上海億緒電機測控科技有限公司   楊建

專家介紹：原國家中小型電機及系統研究中心 （電機檢測資深專家）
原上海電器科學研究所（集團）有限公司 （高級工程師）
原上海躍進電機廠檢測設備部（科長）

一、前言
電機檢測設備的使用方（通常是電機制造廠或電機修理廠）希望得到一套電機試驗設備，用于檢測自己制造或維修的電機產品，電機制造設備制造方希望為使用方提供一套合適的產品。但由于電機檢測設備并不是一種標準設備，它的情況千變萬化，在定制時需要非常專業的描述。而現實的情況是使用方往往不能足夠準確、完整地描述自己的需求，或者使用方以為自己說得足夠明白了，但制造方的理解與其并不相同。使用方和制造方很難在一開始將所有細節都約定好，這就導致簽的合同很粗糙，一方面為后來糾紛埋下了隱患，另一方面，產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產品不能或不能完全滿足使用方的要求。本文的目的意在盡量地降低這種粗糙，希望提供一個盡可能較全面的常規框架，方便使用方和制造方的溝通。
本文主要探討三相（兼顧單相）鼠籠式異步電動機，其它電機也可參考。
二、描述被測電機概況
☆勾通被測電機的適用標準和試驗方法
對占市場絕大部分的常見電機，如：直流電動機、直流發電機、交流異步電動機、交流同步電動機、交流同步發電機……只要準確說明是何種電機，制造方一般都會明白。但一些不太常見的電機，如：振動電機、電梯曳引機等冷門電機，制造方不一定有其試驗方法標準，一般由使用方提供。還有一些沒有試驗方法國家標準的，就需要使用方提供試驗大綱或相應的技術條件之類的技術協議，或者與設備制造方共同商議。
☆被測電機的大小
電機檢測設備的使用方一般喜歡用電機的中心高來描述自己生產的電機的大小，這種考慮可能是基于自己設備的生產能力。但設備制造方更希望用電流來描述被測電機的大小，包括堵轉電流和空載電流。一般認為這兩種描述是可以相互換算的，歷史上也曾確實如此。不幸的是現在情況發生了變化，許多設備使用方都在不斷地挖掘自己生產的電機產品的潛力，如：加長鐵芯，進行電機擴容。不少廠家生產的電機已經比型譜大了一個甚至二個（或以上的）功率等級。這就使設備使用方和生產方對同一中心高的電流預期有了各自不同的理解，造成產品驗收時的矛盾。所以，若使用方與生產方如約定以中心高作為電機的大小的描述方法時，應附加說明此中心的大功率。
☆被測電機的額定電壓
電機檢測設備的使用方通常會將其可能的使用電壓統統考慮在計劃中，但這通常會明顯增加設備的制造成本，所以在提出電壓要求時，必需對自己的需求與價格期望有一個糾結的取舍。因此，將自己的需求與對價格的期望充分地告訴制造方，與制造方協商一個合理的電壓解決方案，通常是取得雙贏的關鍵一步。當然，這需要被選中的制造方具有足夠的經驗和智慧。
☆描述電流與電壓時需要注意的問題
電機檢測設備中重要關鍵問題之一是電源方案。這是決定系統成本或性價比的關鍵因素。電源的成本與電源的功率成正比，若電機檢測設備的使用方提出了一個多電壓測試系統的需求，就有必要分別對每個電壓提出具體的電流（或功率）要求。通常來說，高壓電機電流小，低壓電機電流大，如果籠統地只提系統的電壓和電流，會造成測試系統的電源功率不合理地增大，對制造方來說提高了成本，對使用方來說沒有使用價值，只能是浪費。只有充分說明使用方對電源的需求，制造方才有可能提出合理的電源方案。
☆被測電機的功率
電機檢測設備的使用方常以功率來描述電機的大小，通常情況下這是沒問題的。但若碰到一些有特殊情況的電機（如：機械結構上有特殊——有較高密封要求的電機），其本身的機械阻力較大，啟動時間與空載電流都比正常電機要大。所以，制造方還是希望使用方盡可能用電流而不是功率來描述電機的大小，若一定要用功率來描述，應對可能的特殊情況進行事先提醒。電流問題牽涉到電源（包括變壓器）的大小，纜線的粗細，接觸器的大小，甚至柜殼的結構大小，等到設備造好后，就木已成舟，很難更改了。問題是使用方往往意識不到其電機的特殊性，故在此提出，以引起雙方的注意。
☆電機引出線接法
電機檢測設備使用方的普通電機產品在測試時是只接3端還是接6端（若單相電機，相應為接2端還是接4端。因為有主副線圈，還有3端選項）若是3端引出的電機，測試時自然只能接3端；若是6端引出的電機，測試時已作△/Ｙ連接的，也只用3端接法；未作連接的可用6端接法，也可用3端接法。3端接法的電機，在電阻測試時只能直接測線電阻，在絕緣、耐壓試驗時只能進行相對地的試驗。而6端接法的電機，在電阻測試時除了能直接測量相電阻外，還能在作△/Ｙ連接后直接測線電阻。在絕緣、耐壓試驗時不僅能進行相對地的試驗，還能進行相對相的試驗。匝間試驗時，雖然3端接法不存在相間、相地問題（都可做），但6端接法時多了一個相接法的選擇。但6端接法也有其缺點，一方面會增加使用方生產工藝或設備的復雜性。因電機在未進行△/Ｙ連接前，不能進行電機的堵轉、空載試驗，有出線端子板的電機或將安裝聯接片的工序放到電阻測量和絕緣、耐壓試驗后進行，即增加后安裝工序，使原來能一次完成的安裝工序拆成需要二次完成，使工作量增加。或增加△/Ｙ切換回路，增加設備的復雜性。另一方面復雜的設備，會因增加切換回路而導致電阻（因接觸電阻增加）、絕緣（因漏電回路增加）測試的性能下降和設備體積的增大、設備成本的增加。所以，這需要使用方斟酌。 
在當前中國制造國際化的背景下，國內還有生產NEMA電機、北美倍壓關系的電機等，有ＹＹ、Ｙ△、9頭、12頭……等電機，需要使用方事先特別說明。
三、描述廠商（使用方）概況
☆修理廠還是制造廠
電機檢測設備的使用方是電機的制造廠還是電機的修理廠，對設備的要求和使用有很大的不同。
☆生產當量（電機檢測設備的日檢測量，也可簡單理解為“產量”）
設備的日檢測量對電機檢測設備的結構方案有很大的關系。每一種檢測設備的方案都有它的檢測量，超過這個值，就應該修改方案。所以這對電機檢測設備的制造方來說是個很重要的信息。
☆使用環境
電機檢測設備是使用在流水線上還是非流水線上，是單臺流水線還是批量流水線， 流水線是機動的還是手推的， 流水線上有否隨行板，隨行板是接地的還是絕緣的，甚至流水線的結構（流水線下是否有設備安裝空間等）都會影響到檢測設備的方案設計。故此，這也是應該向制造方交待清楚的重要信息。
☆使用現場的電源條件
電機檢測設備使用方提供電機試驗現場電源的電壓、允許使用的容量或電流限值（若要選做短時過電壓試驗時，有條件的話請提供3分鐘短時供電容量限值）等。
☆設備使用者（的經驗）概況
電機檢測設備潛在的使用者是在電機試驗崗位工作三年以上的熟練工，還是在電機試驗崗位工作一年以上的熟練工，還是經崗位培訓后的新工人，或者是未經培訓的新工人。這個信息對系統操作性的設計有很大的關系。對于沒有經驗的操作者，系統需要設計成“傻瓜”型，而對于經驗豐富的操作者，系統要留有更多自由操作的空間。這是一對相互矛盾的需求，使用方必須根據自己目前和不遠的將來的情況，合理地提出自己的需求，以期達到的使用效果。這種選擇還可能會影響到設備的性價比，一般來說，“傻瓜”型的軟件成本要高不少，自由操作型的硬件成本略高些。
四、描述對設備的期望概況
☆電源方案
電源是電機檢測設備中重要的部件之一，也是對設備成本影響的部件。在出廠試驗設備中常見的有：
直接使用工頻電網作電源，
●工頻電網經調（變）壓器作電源，
●電動－發電機機組電源，
●靜止（變頻器）電源。這些電源的性能和價格各不相同，使用方必須根據自己的情況作出舍取。
☆工頻電網方案
    簡單，成本低，過載能力強，不能調壓，不能調頻，基本免維護。
☆調（變）壓器方案（若有需要，調壓器可配精細調節功能）
    調（變）壓器方案完整地說應為工頻電網經調（變）壓器作電源。
較簡單，成本較低，過載能力較強，可調壓，不能調頻，維護簡單；該方案又可分為：
○雙調壓器方案
    兩個調壓器，一為空載電源，一為堵轉電源。一次性調好，必要時精調。適用于大批量電機的檢測。
○調壓器+變壓器方案
    雙調壓器方案的派生。變壓器專供堵轉。堵轉電壓受空載電壓牽制，特性同雙調壓器。但啟動特性好，成本低于雙調壓器。
○單調壓器方案
    每檢測一臺電機，調壓器至少要調節兩次。一次為堵轉，一次為空載。適用于產量較低的場合，設備投資低。
○抽頭變壓器方案
    適用于電機額定電壓較少的使用方，特別是只生產380V電機的。
☆電動－發電機機組方案
    較復雜，成本較高，過載能力一般，可調壓，可調頻，維護較復雜；適用于異頻、異壓電機高質量試驗的要求。一般附加有正弦、穩頻、穩壓要求。
若采用機組的話，當前流行的用法是用變頻器驅動同步（或異步）電動機，達到穩頻；再用電動機驅動正弦輸出的同步發電機作輸出，并通過勵磁調整電壓。
☆靜止電源（變頻器電源）方案
    設計是要考慮多方面因素，成本高，過載能力差，需專業人員維護。優點：可方便準確地分開獨立調壓，調頻。
需要指出的是：不是所有的變頻器都可用來做電機試驗的電源的。只有那些電壓、頻率分別獨立可調，輸出基本接近正弦波的變頻器才被叫做“靜止電源”，可以用作電機試驗電源。靜止電源是一種新電源，它有許多特性還不為大家熟悉，在此稍作介紹。
靜止電源的控制回路本身是一種數字電路，因此它天生具有數字設備常見的優點和缺點，雖然它可方便地與計算機結合，但使用方和制造方還是應重視在方案設計初期就協商好測試系統與靜止電源間的控制方案。為減少一般變頻器都有的諧波干撓，通常配有能把諧波濾除到符合電機試驗要求的輸出濾波器。為保證電源輸出的頻率響應指標，這種濾波器通常選用空心電感器，而這樣的器件構成的濾波器，其體積通常要大于變頻器本身。使用方在規劃場地時，要記得為其留出位置。靜止電源的過載能力很差，在制定方案時希注意考慮。要預作考慮的還有要留足維護更新費用，因電子類產品的更新周期一般較短。另外，靜止電源通常套用變頻器的使用說明書，但其在電機試驗中的用法與常規變頻器或常規電源的用法多有不同。希望能引起注意。
一般來說，試驗質量的當數機組；對需要調頻調壓的，使用方便的是靜止電源；使用廣泛的是調壓器；性價比高的是變壓器，但一般只適合僅生產一種電壓（如380V）電機的使用方法。
有一個問題常常被大家忽視，就是電源對三相平衡度測量的影響。優質的靜止電源和機組電源對電流三相平衡度的測量影響較小，通常在百分之零點幾的數量級，更精確地說可以＜0.5%。常見的感應調壓器本身帶來的附加三相不平衡度也不大，但因其輸入端通常接的是工頻電網電源，所以對三相平衡度測量的影響主要取決于電網電源。變壓器由于其鐵芯磁路的不對稱所造成的不平衡，會對三相平衡度的測量造成影響，帶來的附加三相不平衡度可能會達到2.5%。電網電源對電機三相平衡度的測量會造成較大的影響，因其網路負載平衡的不確定性，其對電機三相平衡度測量造成影響也不容易確定。若使用方對電機三相平衡度的測量結果有較高的要求，在制定電機試驗電源方案時，必須向設計制造方提出明確的要求，慎重加以綜合考慮。

☆測試工位數量
確定電機檢測設備的測量工位數量，看似是個很容易決定的事，其實不然。若簽技術協議時沒考慮周全，等到發現問題時設備大多已基本成形，改動困難。決定工位數量和形式，要考慮的問題有：日產量的大小；安裝線的型式。常見的有：單工位型、多工位不同容量型、 多工位同容量型、批量流水線型。
單工位型：僅適用于極簡易的出廠試驗設備或單一產品的流水線，很少用。
多工位不同容量型：小型出廠試驗設備推薦的主流形式。既適用于非流水線形式，也適用于流水線形式。這種形式實際上是單工位型的改進型，因為許多時候，測試任務對工位數的要求不高，只要一個就夠了，但問題是電機有不同大小，一個工位只能接一組輸出線，粗線塞不進小電機的接線盒，細線經不起大電機的測試電流。在同一輸出樁頭上并聯不同粗細的幾組線不夠安全，根據不同電機在輸出樁頭上換接不同粗細線又不夠方便。所以需要這種將一個測量回路換接到大小不同的幾個接觸器上輸出的多工位不同容量型輸出型，以適用于不同大小電機的測試任務。在這種形式中，常見的是（大、中、小）三工位型。對大多數使用方來說，該方式足以滿足產量的需求。
多工位同容量型：常用于分工較細的流水線，一般帶有多工位巡回檢測功能。根據巡回方式的不同，又可分為按項目巡回（所有工位的同一項目測完后再測下一項目）和按工位巡回（一個工位的全部項目測完后再測下一工位）。
批量流水線型：是多工位同容量型的專用型。為取更好的性價比，工位數常取2的冪指數倍，如2、4、8、16……等。
☆單個工位的輸出結構
單個工位的輸出結構與被試電機及測試項目有關。因具體電機品種繁多，情況復雜，這里僅對占絕大多數的、普通三端輸出的電機稍作討論。
若使用方只要求測試電機的堵轉與空載，每個工位的輸出僅需三根輸出電線；但當電機需要測量冷態直流電阻時，因電機屬低電阻，要用四線法測量，每個工位的輸出就需要增加到六根電線。有的使用方嫌麻煩，愿意放棄部分性能指標，要求制造方每個工位仍釆用三根線輸出方案也是有的。
輸出時還應考慮是否需要短路保護。被試電機的電源接入是一種臨時性的接電過程。為方便，許多時侯采用夾子的方式接入，難免有夾子沒有夾穩的時候；電機啟動或電壓切換時多少總有點振動或者晃動，（特別是立式電機），夾子跳脫是常有的事；即便是用連接頭方式接入，由于接入角度沒注意好，銅接頭之間相碰也是常有的事（別過份相信銅接頭外包的絕緣，磨擦、磕碰、發燙、刺傷都會造成它的損傷）；因螺絲沒壓緊，電機開動時接頭在電纜重力的作用下發生旋轉移位的情況也不是沒有。所以，碰線短路在電機出廠試驗中是常見的事。由于不少電機出廠試驗設備需要測量的電流范圍很寬，因此如何對如此寬范圍的電流進行短路保護比想象中的要困難得多，成本也比想象中的要大。由于現在的設備采購多采用競標的方式，又往往采用低價中標，短路保護這個重要的環節常常被忽略或者被搗漿糊。有的用過電流保護替代，有的用熔斷器（三相不能同時切斷，同樣可能引發嚴重后果），有的用山寨器件（那只是裝門面，等于沒用），有的干脆省略。有的制造方可能是因為經驗不足，不夠重視；有經驗的制造方可能是為成本所迫（也不排除是使用方因經費壓力而壓低采購成本），不得已而為之。考慮到沒有短路保護的設備在發生短路故障時可能會引發一些嚴重的后果，使用方應權衡利弊，在成本與性能質量中做個平衡，并明確告訴制造方。
檢測設備輸出線與電機的連接方式雖說只是細支未節，但也是單個工位輸出結構要約定的內容之一。連接可以用夾子、聯接片……。夾子還分銅質、鐵質、兩線法（測電阻）用的、四線法（測電阻）用的……。聯接片也要考慮用直形還是鉤形、用普通螺絲壓緊還是特殊螺絲壓緊等。這些問題牽涉到性能、工作效率、成本等問題，由使用方與制造方事先商妥。
☆關于計量方面的要求
電機檢測設備中的儀器儀表是可能有計量方面的要求的。電機檢測設備的使用方若確實有此方面的要求，應在技術協議中提出，否則可能出現使用方意想不到的問題。如：儀表結構非獨立，拆下后不能組成獨立的儀表供計量；采用虛擬儀表，計量部門目前還未開展此項業務；互感器被銅排穿死，無法取下送計量等。因為現在大家都在追求經濟效益，如果技術協議中沒有對此進行約束，制造方很可能為節省成本采用簡單的處理原則，不一定能符合使用方的原意。

 關于外觀
不同的電機檢測設備使用方對設備的外觀有不同的需求。有要求豪華氣派的，有要求簡約節省的，有要求現代的，有要求古典的，有要求設計方提出數個方案供挑選的，有隨便設計方設計的，總之得有個說法。顏色也是要在技術協議中明確的選項之一。有些使用方有自己公司統一的系統色調，就應該在技術協議中明確寫明，并提供色板。若是對柜、臺的式樣有要求，也應在技術協議中明示。
五、對試驗項目要求的描述
電機品種繁多，不同的電機對試驗項目的要求不盡相同。這里只就常規的測試項目加以討論，有特殊試驗項目的，還請使用方和制造方另外詳加討論。
電機出廠試驗中各項試驗的先后順序本無硬性規定。既便在試驗方法中有所規定，那也主要是針對電機的型式試驗，在出廠試驗中，大多數廠家在實際工作中未必照此執行。大多數廠家在自己的生產實踐中，從質量、工藝、效益的角度出發，形成一個習慣順序。即：冷態直流電阻測量－絕緣電阻測量－（<冷>耐壓試驗）－（匝間試驗）－堵轉試驗－（空運轉）－空載試驗－（<熱>耐壓試驗）。
注：（）內的項目，部分廠家作選做項；<冷>、<熱>耐壓試驗，詳見耐壓試驗部分。
在上述過程中有一個一次接線還是二次接線的問題。一次接線是電機生產廠常用的方式。試驗前,電機已作△/Y聯結，一次接線完成全部試驗項目。優點是方便高效。缺點是不能做相間項目。二次接線是電機修理單位和部分要求較高的電機生產廠選用的方式。第一次接線在前裝配工序完成后，電機未作△/Y聯結，可進行電阻測量、絕緣、耐壓、匝間試驗。其中的電阻測量可測相電阻；絕緣、耐壓試驗不但要做相地測試，還要做相間測試；匝間試驗常選相接法（當然也可選線接法）。第一次試驗完成后，進入聯接片安裝工序（后裝配工序），再經第二次接線，（此時，電機已作△/Y聯結），進行堵轉、空運轉、空載試驗。優點是使用靈活，缺點是生產效率低，不適用于大批量生產。
在上述過程中還有一個啟動次數問題。通常，電機在堵轉過程中啟動，在空運轉或空載過程中轉為全壓運轉，整個試驗過程就啟動一次。但也有因電機特點、工藝流程及設備特性等問題，讓電機分別在堵轉、空運轉、空載過程中各啟動一次的。這種差別會影響到電機檢測設備的控制回路，請使用方在技術協議階段充分與制造方溝通。
☆測電阻(冷態直流電阻測量)
電阻測量本來好象不是一件難事，但很多情況下因電機的電阻小于1歐，而測量用的測試線的接觸電阻常常要達到0.3~0.8歐的水平，這就使電機電阻的測量必須要用四線法，比平常多了一倍的線。若不是直接用電阻表測量，而是用電機檢測設備進行自動測量，因測量設備中存在大量的切換電器，可能會又憑空增加了許多接觸電阻，這就給設備的設計和制造（特別是制造工藝）帶來了不小的挑戰。低壓大電機除了電阻小，電感成份在電抗中占的比重L/R往往比小電機大很多，特別是大功率（H400以上）電機。許多電阻表在大電感電機前敗下陣來，就連一些進口的高精度的通用電阻表都難逃惡運。于是乎,電阻測量成了電機檢測設備制造中的一大難點。
使用方需要告訴制造方將來要測量的電機的電阻范圍（如果有電感范圍那會更好），制造方也可根據使用方提供的電機大小（型譜）大致估計上述參數。比電阻范圍更重要的是要告訴制造方你對電阻測量結果的期望，也就是要求電阻測量結果好到什么程度。因為一般的電阻計量精度對電機出廠試驗的意義并不大，對電機試驗而言，重要的是精密度，換句話說，就是重復測量結果的一致性。要告訴制造方，是要求重復測量結果的前兩位數字不變、還是前三位數字不變、甚至是前四位數字不變。再進一步，可以要求變化的那位數字的變化量不得大于五、或者不得大于三、甚至不得大于二或一。這些要求可能會提高設備的制造成本，請使用方權衡。
另外，電阻測量結果的顯示方式也是使用方要事先考慮的問題。因顯示方式的更改意味著編程的返工，既會影響顯示界面的美觀，也有著增加潛在差錯的可能。顯示三相電阻測量值是簡單的一種顯示方式，直觀（和電阻表上顯文的數值完全相同），但並不實用；比較實用的是顯示電阻的三相平均值和電阻的三相不平衡度，很容易直接憑此判斷電機的合格與否，但這些值電阻表上不一定有；再將電阻值折算到20℃時的值，因為電機繞組的電阻值會隨溫度而變化，如果不折算到一個標準溫度時的值，進行合格與否的判斷會比較費勁。但將上述各值都顯示在同一屏幕上，又會顯得太多太亂，突不出重點。所以需要使用方事先加以舍取。目前國內從事專業技術研究的設備制造廠家不多，能做好的更少，上海億緒電機測控科技有限公司通過多年的研發使設備的重復性、準確性、可靠性得到了有效的提高。
（待續）

                            上海億緒電機測控科技有限公司
                                        楊 建