电机是一种将电能转化为机械能的设备，用于产生旋转运动或线性运动。电机的工作原理是基于电磁学原理，通过电流在磁场中的作用来实现运动。
电机是现代工程和科技的核心组成部分，它们在各种应用中发挥着重要作用，从驱动机械设备到提供动力和控制系统。随着技术的不断发展，电机的性能和效率也在不断提高，以满足不同领域的需求。
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在人类社会发展中使用工具、能量动力，是发展程度的标志。发电机、电动机使人类社会发展中脱离了人力畜力及水力火力的现场，支撑着我们现代生活的方方面面，随着科学技术的发展对电机的性能提出了更高的要求，你是怎样对电机进行测试的呢？
一、电机的分类
电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，它的主要作用是把电能转换为机械能，作为用电器或各种机械的动力源。目前电机可以分为两类，一类是需要驱动器驱动的，包括无刷电机、伺服电机、变频；另一类就是比较传统的电机，不用驱动器驱动的，只要给个直流电或者工频交流电就能驱动的，像直流电机、三相/单相异步电机，图1为电机的分类。
二、电机传统的测试方法
测功机是电机的主要测量设备，最初测功机只是针对电机的输入电压、电流、输出转速、扭矩进行测量，计算出电机的输入输出功率和效率。但随着电机行业的飞速发展，电机测试项目越来越多，传统的测功机已无法满足测试需求。图2为传统的测功机。
传统的测功机所存在的问题如下所述：
• 加载、测试响应慢，只能满足稳态测试需要，无法实现瞬态参数测量；
• 仅支持三相电信号测量，无法实现对电机及电机驱动器的系统性联调测试；
• 精度与带宽不足，无法满足电机变频控制PWM信号的测试需要；
• 电参数测试方面且不具备分析功能，无法对谐波、不平衡度等参数进行测量。
三、当前电机测试方法
随着电机行业的飞速发展，电机测试项目越来越多，测功机的功能也随之丰富起来，电机行业当前需要对电机与驱动器进行完整的测试与性能分析，电机性能分析，驱动器分析以及对控制特性瞬态波形与控制响应的分析，传统的测功机是无法做到的，电机测试可以分为两大类，即工厂试验和研发试验，图3为电机行业测试的新需求。
• 利用PA功率分析仪，可对电机的输入电参数进行高精度测量；
• 配合电机传感器，PA功率分析仪可对电机的输出机械特性参数进行测量，并求出其机械功率大小；
• PA功率分析仪还可提供矢量图、谐波、周期分析等特色功能，全方位分析电机的性能特性。
下图为电机测试图：
PA功率分析仪特色功能：
• 500次谐波分析；
• 两路矢量图实时直观显示两路三相信号的不平衡度，相位差等参数；
• 16项趋势参数线同时查看；
• FFT分析；自定义公式波形运算；
• 电机输入功率进行积分；
• 周期分析等等。
转自：ZLG致远电子
机器中使用的电机大小不一，有的比手指还小，有的比卡车还大。 无论是在仪表上定位指示器，还是驱动机车，对于需要能够相当快地切换高电压和电流的控制电路来说，这些电感负载会对其造成严重破坏。
检测电机状态时同样如此。 例如，由于随着驱动器波形切换极性和负载而形成的电动势反冲，串联式电流传感器会承受巨大的尖峰和浪涌。 此外，这些电机感应数据必须实时可靠，才能实现更精确的应用，如医用输液泵和给药系统。
本文将介绍一些可用于将电机（及重电感负载）与驱动器和感应电路隔离的技术。
时间间隙
最简单的隔离技术实际上是半隔离解决方案。 它基于这样一个事实：当继电器或接触器处于打开位置时，会形成一个与电流回路串联的气隙，具有接近无穷大的电阻。 这是一种很好的隔离形式。
但是，当继电器或接触器切换到“接通”位置时，将不会发生电流隔离。 如果控制板与驱动电源一样参考相同的接地，那么任何噪声影响也会参考相同的接地。 这不仅使接地浪涌干扰控制电路，还会抵消在传感器级使用的任何共模噪声滤波技术效果。
传感解决方案可以使用滤波、衰减、增益和箝位技术来保持非电隔离，但仍受到保护。 例如，由于随着驱动器波形切换极性和负载而形成的电动势反冲，串联式电流传感器可承受巨大的尖峰和浪涌。
在双向感应中，隔离是必须的。 这意味着，电机、传感器和驱动器全部能够以相互参考的方式有效浮动。 实际上，系统将在某一点（如地面）使用并参考一个主要接地。 但是，为了进行实际分析，它们均被隔离。
隔离选项
有几种很好的技术和方法可帮助我们保护驱动器和感应电路。 在设计阶段使用的一种简单方法就是，确保您的设计中存在滞后（图 1）。 该时间窗可防止在使用绝对阈值时发生状态振荡。
一种经验证有效的常见技术是光伏隔离，也称为光电隔离。 集成的单芯片器件提供了良好的性能水平，可进行级联以使用低电平逻辑信号来控制非常高的功率水平。
此外，各种有用的输出级（包括数字输出、开集、达林顿复合晶体管、开漏、栅极驱动器以及双向可控硅和 SCR）都集成到了这些隔离器件中。
与变阻器、浪涌抑制器和瞬态抑制器结合使用时，光电隔离是一种很好的技术，使各零件保持高达 50,000 V 的隔离，例如 TT Electronics OPI150使用轴管结构来处理非常高的电压水平（图 2）。 请注意，在某种情况下，电压会变得足够高并在单片器件上的引脚间产生电弧，特别是在具有细间距的小型封装中。
另外，单个封装中采用多个隔离器成为单独控制三相电机的有效解决方案。 请注意，所有 LED 驱动器应与隔离式电源轨位于同一侧。 例如，不要使用四通道器件中的三个驱动器来驱动三相电机的线圈，且不要使用第四个驱动器作为转速计接回控制器。 请对转速计使用单独的光电隔离器。
固态继电器也利用光电隔离，并将各种出色特性（如 AC 输出）与过零和电阻控制的版本相集成。
此外，20 mA 至 160 A 的电流范围可直接由逻辑驱动。 例如，Crydom HDC200D160 固态继电接触器。 适合 4 至 32 V 输入，采用 SPST 配置，高达 160 A 的输出电流水平可使用内部 2.5 KV 光电隔离器在“开”、“关”或基于 PWM 的配置中进行切换。 请注意，在全电流条件下即使导通电阻低至 4 mΩ，此零件也需要耗散 100 瓦。
深入了解
光伏隔离除了用于隔离驱动和控制之外，还可用于隔离监控电机速度、加速度、电流、相位角等数据并将之传回的传感器系统。 此时会变得有点困难，因为还会传递模拟信号，而不仅仅是数字开/关控制。
一种可有效使用的技术是压频转换。 一经标准化和线性化，传感器的值便会馈送到压控振荡器，从而促使光电隔离器回到控制器板。 控制器通过累加门控计数来恢复该值。
类似地，也可以使用脉冲宽度调制，而脉冲宽度对应于标准化范围内的值。 PWM 的优势是每个样本都可以表示一个读数。 采用 VCO 方法，门控累加器的响应时间会变得更慢，但却具有使脉冲噪声平均化的优势，因为一个损坏的读数将仅存在一两个错误。
线性光电隔离器不像数字光电隔离器那样常见，但它们确实存在。 例如，Vishay IL300-F-X007 线性光电隔离器。 此零件使用两个检波二极管，一个位于输出级，另一个可在驱动级的反馈环路中使用。 这允许使用运算放大器以线性方式偏置光电隔离器的发射器部分（图 3）。 随着输入信号的增加，保持隔离时的输出电流也会不断增加。
证据表明，增强型势垒也是为传感器系统提供高电压隔离的理想选择。Texas Instruments 的 AMC1305x 高精度、增强型隔离式三角积分调制器是集成式传感器系统的良好典范，其设计可提供相当高分辨率模拟电平的单片式隔离（图 4）。 它使用电容式双隔离势垒将输入级与输出级分离，并达到 7,000 V 峰值和 10000 V 的浪涌额定电压，符合多种 VDE、UL 和 CSA 标准。
通过在电机相传导路径中使用分流电阻器，它可以获取馈送给三角积分调制器的低电平信号。 该调制器的输出将被馈送回控制微处理器，该处理器可使用数字滤波算法以 78000 样本/秒的速率提取 16 位分辨率。
总结
电机的使用数量是如此众多，每一个设计都有自己的故事，但共同的需求是保护微控制器和传感器接口远离电机负载和状况快速变化的危险。 正如本文所述，有多种优秀的隔离技术可帮助您解决所面临的问题。
文章来源：物联网在线
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