沈明炎袁偉杰肖娜麗黃長(zhǎng)浩/ .福建省計(jì)量科學(xué)研究院；.江西瑞林電氣自動(dòng)化有限公司

電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)量值溯源的校準(zhǔn)

沈明炎1袁偉杰2肖娜麗1黃長(zhǎng)浩1/ 1.福建省計(jì)量科學(xué)研究院；2.江西瑞林電氣自動(dòng)化有限公司

旨在探討電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)量值溯源校準(zhǔn)的問(wèn)題。在掌握電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)電機(jī)出廠檢驗(yàn)所需的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，選取合適的校準(zhǔn)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，結(jié)合測(cè)試系統(tǒng)工作原理和各個(gè)參數(shù)的量值要求，詳細(xì)闡述了此類(lèi)測(cè)試系統(tǒng)的溯源校準(zhǔn)的方法和量值校準(zhǔn)點(diǎn)的選擇，并介紹了測(cè)試系統(tǒng)在校準(zhǔn)過(guò)程中量值糾偏的方法。提出的量值溯源的校準(zhǔn)方式，能夠解決此類(lèi)電機(jī)出廠測(cè)試系統(tǒng)的量值溯源問(wèn)題，滿足生產(chǎn)企業(yè)的計(jì)量需求。

電機(jī)；出廠檢驗(yàn)；測(cè)試系統(tǒng)；溯源；校準(zhǔn)

0 引言

隨著工業(yè)自動(dòng)化控制技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)試?yán)碚摰呢S富、測(cè)試手段的提升，以及設(shè)備制造工藝的提高，使電機(jī)自動(dòng)測(cè)試技術(shù)得以廣泛應(yīng)用。電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的自動(dòng)化出廠檢驗(yàn)，能夠高效準(zhǔn)確地完成電機(jī)的綜合性能的出廠檢測(cè)，確保電機(jī)成品的質(zhì)量。隨著我國(guó)近年來(lái)家電行業(yè)的迅速發(fā)展，電機(jī)的需求日益增加，電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)深受電機(jī)制造企業(yè)的青睞，不僅大大提高了電機(jī)試驗(yàn)測(cè)試效率，降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，而且能夠更準(zhǔn)確地測(cè)試相關(guān)參數(shù)。目前，對(duì)于電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)還沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的計(jì)量檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范，為了保證測(cè)試系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中的計(jì)量性能能夠達(dá)到相應(yīng)技術(shù)等級(jí)的要求，有必要對(duì)其計(jì)量性能和溯源校準(zhǔn)進(jìn)行研究。本文就針對(duì)國(guó)內(nèi)較為常見(jiàn)的電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)，詳細(xì)闡述其各個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的功能、原理、參數(shù)和校準(zhǔn)。

1 測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及原理

1.1 測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成

電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)是根據(jù)電機(jī)出廠檢驗(yàn)的要求，由不同的測(cè)試單元，組合搭建而成的一種用于快速測(cè)試電機(jī)的安全性能和參數(shù)特性等項(xiàng)目的綜合性測(cè)試裝置。測(cè)試系統(tǒng)通常由供電單元、控制單元和測(cè)量單元三部分組成[1]，其中供電單元包括三相電源及開(kāi)關(guān)、調(diào)壓器等，主要為整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)提供電力支持；控制單元包括工控機(jī)、液晶顯示器、測(cè)試機(jī)柜、繼電器—接觸器邏輯控制單元及其他輔助設(shè)備等，可完成測(cè)試控制的各項(xiàng)任務(wù)；測(cè)量單元?jiǎng)t包含工頻耐壓測(cè)試單元、絕緣電阻測(cè)試單元、直流低電阻測(cè)試單元、匝間沖擊測(cè)試單元和空載電參數(shù)測(cè)試單元等，實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)量。系統(tǒng)一般采用工控機(jī)程序化控制，各測(cè)試單元采用模塊化組合，運(yùn)行測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試[2]。電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖1所示。

圖1 電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理框圖

1.2 系統(tǒng)各測(cè)試單元功能及工作原理

工頻耐壓測(cè)試單元用于測(cè)量定子繞組和外殼之間的耐壓漏電流，檢查相殼或相間是否絕緣或存在短路現(xiàn)象。其工作方法是在電機(jī)繞組和外殼之間施加3 000 V工頻交流電壓，持續(xù)時(shí)間為1 min。在此過(guò)程中檢測(cè)電機(jī)的泄漏電流是否超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

絕緣電阻測(cè)試單元是測(cè)試相線與外殼之間的絕緣電阻，檢查繞組對(duì)外殼有無(wú)嚴(yán)重漏電或短路。其工作原理是在電機(jī)繞組和外殼之間施加500 V/1 000 V直流電壓檢測(cè)其電機(jī)的絕緣電阻。

直流低電阻測(cè)試單元用于檢查電機(jī)繞組是否斷線、圈數(shù)超差、嚴(yán)重短路等，通過(guò)直接測(cè)量繞組直流電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。其采用四線制測(cè)量方式，將被測(cè)電阻與參考電阻串聯(lián)，施加一個(gè)恒定電流，同時(shí)采樣兩個(gè)電阻上的電壓，由歐姆定律計(jì)算得出被測(cè)電阻值。

匝間沖擊試驗(yàn)單元是為了檢查電機(jī)繞組匝間相間是否絕緣或存在短路，防止當(dāng)實(shí)際使用中瞬間高壓沖擊致使電機(jī)繞組匝間擊穿短路，造成嚴(yán)重的設(shè)備故障和經(jīng)濟(jì)損失，因而要求在電機(jī)出廠檢驗(yàn)時(shí)必須對(duì)其進(jìn)行匝間沖擊試驗(yàn)。電機(jī)匝間沖擊試驗(yàn)是采用高壓窄脈沖波形比較法，即施加幅值1 800 V、脈寬0.5 μs的高壓脈沖信號(hào)于電樞換向器的兩換向片之間，則繞組電阻、繞組感抗和分布電容之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)衰減振蕩波，并以較快的速度衰減至零[3]。通過(guò)高速 A/D的實(shí)時(shí)采樣，將被檢繞組振蕩波形和標(biāo)準(zhǔn)繞組振蕩波形進(jìn)行比較，通過(guò)分析波形與 X 軸間的面積來(lái)判斷被檢繞組的線圈絕緣情況，從而判別線圈內(nèi)部的匝間絕緣損傷和短路斷線等缺陷。

空載電參數(shù)測(cè)試單元主要為檢驗(yàn)電機(jī)在空載時(shí)的電氣性能和運(yùn)行參數(shù)，測(cè)量電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電壓、電流、功率、功率因數(shù)和頻率，其工作原理是利用電參數(shù)測(cè)量?jī)x表，測(cè)量電機(jī)的實(shí)時(shí)電壓值、電流值、功率因數(shù)和頻率，再通過(guò)積分和乘法運(yùn)算得到電壓電流和功率的有效值。

2 測(cè)試系統(tǒng)的溯源校準(zhǔn)

2.1 參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備

電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)多采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)集中控制，測(cè)量檢驗(yàn)采用模塊化組合和分布式多計(jì)算機(jī)處理的設(shè)計(jì)方式，因此各個(gè)測(cè)試單元相互獨(dú)立。在對(duì)其進(jìn)行溯源校準(zhǔn)時(shí)，可根據(jù)各個(gè)參數(shù)的指標(biāo)，選取適用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和合適的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，分項(xiàng)開(kāi)展量值校準(zhǔn)工作[4]。

根據(jù)各個(gè)測(cè)試項(xiàng)目的試驗(yàn)參數(shù)，選取相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，參考規(guī)范的要求進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的測(cè)量。工頻耐壓校準(zhǔn)主要依據(jù)JJG 795-2004《耐電壓測(cè)試儀》檢定規(guī)程；絕緣測(cè)試校準(zhǔn)主要依據(jù)JJG 1005-2005《電子式絕緣電阻表》檢定規(guī)程；直流低電阻校準(zhǔn)主要依據(jù)JJG 724-J91《直流數(shù)字歐姆表》檢定規(guī)程；匝間沖擊校準(zhǔn)主要參考JB/T 7080-90《繞組匝間沖擊電壓試驗(yàn)儀》；空載電參數(shù)校準(zhǔn)主要參考GJB/J 5857-2006(K) 《交流標(biāo)準(zhǔn)功率源》檢定規(guī)程和GB/T 1032-2005《三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法》。

根據(jù)電機(jī)出廠的測(cè)試項(xiàng)目所需要的溯源量值參數(shù)及表1的系統(tǒng)通用的技術(shù)指標(biāo)，選取對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)器，如表2所示。

表1 系統(tǒng)通用的技術(shù)指標(biāo)要求

表2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)器的技術(shù)指標(biāo)

2.2 溯源校準(zhǔn)的硬件連接

電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和自動(dòng)狀態(tài)這兩種測(cè)試狀態(tài)，并且在這兩種狀態(tài)下還存在單相測(cè)試和綜合測(cè)試的選擇方式，為了保證各個(gè)項(xiàng)目的獨(dú)立校準(zhǔn)，都是處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)和單相狀態(tài)下進(jìn)行溯源校準(zhǔn)的。系統(tǒng)一般具有單三相通用的輸出端口，具有三相四線線制的A、B、C、N四條引線，測(cè)試過(guò)程中根據(jù)要求分別校準(zhǔn)各線之間的量值。電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)溯源校準(zhǔn)原理如圖2所示。

圖2 電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)溯源校準(zhǔn)原理示意圖

2.3 測(cè)試系統(tǒng)溯源校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)

保證參考標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備與被檢測(cè)試系統(tǒng)可靠連接后，通過(guò)操作測(cè)試系統(tǒng)的操作軟件，實(shí)現(xiàn)所需測(cè)試狀態(tài)的輸出控制，實(shí)時(shí)采樣系統(tǒng)輸出值，與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備比對(duì)，得出其量值誤差，分項(xiàng)完成各個(gè)參數(shù)項(xiàng)目的溯源校準(zhǔn)。參考各標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，結(jié)合表1提及的參數(shù)，選取適合的校準(zhǔn)點(diǎn)，以滿足量值的全量程覆蓋，確保溯源校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性、可靠性和適用性。

交流電壓的量值溯源所選取的校準(zhǔn)點(diǎn)一般為1 000 V、1 800 V、2 000 V、2 500 V、3 000 V、4 000 V、5 000 V；漏電流的量值溯源所選取的校準(zhǔn)點(diǎn)一般為0.5 mA、l mA、2 mA、5 mA、10 mA、20 mA。為了消除因輸出線間引起的電流泄漏即本底泄漏，進(jìn)行測(cè)試時(shí)應(yīng)保持輸出端A、B、C、N處于開(kāi)路狀態(tài)。

絕緣電阻的量值溯源所選取的校準(zhǔn)點(diǎn)一般為5 MΩ、10 MΩ、20 MΩ、50 MΩ、100 MΩ、200 MΩ、500 MΩ、1 000 MΩ。在測(cè)試過(guò)程中因輸出端引線引起的誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大，為了消除引線的引入誤差，測(cè)試前應(yīng)先在輸出端A、B、C、N處于短接狀態(tài)下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

直流低電阻的量值溯源所選取的校準(zhǔn)點(diǎn)一般為0.1 Ω、0.5 Ω、1 Ω、5 Ω、10 Ω、50 Ω、100 Ω、200 Ω、500 Ω、1 000 Ω、4 000 Ω。測(cè)試前應(yīng)先在輸出端A、B、C、N處于短接狀態(tài)下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。再分別對(duì)AB、AC、BC三個(gè)線路間的R1、R2、R3電阻進(jìn)行校準(zhǔn)。

匝間沖擊的量值溯源所選取的校準(zhǔn)點(diǎn)一般為整點(diǎn)：1 kV、1.5 kV、2 kV、2.5 kV、3 kV、3.5 kV、4.5 kV?？紤]到匝間高壓在電機(jī)各匝相間切換時(shí)，高壓脈沖可能會(huì)由探頭的低端串進(jìn)到示波器，從而擊穿示波器。因此在進(jìn)行匝間沖擊波形測(cè)量時(shí)，可通過(guò)直接測(cè)量測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部的匝間沖擊波形發(fā)生器的輸出得到量值。

空載電參數(shù)的量值溯源包括電壓、電流、功率、功率因數(shù)和頻率，根據(jù)運(yùn)行電機(jī)的具體情況，其電壓和電流的量值溯源所選取的校準(zhǔn)量程一般為60 V、100 V、220 V、380 V、500 V；0.1 A、0.5 A、1 A、10 A、40 A；功率因數(shù)的校準(zhǔn)點(diǎn)一般取0.8C、0.5C、1.0、0.5L、0.8L；頻率的校準(zhǔn)點(diǎn)一般取45 Hz、50 Hz、55 Hz、60 Hz、65 Hz。功率量值的校準(zhǔn)點(diǎn)由電壓、電流和功率因素組合確定[5]。

2.4 參數(shù)量值的校準(zhǔn)糾偏

在電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)溯源校準(zhǔn)時(shí)，往往達(dá)不到其規(guī)定的準(zhǔn)確度要求，因此在其溯源校準(zhǔn)過(guò)程中，當(dāng)實(shí)測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)偏差不大時(shí)，可通過(guò)調(diào)整各參數(shù)的系數(shù)來(lái)糾正偏差。通?？梢栽贑盤(pán)目錄下找到電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)的安裝目錄“C：電機(jī)出廠”，在目錄下有RES-CS.txt文件，此文件即為測(cè)試系統(tǒng)各參數(shù)的系數(shù)調(diào)整的文件。

以國(guó)內(nèi)占有量較多的某款電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)為例，其系數(shù)調(diào)整文件如圖3所示。其中R1～R6作為直流低電阻的調(diào)整系數(shù)，其各個(gè)量程分別為：0.002～0.02 Ω、0.02～0.2 Ω、0.2～2 Ω、2～20 Ω、20～200 Ω、200～2 000 Ω；MR是絕緣電阻的調(diào)整系數(shù)；SG是匝間沖擊電壓的調(diào)整系數(shù)；X1～X6作為泄漏電流的調(diào)整系數(shù)，通常滿量程為100 mA，其各個(gè)量程分別為：0～2 mA、2～5 mA、5～10 mA、10～20 mA、20～50 mA、50～100 mA。

圖3 測(cè)試系統(tǒng)各參數(shù)的系數(shù)調(diào)整文件

通過(guò)調(diào)整各參數(shù)的系數(shù)，能夠?qū)^緣電阻測(cè)試、直流低電阻測(cè)試、工頻耐壓測(cè)試和匝間沖擊測(cè)試進(jìn)行調(diào)小幅糾差。而空載電參數(shù)測(cè)試則無(wú)法通過(guò)系數(shù)調(diào)整來(lái)糾正偏差，需要通過(guò)電路板上的電位器進(jìn)行相應(yīng)的硬件調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其各測(cè)量單元的功能和工作原理，結(jié)合各參數(shù)的通用技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)要求，提出此類(lèi)測(cè)試系統(tǒng)的溯源校準(zhǔn)方法，推選合適的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器和量值校準(zhǔn)點(diǎn)，并介紹了系統(tǒng)量值的校準(zhǔn)糾偏的方法。電機(jī)出廠綜合測(cè)試系統(tǒng)量值溯源的校準(zhǔn)，保證了參數(shù)量值的準(zhǔn)確計(jì)量，滿足了電機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的需要。

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Research on the traceability calibration of the integrated test system for the motor factory inspection

Shen Mingyan1，Yuan Weijie2，Xiao Nali1，Huang Changhao1

（1.Fujian Metrology Institute；2.Jiangxi Ruilin Electric Automation Co., Ltd）

The purpose of this article is to discuss the problem of traceability calibration of the integrated test system for the motor factory inspection.Based on the structure, function and principle of the integrated test system of the motor factory inspection, according to the technical indexes required for the factory inspection of the motor, select the appropriate calibration standard and standard equipment, combine the working principle of the test system and the required value of each parameter.The method of traceability calibration and the selection of the calibration point of the test system are described in detail, and the method of measuring the value correction of the test system in the calibration process is introduced.The calibration method proposed in this paper can solve the problem of traceability for this kind of the integrated test system and meet the measurement demand of the products of the production enterprise.

motor; factory inspection; test system; traceability; calibration