Por qué no se pueden omitir las pruebas de servomotores
Un servomotor que pasa las verificaciones aleatorias de fábrica aún puede fallar en el campo, porque las verificaciones rara vez replican el entorno operativo completo.. Un banco de pruebas de servomotor adecuado hace funcionar el motor en cada punto de carga., cada régimen térmico, y cada caso extremo antes de que llegue a la máquina del cliente.
Esta guía cubre la 8 Pruebas de rendimiento que debe ejecutar un banco de pruebas de servomotores de grado de producción., Los instrumentos detrás de cada prueba., y lo que te dicen los datos. La secuencia de prueba sigue el estándar nacional chino. GB/T 30549 (Condiciones Técnicas Generales para Servomotores CA de Imanes Permanentes), al que ahora hacen referencia los equipos de adquisiciones en Europa, Sudeste Asiático, y la región de la CEI como punto de partida.
¿Qué es un banco de pruebas de servomotores??
Un banco de pruebas de servomotores es un sistema integrado que acopla el motor bajo prueba (mut) a un dinamómetro de carga a través de un sensor de velocidad-par de precisión. El banco de pruebas controla la carga., adquiere datos eléctricos y mecánicos simultáneamente, y genera informes de prueba estandarizados.
Un sistema de grado de producción generalmente consta de:
- dinamómetro de carga — Servomotor de CA que actúa como carga controlable (absorbe o impulsa el torque)
- Sensor de par-velocidad — montado en eje en línea, Precisión ±0,1% a ±0,5% FS
- analizador de potencia — mide voltaje trifásico, actual, factor de potencia, armonía
- Gabinete de control PLC — automatiza perfiles de carga y enclavamientos de seguridad
- PC industriales + software — adquisición de datos en tiempo real, generación de curvas, exportar informes
- guardia de seguridad — recinto obligatorio para la rotación del eje a alta velocidad
Los instrumentos opcionales para pruebas extendidas incluyen un analizador de señales dinámicas. (para NVH), un medidor LCR (resistencia del devanado), un medidor de resistencia CC, un generador de señal, y un registrador de datos de temperatura.
Esquema del sistema que muestra el MUT conectado al banco de pruebas de carga mediante un sensor de torsión, con analizador de potencia en el lado de entrada eléctrica
El 8 Pruebas esenciales de rendimiento del servomotor
Prueba 1 — Prueba de característica de carga
La prueba de características de carga es la columna vertebral de la validación de servomotores.. El banco de pruebas recorre automáticamente los puntos de carga preestablecidos (modo controlado por par), grabando en cada punto:
- voltaje de entrada, actual, fuerza, factor de potencia
- Par y velocidad de salida
- Potencia de entrada y salida
- Eficiencia
- Temperatura en puntos de medición predefinidos
- Contenido armónico de tensión y corriente.
El resultado es un mapa de rendimiento completo en todo el rango operativo nominal del motor.. El software de prueba traza cualquier combinación de parámetros en los ejes X–Y y exporta tablas de datos para su posterior análisis..
Instrumentos clave: dinamómetro de carga, sensor de par-velocidad, analizador de energía, registrador de datos
Prueba 2 — Prueba sin carga
Con el dinamómetro de carga desenganchado, el MUT funciona a voltaje nominal y velocidad nominal. Las medidas de prueba:
- Corriente sin carga (indicador de pérdida de hierro)
- Precisión de velocidad sin carga
- Consumo de energía sin carga
Una corriente elevada sin carga generalmente indica defectos de laminación del núcleo o desmagnetización de los imanes permanentes: problemas invisibles en una inspección estática.
Instrumentos clave: Sensor de par-velocidad, analizador de energía
Prueba 3 — Rotor bloqueado (Parar) Prueba
El dinamómetro de carga aplica un par creciente hasta que el MUT alcanza una velocidad cercana a cero (condición de calado). El banco de pruebas registra el par de parada y la corriente de parada simultáneamente. El diseño del accesorio es fundamental: Tanto el MUT como la máquina de carga deben montarse en un sistema de rieles deslizantes para permitir el ajuste de la alineación del eje bajo carga..
El par de parada es un parámetro clave para aplicaciones que requieren un par de arranque alto: juntas robóticas, alimentadores de prensa, ejes de moldeo por inyección.
Instrumentos clave: dinamómetro de carga, sensor de par-velocidad, analizador de energía
Prueba 4 — Curva característica T-N
El par-velocidad (TENNESSE) La curva define la envolvente operativa del motor.. El banco de pruebas barre la velocidad de cero al máximo mientras registra el par de salida en cada punto, produciendo la curva característica que distingue la zona de servicio continuo de la zona de pico intermitente.
Una curva T-N con la forma adecuada muestra:
- Par plano desde velocidad cero hasta velocidad base (región de par constante)
- Región de debilitamiento del campo por encima de la velocidad base (región de potencia constante)
- Capacidad de par máximo (normalmente 2 a 3 veces el par nominal durante 10 a 30 segundos)
Instrumentos clave: dinamómetro de carga, sensor de par-velocidad, analizador de energía
Ejemplo de gráfico de curva T-N que muestra una zona continua, zona pico, y región debilitada del campo
Prueba 5 — MAPA de eficiencia
El MAPA de eficiencia (También llamado mapa de eficiencia en la nube o mapa de contorno.) ahora es un entregable obligatorio para los servomotores utilizados en robótica, Unidades auxiliares para vehículos eléctricos, y maquinaria de precisión. El banco de pruebas recorre una cuadrícula de puntos de funcionamiento de par × velocidad, medir la eficiencia en cada:
- Rango de velocidad: 0 a la velocidad máxima nominal
- Rango de par: 0 al par nominal (Algunas pruebas se extienden hasta el par máximo.)
- Resolución de cuadrícula: normalmente de 10×10 a 20×20 puntos
El resultado es un gráfico de contorno 2D que muestra islas de eficiencia: las zonas operativas de alta eficiencia donde los diseñadores de sistemas deben enfocarse en condiciones operativas normales.. Para un servomotor bien diseñado, La eficiencia máxima normalmente supera el 90-95 % cerca del punto de funcionamiento nominal..
Instrumentos clave: dinamómetro de carga, sensor de par-velocidad, analizador de energía
Prueba 6 — Validación de la zona de trabajo
Las pruebas en la zona de trabajo confirman que el motor puede soportar condiciones de funcionamiento tanto continuas como máximas dentro de los límites térmicos.. El banco de pruebas mantiene el motor a la carga nominal durante un período prolongado (normalmente entre 30 y 60 minutos por GB/T 30549), escucha:
- Aumento de temperatura del devanado (no debe exceder los límites de clase de aislamiento)
- Temperatura del rodamiento
- Temperatura de la vivienda
- Estabilidad de la eficiencia en el tiempo
Un motor que pasa pruebas de ráfaga corta aún puede fallar en operación sostenida debido a un diseño de enfriamiento inadecuado.
Prueba 7 — Prueba de aumento de temperatura
Separado de la validación de la zona de trabajo, la prueba de aumento de temperatura dedicada utiliza un registrador de datos multicanal con termopares colocados en las vueltas finales del devanado, aspectos (DE y ECM), y vivienda. La prueba se ejecuta hasta que se alcanza el equilibrio térmico. (cambio de temperatura <2°C por hora).
Límites de aumento de temperatura por clase de aislamiento:
| Clase de aislamiento | Aumento máximo de temperatura (k) | Temperatura absoluta máxima (°C) |
|---|---|---|
| Clase B | 80 k | 130°C |
| Clase F | 105 k | 155°C |
| Clase H | 125 k | 180°C |
Instrumentos clave: Registrador de datos multicanal, termopares, analizador de energía
Prueba 8 — Medición del par dentado
El par dentado (la variación periódica del par causada por la interacción entre los imanes permanentes y las ranuras del estator) es un parámetro de calidad crítico para los servomotores utilizados en el posicionamiento de precisión.. Incluso un par de torsión pequeño provoca una fluctuación de velocidad a bajas velocidades., precisión de posicionamiento degradante.
El banco de pruebas utiliza un sensor de par dinámico de alta resolución. (kistler o equivalente, resolución a 0.01 Nuevo Méjico) combinado con un codificador de ángulo de alta precisión para mapear la variación del par durante un ciclo eléctrico completo. El sistema está montado verticalmente para eliminar los efectos del peso del rotor en la medición..
El par dentado generalmente se expresa como un porcentaje del par nominal.. Criterios de aceptación para servomotores de precisión.: <0.5% a <2% dependiendo de los requisitos de la aplicación.
Instrumentos clave: Sensor de par dinámico (resolución mN·m), codificador de ángulo, analizador de señal dinámica
Ejemplo de configuración del sistema del banco de pruebas de servomotores
A continuación se muestra una configuración representativa de un 7.5 Banco de pruebas de servomotores kW que cubre todos 8 pruebas anteriores:
| Componente | Especificación | Objetivo |
|---|---|---|
| Dinamómetro de carga | Servo de CA, 15 KW, 0–6000 rpm | Carga controlable / recuperación de energía |
| Sensor de par-velocidad | 0–50 N·m, ±0,1 % escala completa, 10000 rpm | Par y velocidad del eje |
| Analizador de energía | 4-canal, 600V / 20A, 0.05% exactitud | Medición de entrada eléctrica |
| Analizador de señal dinámica | 16-canal, 24-poco, 51.2 kS/s | Nvh / análisis de vibraciones |
| Medidor LCR | 20 Hz – 1 rango de megaciclos | Impedancia del devanado |
| Registrador de datos | 16-entrada de termopar de canal | Mapeo de temperatura |
| PC industriales | IntelCore i7, 16 GB de RAM, 1 SSD de TB | software de prueba, almacenamiento de datos |
| Software de prueba | Perfiles de carga automáticos, generación de informes | GB/T 30549 informes conformes |
Software: Desde datos sin procesar hasta informes de prueba certificados
El software de prueba de servomotores moderno hace más que recopilar datos. Un sistema bien diseñado proporciona:
- Ejecución automática del perfil de carga. — secuencias de prueba preprogramadas con criterios de pasa/falla
- Trazado de curvas en tiempo real — Curva TN, mapa de eficiencia, curvas de aumento de temperatura
- Análisis armónico — FFT de formas de onda de voltaje y corriente.
- Exportación de informes multiformato —PDF, Sobresalir, CSV para registros de calidad
- Control de cumplimiento estándar — comparación automática con GB/T 30549, CEI 60034
Captura de pantalla del software de prueba que muestra el gráfico de contorno MAP de eficiencia y la tabla de datos
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre un banco de pruebas de servomotores y un banco de pruebas de motores normal??
Un banco de pruebas de servomotores está optimizado para las características específicas de los servomotores de circuito cerrado.: operación de cuatro cuadrantes (Motorización y regeneración en ambas direcciones.), carga dinámica de alta velocidad, y capacidad de medición del par dentado. Un banco de pruebas de motores general generalmente cubre solo características de carga de un solo cuadrante y carece del hardware de análisis de señales dinámicas necesario para las pruebas de par dentado y NVH de servomotores..
¿Cuánto tiempo dura un ciclo completo de prueba de un servomotor??
Un ciclo completo de 8 pruebas en un servomotor de 7,5 a 15 kW suele tardar entre 4 y 8 horas por motor. La prueba de aumento de temperatura por sí sola requiere entre 60 y 120 minutos para alcanzar el equilibrio térmico.. Los bancos de pruebas automatizados pueden funcionar durante la noche con una mínima supervisión del operador.
¿Qué precisión del sensor de par se necesita para las pruebas de servomotores??
Pruebas generales de rendimiento (característica de carga, curva TN, mapa de eficiencia) requieren una precisión del sensor de torsión de ±0,1% a ±0,5% FS. La medición del par dentado requiere un sensor dinámico con resolución para 0.01 N·m o mejor: los sensores de torsión del eje estándar son insuficientes para esta prueba.
¿Puede un banco de pruebas cubrir varios tamaños de servomotores??
Sí, con un diseño de fijación adecuado. Un banco de pruebas modular puede acomodar motores de 0.5 kW a 50+ kW cambiando el adaptador de acoplamiento y ajustando los parámetros del dinamómetro de carga. El rango del sensor de par-velocidad suele ser la restricción vinculante: debe dimensionarse para el motor más grande y al mismo tiempo mantener la precisión para el más pequeño..
¿Qué normas nacionales se aplican a las pruebas de servomotores??
El principal estándar chino es GB/T. 30549-2014 (Servomotores de CA de imanes permanentes: condiciones técnicas generales). Los equivalentes internacionales incluyen IEC 60034-1 (maquinaria rotativa general) y CEI 60034-30-1 (clases de eficiencia). Muchos mercados de exportación ahora aceptan informes de prueba GB/T junto con la documentación IEC.
¿El banco de pruebas necesita recuperación de energía??
Para motores superiores 7.5 KW, una unidad de retroalimentación de energía (AFE - Frente activo) es muy recomendable. Regenera la energía absorbida y la devuelve a la red en lugar de disiparla en forma de calor., Reducir significativamente los costos operativos para pruebas de producción de alto volumen.. Para motores de abajo 3 KW, la carga resistiva es aceptable.
Conclusión
Un banco de pruebas completo de servomotores no es un solo instrumento, es un sistema calibrado de pruebas mecánicas., eléctrico, y componentes de software que trabajan juntos para replicar y documentar cada condición operativa que enfrentará el motor en servicio.. El 8 Las pruebas descritas anteriormente forman la base de cualquier programa de validación compatible con GB/T 30549..
EconoTest diseña y suministra bancos de pruebas de servomotores de 0.5 kW a 500 KW, cubriendo todas las pruebas descritas en esta guía. Nuestros sistemas de la serie SFT se envían completos con sensores calibrados, software de prueba, y documentación completa.
→ Póngase en contacto con nuestro equipo de ingeniería para una configuración de banco de pruebas adaptada a su gama de motores y requisitos de prueba.
Artículos relacionados
- Cómo leer la curva T-N de un servomotor
- Guía del banco de pruebas de motores de accionamiento EV
- Sistema de prueba de módulo de articulación robótica
Habla con un ingeniero
Necesita ayuda para seleccionar el equipo de prueba?
Cuéntanos tu tipo de motor, rango de potencia y requisitos de prueba: recomendaremos la configuración correcta del banco de pruebas dentro de 24 horas.
