摘要：通过自主设计的电机检测平台的装置及设备，在测试之前初步了解被试电机整体设计及装配是否存在问题。数字万用表检测 被试电机三相绕组与机壳是否有短路现象，兆欧表摇测相间及三相对地绝缘是否符合标准，LCR 数字电桥测试仪确认被试电机的线 圈绕组阻值和电感是否三相平衡。利用测功机台架，以单拖动被试电机的形式，通过示波器及振动传感器初步检测被试电机不同转 速下空载反电势波形情况及被试电机振动情况，同时用测温枪检测被试电机的电机温度，转子表磁装置测量转子表磁分布情况，做 到提前预判被试电机是否存在磁路与整体装配问题。通过仪表装置及设备，对被试电机绕组与机壳通断、阻值电感、空载反电势、不同转速下振动的检测，可以检测出被测电机是否有绕组损坏、磁钢退磁、磁路问题、电机装配设计问题，能够有效判断出被试电 机是否能够进行后续测试，解决了耗时长、台架资源短缺的问题。

　　关键词：测试；检测；振动；反电势

　　0    引言

　　随着新能源汽车的兴起，电机实验室的测试任务量 大大提高，而驱动电机测试台架测试资源相对较少。研 发类电机容易出现定子绕组绕线方式、绕组匝间或相间 短路[1]、电机磁路设计、转子磁钢退磁[2]、较高转速下电机振动过大等问题，在进行被试电机测试过程中，会出现定子绕组与机壳短路及空载反电势存在异常[3], 或是被试电机振动过大导致测试无法进行。

　　永磁同步电机由定子和转子两部分组成。定子及定 子绕组在电机的电能转换为机械能的过程中起到重要作 用[4]。定子在生产过程中容易使漆包线受损，发生短路，损坏设备[5] ,  从而在被试电机测试时会造成测试终止并 且产生安全隐患。转子不平衡就是转子中心位置和其质量中心位置不同，转子在旋转时，不平衡量导致的离心力作用产生不平衡力，从而引起转子振动[6]。

　　以下原因都可能会导致被试电机在测试过程中产生 较大的振动：被试电机轴承装配工艺选择不当，电机的轴承结构、尺寸配合公差和加工质量较差，轴承本身的质量[7] ,  转子轴向预压力和轴承室公差选择不正确[8] , 定子与转子气隙大小设计不合理[9],  在测试过程中的谋 速度范围下，测试系统与被试电机产生共振[10]  , 控制器的电流环PI 调节的矢量控制系统中，会发生不能真正实现对d- q  轴电流的解耦控制，且由于逆变器的非线性和电机参数的时变性，使得相电流通常存在多种干扰，其表征为电流的谐波[11]  ,  控制器中的变频调速装置作为永磁同步电机驱动装置，而关于其逆变电路产生的电源谐波中的谐波电流会造成永磁同步电机产生振动[12],

　　转子磁钢的退磁，导致永磁体磁链与实际电机设计 不匹配，被试电机性能会受到影响。被试电机磁路设计 问题会导致被试电机空载反电势及三相电压不平衡度较 大，三相电压不平衡引起电机损耗增大（主要是铜损增加），使电机的运行效率降低，不平衡度越大，铜损越大，效率降低程度越大[13] 。三相电压不平衡还会使三相电流不平衡，影响电机的旋转，使电机的转矩减少，起 动性能和过载能力下降，还严重影响到电机的效率，随电压不平衡度的增加电机的效率会有一个相对平缓的变化，当超过一定值时电机的效率迅速下降[14] 。

　　所以本文提出在被试电机测试前，通过电机检测平 台检测被试电机是否存在定子绕组绕线方式、绕组匝间 或相间短路、电机磁路设计、转子磁钢是否退磁、电机 振动过大等问题，通过检测结果来判断电机是否能够进 行后续测试。

　　1    检测平台的设计

　　1 . 1    设计的思路

　　安装电机到测试台架后，需要匹配相应的控制器，连接电池模拟单元与控制器的直流电源线、控制器三相 输出端与功率分析仪输入端电源线、功率分析仪的输出 端与被试电机的三相电源线。连接电机进出口冷却水管，连接控制器与台架控制柜的通信、控制器与上位机的通 信、被试电机与控制器的旋变控制线，通过调整相应的 参数使得通信得以正常连接，此过程既消耗时间又需要 人力。通过将所有检测装置及仪表集中到一起对电机进 行检测，做到在测试前检测被试电机是否存定子绕组绕 线方式、绕组匝间或相间短路、电机磁路设计、转子磁 钢退磁、较高转速下电机振动过大。在测试前对被试电 机进行检测能够减少测试时间的浪费，提高了测试效率，完善了电机测试的流程，使被试电机测试计划有序进行， 缓解了新能源测试台架资源较少的现状。

　　1 . 2    装置及设备

　　检测平台的装置及设备包括水平径向、垂直径向、轴向3个振动传感器及检测、存储单元，测功机台架，示波器及相应的通道检测线、测温枪、LCR 数字电桥测 试仪、兆欧表、数字万用表，以及高斯计表磁检测系 统等。

　　1 . 3   检测平台的功能实现

　　数字万用表检测被试电机三相绕组与机壳是否有短 路现象，兆欧表摇测相间及三相对地绝缘是否符合标准，LCR 数字电桥测试仪确认被试电机的线圈绕组阻值和电 感是否三相平衡，利用测功机台架，以单拖动被试电机 的形式，通过示波器及振动传感器，初步检测被试电机 不同转速下空载反电势波形情况及被试电机振动情况，示波器是一种测量电压波形的电子仪器，它可以把被测 电压信号随时间变化的规律用图形显示出来，使用示波 器不仅可以直观而形象地观察被测物理量的变化全貌，而且可以通过它显示的波形，测量电压和电流，进行频率和相位的比较，以及描绘特性曲线等[15] 。同时用测温枪检测被试电机的电机温度，做到提前预判被试电机是 否存在磁路与整体装配问题。

　　2    检测平台的实际应用

　　2. 1    电机安装前的检测

　　用LCR 数字电桥测试仪测量被试电机的三相线圈绕组阻值及电感值[16]  ,  如果三相线圈绕组阻值及电感值相差较大，说明被试电机线圈绕组存在绕线问题或是匝间短路，用兆欧表测量电机相间和三相对地绝缘电阻，就可以判断是否相间开路及发生接地短路故障[17]。当三相绝缘电阻偏低，有可能是选择的绝缘材料不符合要求， 绝缘质量差、厚度过薄，容易使绝缘材料在工艺过程中受损[18] 。若三相绕组阻值及电感平衡，三相绝缘符合要求，继续后续检测，阻值电感值测量图片如图1所示。 

　　2. 2    电机安装到检测平台

　　在安装被试电机到检测平台后，先不连接电池单元-   控制器－被试电机的电源线、被试电机与上位机和控制柜通讯线、控制器与被试电机的旋变控制线及电机进出 口冷却水管。将水平径向、垂直径向、轴向3个振动传 感器分别安装在被试电机的水平径向、垂直径向、轴向，将示波器的3 个通道的电压检测线分别与被试电机的 Uab 、Ubc 、Uac 端连接，设置示波器相应通道参数。

　　2. 3    被试电机低转速下的检测

　　将测功机台架转速升至0~100 r/min 某一值，检查被 试电机有无异响，如果没有异响说明电机内无异物。此 时测功机台架单拖动被试电机，被试电机处于发电状态。

　　速度由100 r/min 到额定转速时，以每次2000 r/min 进行 升速，升速范围较大的原因是低速时示波器无法获取稳 定的波形，但可以通过测量通道数值观测被试电机三相空载反电势Uab 、Ubc 、Uac 的数值。被试电机升速时，若 有三相不平衡现象(Uab  = 50 V 、Ubc  = 60 V、Uac  = 70 V )发生，可能是磁路设计出现问题，应及时与客户沟通是 否要继续电机测试。升速时观察每个转速下被试电机的 振动情况，若被试电机的水平径向、垂直径向、轴向振 动检测，有任一值大于4mm（振幅），同时伴有被试电机异响，可能是被试电机整体装配存在问题。在正常的 测试下，若被试电机振动值超过4mm 时，就会对测功机台架中间轴承损伤，被试电机测试应当终止[19] 。时刻用测温枪检测被试电机机壳温度，当机壳温度大于80  ℃时，将被试电机速度降低到100 r/min 以下，待被试电机 温度恢复室温后，将转速升至上一次的降速值。

　　2. 4   被试电机额定转速下的检测

　　被试电机振动小于4mm、三相空载反电势平衡，当速度升至额定转速时，通过示波器可以获取被试电机较 为稳定的空载反电势波形，可以通过示波器测量Uab、Ubc 、Uac 三相反电势数值，若反电势数据与实际被试电机 设计值相差较大或是示波器波形显示异常，说明被试电 机本体设计存在问题（本身设计的额定转速点的空载反 电势为150 V,  实际设计的空载反电势100 V。正常示波器测量的是正弦波形毛刺量较小，实际测量时出现了梯 形波或是方波），被试电机测试终止。若被试电机的水 平径向、垂直径向、轴向振动传感器检测，有任意一值 大于4mm,  同时伴有被试电机发出异响，被试电机测试终止。时刻用测温枪检测被试电机机壳温度，当有机壳温度大于80 ℃ 时，将被试电机速度降低到100 r/min 以下，待被试电机温度恢复室温后，将转速升至上一次的降速值，示波器正常波形如图2 所示，可以检测出三相反电势保持一致。

　　2. 5    被试电机高转速下的检测

　　被试电机速度升至额定转速时，若示波器显示的 Uab 、Ubc 、Uac 三相反电势数据平衡对称，被试电机振动 传感器检测振动值在允许的范围内。被试电机由额定转 速到最高转速时，以每次1000 r/min 进行升速，主要观 察被试电机在额定转速到最高转速每个转速点的振动值 情况，若在某一速度值下被试电机振动值大于4mm 时，记录下相应的转速值，告知客户进行测试时，有可能振 动较大速度点以上的电机性能测试不到，实验过程中被 试电机高速振动值如图3所示。

　　2. 6    被试电机转子表磁检测

　　针对转子磁钢极性的检测，自主搭建了转子磁场表磁检测系统，包括高斯计[20] 、被试转子、工具夹具等。令霍尔探头靠近转子表面，根据角度标尺，每隔5°旋转电机转子，通过指针指示每一角度，并记录该位置的磁感应强度值。表磁检测装置如图4所示。

　　针对被试电机转子表磁进行检测，极坐标数据如图5所示，可以检测出转子表磁 分布均匀，无充反、漏充现象。

　　3   结束语

　　( 1 ) 电机检测平台的设计与实际应用，做到提前检测被试电机是否存在磁路、磁钢及整体装配问题，避免了被试电机测试无法进行。

　　(2 )  若被试电机存在问题，则能节约连接电池模拟单元－被试电机控制器－功率分析仪－被试电机的电源线与控制器、台架控制柜、被试电机之间的通信线，节约 连接电机进出口冷却水管以及连接通信调整参数的时间，总计节约时间120 min。

　　(3 )  及时发现被试电机存在的问题，能提高客户的满意度，完善了电机测试的流程，使被试电机测试计划 有序进行，提高了测试效率，缓解了新能源测试台架资源较少的现状。

　　(4 )  通过仪表装置及设备，对被试电机绕组与机壳通断、阻值电感、空载反电势、不同转速下振动的检测，可以检测出被测电机是否有绕组损坏、磁钢退磁、磁路 问题、电机装配设计问题。

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