【解决方案】电机耐久试验中基于温度·功率数据的耐久性判定

随着电动汽车（EV）和工业设备的高性能化，电机需要能够在长时间高负荷状态下持续稳定运行而不损坏。为保证产品的可靠性，在接近实际使用情况的条件下进行耐久试验至关重要。然而，影响电机的因素多种多样，如负荷变动、温度上升、电气应力等，准确地从这些指标中捕捉劣化征兆是重大课题。

 

电机耐久试验中的问题

• 难以观察电气变化（瞬时变动、谐波和效率降低）
• 无法看到电机绕组和外壳、周边设备的温度变动与电气特性的相关性
• 缺乏长时间同步持续采集数据的系统

推荐的解决方案

通过组合使用日置的高精度功率分析仪和温度测量用数据采集仪，可以用简单的配置实施电机耐久试验。

使用数据采集仪 LR8450 测量周边设备和元器件的温度，使用功率分析仪 PW8001 或 PW4001 测量逆变器和电机的参数。

此时，功率分析仪 PW8001 和 PW4001 搭载有 CAN 输出功能，因此可通过 CAN 将测量的参数汇集到数据采集仪 LR8450*1 ，实现同步测量。此外，如果逆变器仿真器具有 CAN 输出功能，则控制信号也可由 LR8450 进行监控。通过长时间稳定记录功率和温度的变化，可以快速检测电机的劣化征兆。

*1：使用 LR8450 的选件 CAN 单元 U8555。最快可进行 10 ms 的 CAN 数据采集。

本解决方案的优势

1高精度连续监控电机的电气应力

• 电压和电流的平衡变化
• 效率的微小变动
• 谐波成分的变化

2精确记录温度变化

• 电机绕组温度
• 外壳温度
• 轴承和冷却水等周边设备的温度

3电气数据与温度数据的相关分析

• 使用数据采集仪的触发功能进行事件记录
• 通过 CSV 进行数据整合分析

实测案例

 

布局图

电机温度测量位置

使用设备清单

 

DUT（被测设备）信息

测量条件

• 电机 1000 rpm 恒定转速
• SiC 逆变器开关频率 10 kHz
• 数据更新率 10 ms
• 连续运行时长约 2 小时（简易试验）
• PW8001的测量参数通过 CAN 总线输出，并由 LR8450 进行数据汇总采集

温度测量要点

逆变器附近会因高频开关产生噪声。受该噪声影响，温度测量值容易变得不稳定，因此需要对温度传感器（热电偶）采取屏蔽措施，在主机进行滤波设置等噪声对策。

本次使用带屏蔽的热电偶进行温度测量。通过将屏蔽连接到电机底盘来强化 GND。

此外，在 LR8450 主机中将 U8551 单元的数据更新间隔设置为 1 秒，并启用数字滤波器，以衰减 60 Hz 以上的高频成分噪声。

带屏蔽热电偶套装

LR8450 滤波设置

-：设置不可用 单位：Hz

逆变器测量的要点

逆变器输出功率具有高频率、低功率因数的特性，因此需要能够精确测量开关频率及其谐波成分的功率分析仪和电流传感器。本次测量对象为 SiC 逆变器，推荐使用在带宽性能和相位特性方面表现更优的 PW8001 与 CT6904A 组合。

判定条件示例

1. 稳定运行时电机转速为 1000 rpm±50 rpm
2. 电机各测量点的温度不超过 50° C
3. 稳定运行时各效率变动在 ±5% 以内
4. 其他，未观察到急剧的扭矩变动或电机功率变动

测量结果

使用 GENNECT Space 分析了数据采集仪记录的数据。

温度与效率的关系

耐久试验期间，除了使用普通摄像机记录电机行为外，还使用热成像相机记录温度分布。GENNECT Space 可以将这些影像与转速、扭矩、效率、温度等测量数据在时间轴上同步保存。

万一在长时间试验中发生异响、冒烟、烧损等异常情况，也可以将影像和数值对照，准确回顾“那一瞬间发生了什么”。 可以在统一时刻下以定量化数据的形式，记录仅凭数值变化无法看到的行为，以及仅凭影像无法解释的负载状态。

由此，耐久试验不再仅仅停留在合格与否的判定，而是进化为能够将异常发生的征兆、进展、结果作为一贯证据留存下来的评估方式。