本文原刊登于Ansys Blog：《How to Test an Electric Motor》
作者：Mircea Popescu | Ansys 首席产品专家
电机为我们的世界提供动力。从冰箱压缩机、智能手机致动器到电动汽车（EV）的传动系统，无论我们走到哪里，电机都在帮助实现现代生活。事实上，我们如此习惯于依赖电机，以至于往往只有在它们无法运行时，才会引起我们的注意——而这一问题完全可以利用电机测试进行预防。
电机测试的重要性
电机测试对于确保我们所依赖的电机的可靠性、效率和安全性至关重要。在电机生命周期的各个阶段进行的这些测试，既可提供有关电机整体运行状况的基本信息，也可为设计人员、制造商、技术人员和消费者提供诸多优势。
电机测试可改进：
可靠性：测试可识别潜在问题，并允许进行预测性维护，以防止故障并延长电机的使用寿命。
效率：通过测试，技术人员可以解决电能问题，从而减少损耗并降低运营成本。
安全性：为了保护电机使用人员，测试会揭示电击或火灾等潜在危险。
性能：通过评估速度和能耗等特性，测试可揭示性能改进机会。
研发：通过测试收集数据，为创造更先进的电机技术提供信息。
标准合规性：在部署使用电机之前，可通过测试验证其是否符合所有适用的行业标准。
电机测试类型
虽然所进行的特定测试将根据电机的复杂性、应用和待评估参数而有所不同，但电机测试中使用的一些关键测试包括：
l电气测试，例如极性检查和电压水平测量。
l振动测试，用于检测任何不平衡或未对准。
l热测试，用于监控电机温度，以避免过热。
l动态测试，用于查看电机在瞬态状态下的表现。
l噪声测试，用于根据声音标准评估声学特性。
l绝缘测试，用于确保电机的绝缘材料在运行时不会出现性能劣化的情况。一些示例包括兆欧表测试、高电压（高压测试）测试和浪涌测试——这些测试可查找导致电气故障的匝间、线圈间以及相间绝缘中的缺陷。
电机测试的行业标准
在从工业压缩机到牙科钻的所有电机应用中，测试可帮助验证电机是否符合制造商设定的规范以及行业标准确定的质量和安全参数（例如能耗和声压级）。
为了达到行业标准，电机测试必须满足国际和地方要求。在国际层面，互操作性和安全性等标准在各国之间是一致的，而地方标准可能包括认可国家特定优先事项的要求，如环境和文化。创建和实施这些标准的一些机构包括：
美国电气制造商协会：https://www.nema.org/standards
国际电工委员会：https://www.iec.ch/government-regulators/electric-motors
日本工业标准调查会：https://www.jisc.go.jp/eng/
英国标准协会：
https://standardsdevelopment.bsigroup.com/search/Standards?Term=Motors&Source=category
中华人民共和国国家标准：http://mee.gov.cn/
电机测试工具
您正在测试风力涡轮机还是交通系统？工业风扇还是电梯？根据您评估的参数和特性，有许多不同类型的工具可用于电机测试。其中一些工具包括：
l功率分析仪：测量电压和电流等电气参数，以诊断电气连接。
l转速计：测量电机的转速。
l热成像摄像头：捕获温度变化，以识别热点和冷却问题。
l兆欧计：测量电机绕组的绝缘电阻，以检测绝缘劣化（也被称为兆欧表）。
l扭矩传感器：通过将机械旋转转换为电信号来测量扭矩。
电机测试中的仿真
虽然物理测试对于深入了解电机性能至关重要，但它具有局限性。仿真通过查看内部情况来准确揭示电机的状态（包括现在和将来的状态），以及显示电机内部最深处的运行状况，有助于技术人员扩展测试。
电测试：虚拟测量同步永磁电机中的磁通量
借助仿真，工程师可以针对不同的操作场景探索各种设计选项，并在生产前、生产过程中，甚至在电机被使用时进行调整。特别是在物理测试因缺乏可见性（由于测试的尺寸或位置）而受到限制的情况下，仿真可以快速执行准确评估所需的计算。需要使用仿真的一些常见电机测试包括：
电气测试：测量无刷永磁电机中的反电动势（EMF）。
https://ieeexplore.ieee.org/document/6866945
电测试：虚拟测量无刷永磁电机中的反向EMF
热测试：评估持续运行S1过程中的过热。
https://ieeexplore.ieee.org/document/8233744
热测试：虚拟评估电机持续运行S1过程中的绕组过热。温度范围介于环境温度（40°C）和最高可接受温度（100°C）之间
动态测试：预测无刷永磁电机的短路故障，并测量交流感应电机中的堵转性能。
动态测试：虚拟测量无刷永磁电机中的短路电流
在电机测试中使用仿真不仅可提高测试流程本身的速度和效率，还可提高所收集数据的质量、深度和可靠性或确定性。Ansys Maxwell和Ansys Motor-CAD等仿真软件能够执行耦合的多物理场计算，为技术人员提供复杂系统的全面评估——这些评估无法通过一次执行一项测试而实现。
通过利用仿真在虚拟环境中运行物理测试，工程团队可以节省时间和成本。此外，仿真还可减少设计迭代次数，并在构建任何硬件之前识别问题。这将带来更出色、更稳健的设计，并确保在进行物理测试时不会出现意外情况。
测试揭晓答案
现代社会中许多最重要的功能都依赖于电机的可靠性、安全性和效率。通过测试，我们可获得宝贵的观察结果、知识和洞察，这将引领我们在发电领域实现新一代技术进步，从而不断推动人类向前发展。
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