上海亿绪电机测控科技有限公司   杨建

专家介绍：原国家中小型电机及系统研究中心 （电机检测资深专家）
原上海电器科学研究所（集团）有限公司 （高级工程师）
原上海跃进电机厂检测设备部（科长）

一、前言
电机检测设备的使用方（通常是电机制造厂或电机修理厂）希望得到一套电机试验设备，用于检测自己制造或维修的电机产品，电机制造设备制造方希望为使用方提供一套合适的产品。但由于电机检测设备并不是一种标准设备，它的情况千变万化，在定制时需要非常专业的描述。而现实的情况是使用方往往不能足够准确、完整地描述自己的需求，或者使用方以为自己说得足够明白了，但制造方的理解与其并不相同。使用方和制造方很难在一开始将所有细节都约定好，这就导致签的合同很粗糙，一方面为后来纠纷埋下了隐患，另一方面，产品的性能也未必符合使用方的原意。造成制造方努力提供的产品不能或不能完全满足使用方的要求。本文的目的意在尽量地降低这种粗糙，希望提供一个尽可能较全面的常规框架，方便使用方和制造方的沟通。
本文主要探讨三相（兼顾单相）鼠笼式异步电动机，其它电机也可参考。
二、描述被测电机概况
☆勾通被测电机的适用标准和试验方法
对占市场绝大部分的常见电机，如：直流电动机、直流发电机、交流异步电动机、交流同步电动机、交流同步发电机……只要准确说明是何种电机，制造方一般都会明白。但一些不太常见的电机，如：振动电机、电梯曳引机等冷门电机，制造方不一定有其试验方法标准，一般由使用方提供。还有一些没有试验方法国家标准的，就需要使用方提供试验大纲或相应的技术条件之类的技术协议，或者与设备制造方共同商议。
☆被测电机的大小
电机检测设备的使用方一般喜欢用电机的中心高来描述自己生产的电机的大小，这种考虑可能是基于自己设备的生产能力。但设备制造方更希望用电流来描述被测电机的大小，包括堵转电流和空载电流。一般认为这两种描述是可以相互换算的，历史上也曾确实如此。不幸的是现在情况发生了变化，许多设备使用方都在不断地挖掘自己生产的电机产品的潜力，如：加长铁芯，进行电机扩容。不少厂家生产的电机已经比型谱大了一个甚至二个（或以上的）功率等级。这就使设备使用方和生产方对同一中心高的电流预期有了各自不同的理解，造成产品验收时的矛盾。所以，若使用方与生产方如约定以中心高作为电机的大小的描述方法时，应附加说明此中心的大功率。
☆被测电机的额定电压
电机检测设备的使用方通常会将其可能的使用电压统统考虑在计划中，但这通常会明显增加设备的制造成本，所以在提出电压要求时，必需对自己的需求与价格期望有一个纠结的取舍。因此，将自己的需求与对价格的期望充分地告诉制造方，与制造方协商一个合理的电压解决方案，通常是取得双赢的关键一步。当然，这需要被选中的制造方具有足够的经验和智慧。
☆描述电流与电压时需要注意的问题
电机检测设备中重要关键问题之一是电源方案。这是决定系统成本或性价比的关键因素。电源的成本与电源的功率成正比，若电机检测设备的使用方提出了一个多电压测试系统的需求，就有必要分别对每个电压提出具体的电流（或功率）要求。通常来说，高压电机电流小，低压电机电流大，如果笼统地只提系统的电压和电流，会造成测试系统的电源功率不合理地增大，对制造方来说提高了成本，对使用方来说没有使用价值，只能是浪费。只有充分说明使用方对电源的需求，制造方才有可能提出合理的电源方案。
☆被测电机的功率
电机检测设备的使用方常以功率来描述电机的大小，通常情况下这是没问题的。但若碰到一些有特殊情况的电机（如：机械结构上有特殊——有较高密封要求的电机），其本身的机械阻力较大，启动时间与空载电流都比正常电机要大。所以，制造方还是希望使用方尽可能用电流而不是功率来描述电机的大小，若一定要用功率来描述，应对可能的特殊情况进行事先提醒。电流问题牵涉到电源（包括变压器）的大小，缆线的粗细，接触器的大小，甚至柜壳的结构大小，等到设备造好后，就木已成舟，很难更改了。问题是使用方往往意识不到其电机的特殊性，故在此提出，以引起双方的注意。
☆电机引出线接法
电机检测设备使用方的普通电机产品在测试时是只接3端还是接6端（若单相电机，相应为接2端还是接4端。因为有主副线圈，还有3端选项）若是3端引出的电机，测试时自然只能接3端；若是6端引出的电机，测试时已作△/Ｙ连接的，也只用3端接法；未作连接的可用6端接法，也可用3端接法。3端接法的电机，在电阻测试时只能直接测线电阻，在绝缘、耐压试验时只能进行相对地的试验。而6端接法的电机，在电阻测试时除了能直接测量相电阻外，还能在作△/Ｙ连接后直接测线电阻。在绝缘、耐压试验时不仅能进行相对地的试验，还能进行相对相的试验。匝间试验时，虽然3端接法不存在相间、相地问题（都可做），但6端接法时多了一个相接法的选择。但6端接法也有其缺点，一方面会增加使用方生产工艺或设备的复杂性。因电机在未进行△/Ｙ连接前，不能进行电机的堵转、空载试验，有出线端子板的电机或将安装联接片的工序放到电阻测量和绝缘、耐压试验后进行，即增加后安装工序，使原来能一次完成的安装工序拆成需要二次完成，使工作量增加。或增加△/Ｙ切换回路，增加设备的复杂性。另一方面复杂的设备，会因增加切换回路而导致电阻（因接触电阻增加）、绝缘（因漏电回路增加）测试的性能下降和设备体积的增大、设备成本的增加。所以，这需要使用方斟酌。 
在当前中国制造国际化的背景下，国内还有生产NEMA电机、北美倍压关系的电机等，有ＹＹ、Ｙ△、9头、12头……等电机，需要使用方事先特别说明。
三、描述厂商（使用方）概况
☆修理厂还是制造厂
电机检测设备的使用方是电机的制造厂还是电机的修理厂，对设备的要求和使用有很大的不同。
☆生产当量（电机检测设备的日检测量，也可简单理解为“产量”）
设备的日检测量对电机检测设备的结构方案有很大的关系。每一种检测设备的方案都有它的检测量，超过这个值，就应该修改方案。所以这对电机检测设备的制造方来说是个很重要的信息。
☆使用环境
电机检测设备是使用在流水线上还是非流水线上，是单台流水线还是批量流水线， 流水线是机动的还是手推的， 流水线上有否随行板，随行板是接地的还是绝缘的，甚至流水线的结构（流水线下是否有设备安装空间等）都会影响到检测设备的方案设计。故此，这也是应该向制造方交待清楚的重要信息。
☆使用现场的电源条件
电机检测设备使用方提供电机试验现场电源的电压、允许使用的容量或电流限值（若要选做短时过电压试验时，有条件的话请提供3分钟短时供电容量限值）等。
☆设备使用者（的经验）概况
电机检测设备潜在的使用者是在电机试验岗位工作三年以上的熟练工，还是在电机试验岗位工作一年以上的熟练工，还是经岗位培训后的新工人，或者是未经培训的新工人。这个信息对系统操作性的设计有很大的关系。对于没有经验的操作者，系统需要设计成“傻瓜”型，而对于经验丰富的操作者，系统要留有更多自由操作的空间。这是一对相互矛盾的需求，使用方必须根据自己目前和不远的将来的情况，合理地提出自己的需求，以期达到的使用效果。这种选择还可能会影响到设备的性价比，一般来说，“傻瓜”型的软件成本要高不少，自由操作型的硬件成本略高些。
四、描述对设备的期望概况
☆电源方案
电源是电机检测设备中重要的部件之一，也是对设备成本影响的部件。在出厂试验设备中常见的有：
直接使用工频电网作电源，
●工频电网经调（变）压器作电源，
●电动－发电机机组电源，
●静止（变频器）电源。这些电源的性能和价格各不相同，使用方必须根据自己的情况作出舍取。
☆工频电网方案
    简单，成本低，过载能力强，不能调压，不能调频，基本免维护。
☆调（变）压器方案（若有需要，调压器可配精细调节功能）
    调（变）压器方案完整地说应为工频电网经调（变）压器作电源。
较简单，成本较低，过载能力较强，可调压，不能调频，维护简单；该方案又可分为：
○双调压器方案
    两个调压器，一为空载电源，一为堵转电源。一次性调好，必要时精调。适用于大批量电机的检测。
○调压器+变压器方案
    双调压器方案的派生。变压器专供堵转。堵转电压受空载电压牵制，特性同双调压器。但启动特性好，成本低于双调压器。
○单调压器方案
    每检测一台电机，调压器至少要调节两次。一次为堵转，一次为空载。适用于产量较低的场合，设备投资低。
○抽头变压器方案
    适用于电机额定电压较少的使用方，特别是只生产380V电机的。
☆电动－发电机机组方案
    较复杂，成本较高，过载能力一般，可调压，可调频，维护较复杂；适用于异频、异压电机高质量试验的要求。一般附加有正弦、稳频、稳压要求。
若采用机组的话，当前流行的用法是用变频器驱动同步（或异步）电动机，达到稳频；再用电动机驱动正弦输出的同步发电机作输出，并通过励磁调整电压。
☆静止电源（变频器电源）方案
    设计是要考虑多方面因素，成本高，过载能力差，需专业人员维护。优点：可方便准确地分开独立调压，调频。
需要指出的是：不是所有的变频器都可用来做电机试验的电源的。只有那些电压、频率分别独立可调，输出基本接近正弦波的变频器才被叫做“静止电源”，可以用作电机试验电源。静止电源是一种新电源，它有许多特性还不为大家熟悉，在此稍作介绍。
静止电源的控制回路本身是一种数字电路，因此它天生具有数字设备常见的优点和缺点，虽然它可方便地与计算机结合，但使用方和制造方还是应重视在方案设计初期就协商好测试系统与静止电源间的控制方案。为减少一般变频器都有的谐波干挠，通常配有能把谐波滤除到符合电机试验要求的输出滤波器。为保证电源输出的频率响应指标，这种滤波器通常选用空心电感器，而这样的器件构成的滤波器，其体积通常要大于变频器本身。使用方在规划场地时，要记得为其留出位置。静止电源的过载能力很差，在制定方案时希注意考虑。要预作考虑的还有要留足维护更新费用，因电子类产品的更新周期一般较短。另外，静止电源通常套用变频器的使用说明书，但其在电机试验中的用法与常规变频器或常规电源的用法多有不同。希望能引起注意。
一般来说，试验质量的当数机组；对需要调频调压的，使用方便的是静止电源；使用广泛的是调压器；性价比高的是变压器，但一般只适合仅生产一种电压（如380V）电机的使用方法。
有一个问题常常被大家忽视，就是电源对三相平衡度测量的影响。优质的静止电源和机组电源对电流三相平衡度的测量影响较小，通常在百分之零点几的数量级，更精确地说可以＜0.5%。常见的感应调压器本身带来的附加三相不平衡度也不大，但因其输入端通常接的是工频电网电源，所以对三相平衡度测量的影响主要取决于电网电源。变压器由于其铁芯磁路的不对称所造成的不平衡，会对三相平衡度的测量造成影响，带来的附加三相不平衡度可能会达到2.5%。电网电源对电机三相平衡度的测量会造成较大的影响，因其网路负载平衡的不确定性，其对电机三相平衡度测量造成影响也不容易确定。若使用方对电机三相平衡度的测量结果有较高的要求，在制定电机试验电源方案时，必须向设计制造方提出明确的要求，慎重加以综合考虑。

☆测试工位数量
确定电机检测设备的测量工位数量，看似是个很容易决定的事，其实不然。若签技术协议时没考虑周全，等到发现问题时设备大多已基本成形，改动困难。决定工位数量和形式，要考虑的问题有：日产量的大小；安装线的型式。常见的有：单工位型、多工位不同容量型、 多工位同容量型、批量流水线型。
单工位型：仅适用于极简易的出厂试验设备或单一产品的流水线，很少用。
多工位不同容量型：小型出厂试验设备推荐的主流形式。既适用于非流水线形式，也适用于流水线形式。这种形式实际上是单工位型的改进型，因为许多时候，测试任务对工位数的要求不高，只要一个就够了，但问题是电机有不同大小，一个工位只能接一组输出线，粗线塞不进小电机的接线盒，细线经不起大电机的测试电流。在同一输出桩头上并联不同粗细的几组线不够安全，根据不同电机在输出桩头上换接不同粗细线又不够方便。所以需要这种将一个测量回路换接到大小不同的几个接触器上输出的多工位不同容量型输出型，以适用于不同大小电机的测试任务。在这种形式中，常见的是（大、中、小）三工位型。对大多数使用方来说，该方式足以满足产量的需求。
多工位同容量型：常用于分工较细的流水线，一般带有多工位巡回检测功能。根据巡回方式的不同，又可分为按项目巡回（所有工位的同一项目测完后再测下一项目）和按工位巡回（一个工位的全部项目测完后再测下一工位）。
批量流水线型：是多工位同容量型的专用型。为取更好的性价比，工位数常取2的幂指数倍，如2、4、8、16……等。
☆单个工位的输出结构
单个工位的输出结构与被试电机及测试项目有关。因具体电机品种繁多，情况复杂，这里仅对占绝大多数的、普通三端输出的电机稍作讨论。
若使用方只要求测试电机的堵转与空载，每个工位的输出仅需三根输出电线；但当电机需要测量冷态直流电阻时，因电机属低电阻，要用四线法测量，每个工位的输出就需要增加到六根电线。有的使用方嫌麻烦，愿意放弃部分性能指标，要求制造方每个工位仍釆用三根线输出方案也是有的。
输出时还应考虑是否需要短路保护。被试电机的电源接入是一种临时性的接电过程。为方便，许多时侯采用夹子的方式接入，难免有夹子没有夹稳的时候；电机启动或电压切换时多少总有点振动或者晃动，（特别是立式电机），夹子跳脱是常有的事；即便是用连接头方式接入，由于接入角度没注意好，铜接头之间相碰也是常有的事（别过份相信铜接头外包的绝缘，磨擦、磕碰、发烫、刺伤都会造成它的损伤）；因螺丝没压紧，电机开动时接头在电缆重力的作用下发生旋转移位的情况也不是没有。所以，碰线短路在电机出厂试验中是常见的事。由于不少电机出厂试验设备需要测量的电流范围很宽，因此如何对如此宽范围的电流进行短路保护比想象中的要困难得多，成本也比想象中的要大。由于现在的设备采购多采用竞标的方式，又往往采用低价中标，短路保护这个重要的环节常常被忽略或者被捣浆糊。有的用过电流保护替代，有的用熔断器（三相不能同时切断，同样可能引发严重后果），有的用山寨器件（那只是装门面，等于没用），有的干脆省略。有的制造方可能是因为经验不足，不够重视；有经验的制造方可能是为成本所迫（也不排除是使用方因经费压力而压低采购成本），不得已而为之。考虑到没有短路保护的设备在发生短路故障时可能会引发一些严重的后果，使用方应权衡利弊，在成本与性能质量中做个平衡，并明确告诉制造方。
检测设备输出线与电机的连接方式虽说只是细支未节，但也是单个工位输出结构要约定的内容之一。连接可以用夹子、联接片……。夹子还分铜质、铁质、两线法（测电阻）用的、四线法（测电阻）用的……。联接片也要考虑用直形还是钩形、用普通螺丝压紧还是特殊螺丝压紧等。这些问题牵涉到性能、工作效率、成本等问题，由使用方与制造方事先商妥。
☆关于计量方面的要求
电机检测设备中的仪器仪表是可能有计量方面的要求的。电机检测设备的使用方若确实有此方面的要求，应在技术协议中提出，否则可能出现使用方意想不到的问题。如：仪表结构非独立，拆下后不能组成独立的仪表供计量；采用虚拟仪表，计量部门目前还未开展此项业务；互感器被铜排穿死，无法取下送计量等。因为现在大家都在追求经济效益，如果技术协议中没有对此进行约束，制造方很可能为节省成本采用简单的处理原则，不一定能符合使用方的原意。

 关于外观
不同的电机检测设备使用方对设备的外观有不同的需求。有要求豪华气派的，有要求简约节省的，有要求现代的，有要求古典的，有要求设计方提出数个方案供挑选的，有随便设计方设计的，总之得有个说法。颜色也是要在技术协议中明确的选项之一。有些使用方有自己公司统一的系统色调，就应该在技术协议中明确写明，并提供色板。若是对柜、台的式样有要求，也应在技术协议中明示。
五、对试验项目要求的描述
电机品种繁多，不同的电机对试验项目的要求不尽相同。这里只就常规的测试项目加以讨论，有特殊试验项目的，还请使用方和制造方另外详加讨论。
电机出厂试验中各项试验的先后顺序本无硬性规定。既便在试验方法中有所规定，那也主要是针对电机的型式试验，在出厂试验中，大多数厂家在实际工作中未必照此执行。大多数厂家在自己的生产实践中，从质量、工艺、效益的角度出发，形成一个习惯顺序。即：冷态直流电阻测量－绝缘电阻测量－（<冷>耐压试验）－（匝间试验）－堵转试验－（空运转）－空载试验－（<热>耐压试验）。
注：（）内的项目，部分厂家作选做项；<冷>、<热>耐压试验，详见耐压试验部分。
在上述过程中有一个一次接线还是二次接线的问题。一次接线是电机生产厂常用的方式。试验前,电机已作△/Y联结，一次接线完成全部试验项目。优点是方便高效。缺点是不能做相间项目。二次接线是电机修理单位和部分要求较高的电机生产厂选用的方式。第一次接线在前装配工序完成后，电机未作△/Y联结，可进行电阻测量、绝缘、耐压、匝间试验。其中的电阻测量可测相电阻；绝缘、耐压试验不但要做相地测试，还要做相间测试；匝间试验常选相接法（当然也可选线接法）。第一次试验完成后，进入联接片安装工序（后装配工序），再经第二次接线，（此时，电机已作△/Y联结），进行堵转、空运转、空载试验。优点是使用灵活，缺点是生产效率低，不适用于大批量生产。
在上述过程中还有一个启动次数问题。通常，电机在堵转过程中启动，在空运转或空载过程中转为全压运转，整个试验过程就启动一次。但也有因电机特点、工艺流程及设备特性等问题，让电机分别在堵转、空运转、空载过程中各启动一次的。这种差别会影响到电机检测设备的控制回路，请使用方在技术协议阶段充分与制造方沟通。
☆测电阻(冷态直流电阻测量)
电阻测量本来好象不是一件难事，但很多情况下因电机的电阻小于1欧，而测量用的测试线的接触电阻常常要达到0.3~0.8欧的水平，这就使电机电阻的测量必须要用四线法，比平常多了一倍的线。若不是直接用电阻表测量，而是用电机检测设备进行自动测量，因测量设备中存在大量的切换电器，可能会又凭空增加了许多接触电阻，这就给设备的设计和制造（特别是制造工艺）带来了不小的挑战。低压大电机除了电阻小，电感成份在电抗中占的比重L/R往往比小电机大很多，特别是大功率（H400以上）电机。许多电阻表在大电感电机前败下阵来，就连一些进口的高精度的通用电阻表都难逃恶运。于是乎,电阻测量成了电机检测设备制造中的一大难点。
使用方需要告诉制造方将来要测量的电机的电阻范围（如果有电感范围那会更好），制造方也可根据使用方提供的电机大小（型谱）大致估计上述参数。比电阻范围更重要的是要告诉制造方你对电阻测量结果的期望，也就是要求电阻测量结果好到什么程度。因为一般的电阻计量精度对电机出厂试验的意义并不大，对电机试验而言，重要的是精密度，换句话说，就是重复测量结果的一致性。要告诉制造方，是要求重复测量结果的前两位数字不变、还是前三位数字不变、甚至是前四位数字不变。再进一步，可以要求变化的那位数字的变化量不得大于五、或者不得大于三、甚至不得大于二或一。这些要求可能会提高设备的制造成本，请使用方权衡。
另外，电阻测量结果的显示方式也是使用方要事先考虑的问题。因显示方式的更改意味着编程的返工，既会影响显示界面的美观，也有着增加潜在差错的可能。显示三相电阻测量值是简单的一种显示方式，直观（和电阻表上显文的数值完全相同），但並不实用；比较实用的是显示电阻的三相平均值和电阻的三相不平衡度，很容易直接凭此判断电机的合格与否，但这些值电阻表上不一定有；再将电阻值折算到20℃时的值，因为电机绕组的电阻值会随温度而变化，如果不折算到一个标准温度时的值，进行合格与否的判断会比较费劲。但将上述各值都显示在同一屏幕上，又会显得太多太乱，突不出重点。所以需要使用方事先加以舍取。目前国内从事专业技术研究的设备制造厂家不多，能做好的更少，上海亿绪电机测控科技有限公司通过多年的研发使设备的重复性、准确性、可靠性得到了有效的提高。
（待续）

                            上海亿绪电机测控科技有限公司
                                        杨 建