(jié)主要講述功率及與功率相關(guān)的電壓、電流的測試設(shè)備。,互感器基于電磁感應(yīng)原理，與變壓器類似，根據(jù)用途分為電壓互感器和電流互感器，長期以來，在電機(jī)試驗(yàn)工頻測試中，互感器占主導(dǎo)地位。使用中，電壓互感器副邊不能短路，電流互感器副邊不能開路。 互感器的主要指標(biāo)有比差和角差，通常說的準(zhǔn)確度，如0.2級的電流互感器

16、，指比差準(zhǔn)確度為0.2級，另外，互感器檢定規(guī)程對互感器的角差指標(biāo)做出了明確的要求，0.2級的互感器角差必須小于10。更高精度的互感器有更高的比差及角差指標(biāo)。,互感器,電機(jī)試驗(yàn)測試設(shè)備,霍爾傳感器基于霍爾效應(yīng)原理，有霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳感器兩種，由于具有較好的帶寬特性，交直流通用，在控制領(lǐng)域的測量中得到了廣泛的應(yīng)用。 目前國外生產(chǎn)霍爾傳感器的廠家主要有瑞士LEM公司。精度普遍低于0.3級。相位指標(biāo)不明，我公司發(fā)現(xiàn)，把霍爾電壓、電流傳感器用于電機(jī)試驗(yàn)的功率測試，尚存在諸多不足。,電機(jī)試驗(yàn)測試設(shè)備,霍爾傳感器,分流器是根據(jù)直流電流通過電阻時(shí)在電阻兩端產(chǎn)生電壓的原理制成。分流器廣泛用直流電流測試

17、，其輸出一般為mV電壓信號，其額定壓降是60mV，但也可被用作75、100、120、150及300 mV。,分流器,電機(jī)試驗(yàn)測試設(shè)備,分壓器主要有電阻式分壓器和電容式分壓器兩種，前者主要用于直流測試，后者用于交流測試。在電機(jī)試驗(yàn)測試中，電阻分壓器用于直流泄露試驗(yàn)的直流高壓測試，電容式分壓器用于交流耐壓試驗(yàn)的交流電壓測試。,分壓器,電機(jī)試驗(yàn)測試設(shè)備,羅氏線圈，全稱羅柯夫斯基線圈，國內(nèi)多稱空心線圈，即沒有鐵心的線圈，用于交流電流測試。由于沒有鐵心，無磁飽和現(xiàn)象，過載能力強(qiáng)，頻率特性好，測試帶寬可以做到1MHz以上，與霍爾傳感器相比，其缺點(diǎn)是低頻特性較差，不能作直流測試，優(yōu)點(diǎn)是高頻特性好。,羅氏線圈

18、,電機(jī)試驗(yàn)測試設(shè)備,指針表 （模擬表）,數(shù)字表,磁電系,磁電比例系,電磁系,電動系,感應(yīng)系,靜電系,整流系,電子系,形形色色的儀表,儀 表,顯示方式,工作原理,交流表,交直流兩用表,信號類型,直流表,正弦,非正弦,電機(jī)試驗(yàn)測試設(shè)備,電壓表,功率計(jì),儀表,被測參量,電流表,功率計(jì)俗稱瓦表，主要用于測量電功率，通常瓦表為指針式表，分為高功率因數(shù)瓦表和低功率因數(shù)瓦表，一個瓦表只能測量一相功率，且不能同時(shí)測量電壓和電流。 目前電子式數(shù)顯功率計(jì)往往可同時(shí)進(jìn)行多相電壓、電流、頻率、功率等的測試，高檔產(chǎn)品還帶諧波分析和波形顯示等功能，所以，又稱功率分析儀。 功率分析儀是電機(jī)試驗(yàn)最主要的測試設(shè)備，在電機(jī)試驗(yàn)中起至關(guān)重要的作用。,電機(jī)試驗(yàn)測試設(shè)備,變頻電機(jī)試驗(yàn)測試的特殊要求,測試目的的變化,變頻器的輸出的PWM電壓波形含有基波及大量的高次諧波，而電動機(jī)轉(zhuǎn)矩主要依賴于基波電壓有效值。因此，電機(jī)試驗(yàn)需要測量的電壓值，以及變頻器上指示的電壓值都是指基波有效值。 傳統(tǒng)