Banc d'essai de servomoteurs: 8 Tests de performances que chaque ingénieur doit exécuter

Pourquoi les tests de servomoteurs ne peuvent pas être ignorés

Un servomoteur qui réussit les contrôles ponctuels en usine peut toujours tomber en panne sur le terrain, car les contrôles ponctuels reproduisent rarement l'intégralité de l'enveloppe de fonctionnement.. Un banc d'essai de servomoteur approprié fait fonctionner le moteur à travers chaque point de charge, tout régime thermique, et chaque cas critique avant qu'il n'atteigne la machine d'un client.

Ce guide couvre les 8 tests de performances qu'un banc d'essai de servomoteurs de qualité production doit exécuter, les instruments derrière chaque test, et ce que les données vous disent. La séquence de test suit la norme nationale chinoise GB/T 30549 (Conditions techniques générales pour les servomoteurs AC à aimant permanent), qui est désormais référencé par les équipes achats en Europe, Asie du Sud-Est, et la région de la CEI comme référence.

Qu'est-ce qu'un banc d'essai de servomoteurs?

Un banc d'essai de servomoteurs est un système intégré qui couple le moteur testé (MUT) à un dynamomètre de charge via un capteur couple-vitesse de précision. Le banc de test contrôle la charge, acquiert simultanément des données électriques et mécaniques, et génère des rapports de tests standardisés.

Un système de qualité production se compose généralement de:

• Dynamomètre de charge — Servomoteur AC agissant comme charge contrôlable (absorbe ou entraîne le couple)
• Capteur couple-vitesse — monté sur arbre en ligne, précision ±0,1 % à ±0,5 % FS
• Analyseur de puissance — mesure la tension triphasée, actuel, facteur de puissance, harmoniques
• Armoire de commande automate — automatise les profils de charge et les verrouillages de sécurité
• PC industriel + logiciel — acquisition de données en temps réel, génération de courbe, exportation du rapport
• Garde de sécurité — boîtier obligatoire pour la rotation de l'arbre à grande vitesse

Les instruments optionnels pour les tests étendus incluent un analyseur de signal dynamique (pour NVH), un compteur LCR (résistance d'enroulement), un compteur de résistance DC, un générateur de signaux, et un enregistreur de données de température.

🔬

Schéma du système montrant le MUT connecté au banc de charge via un capteur de couple, avec analyseur de puissance côté entrée électrique

Le 8 Tests de performances essentiels des servomoteurs

Test 1 — Test de caractéristique de charge

Le test des caractéristiques de charge est l'épine dorsale de la validation des servomoteurs. Le banc de test passe automatiquement par les points de charge prédéfinis (mode à contrôle de couple), enregistrement à chaque point:

• Tension d'entrée, actuel, pouvoir, facteur de puissance
• Couple et vitesse de sortie
• Puissance d'entrée et de sortie
• Efficacité
• Température à des points de mesure prédéfinis
• Contenu harmonique de la tension et du courant

Le résultat est une cartographie complète des performances sur toute la plage de fonctionnement nominale du moteur.. Le logiciel de test trace n'importe quelle combinaison de paramètres sur les axes X-Y et exporte des tableaux de données pour une analyse plus approfondie..

Instruments clés: Dynamomètre de charge, capteur de couple-vitesse, analyseur de puissance, enregistreur de données

Test 2 — Test à vide

Avec le dynamomètre de charge débrayé, le MUT fonctionne à la tension nominale et à la vitesse nominale. Les mesures de test:

• Courant à vide (indicateur de perte de fer)
• Précision de la vitesse à vide
• Consommation d'énergie à vide

Un courant à vide élevé signale généralement des défauts de stratification du noyau ou une démagnétisation des aimants permanents - des problèmes invisibles lors d'une inspection statique.

Instruments clés: Capteur couple-vitesse, analyseur de puissance

Test 3 — Rotor verrouillé (Décrochage) Test

Le dynamomètre de charge applique un couple croissant jusqu'à ce que le MUT atteigne une vitesse proche de zéro. (état de décrochage). Le banc d'essai enregistre simultanément le couple de décrochage et le courant de décrochage. La conception des luminaires est essentielle: le MUT et la machine de chargement doivent être montés sur un système de rails coulissants pour permettre le réglage de l'alignement de l'arbre sous charge.

Le couple de décrochage est un paramètre clé pour les applications nécessitant un couple de démarrage élevé — joints robotisés, alimentateurs de presse, axes de moulage par injection.

Instruments clés: Dynamomètre de charge, capteur de couple-vitesse, analyseur de puissance

Test 4 — Courbe caractéristique T-N

Le couple-vitesse (T-N) la courbe définit l’enveloppe de fonctionnement du moteur. Le banc d'essai balaie la vitesse de zéro au maximum tout en enregistrant le couple de sortie à chaque point, produire la courbe caractéristique qui distingue la zone de service continu de la zone de pointe intermittente.

Une courbe T-N correctement formée montre:

• Couple plat de la vitesse nulle jusqu'à la vitesse de base (région à couple constant)
• Région d'affaiblissement du champ au-dessus de la vitesse de base (région à puissance constante)
• Capacité de couple maximale (généralement 2 à 3 fois le couple nominal pendant 10 à 30 secondes)

Instruments clés: Dynamomètre de charge, capteur de couple-vitesse, analyseur de puissance

📈

Exemple de graphique de courbe T-N montrant une zone continue, zone de pointe, et région d'affaiblissement du champ

Test 5 — CARTE d'efficacité

La MAP d’efficacité (également appelée carte de nuages ​​d'efficacité ou carte de contour) est désormais un livrable obligatoire pour les servomoteurs utilisés en robotique, Entraînements auxiliaires pour véhicules électriques, et machines de précision. Le banc d'essai parcourt une grille de points de fonctionnement couple × vitesse, mesurer l'efficacité à chaque:

• Plage de vitesse: 0 à la vitesse nominale maximale
• Plage de couple: 0 au couple nominal (certains tests s'étendent au couple maximal)
• Résolution de la grille: généralement 10×10 à 20×20 points

Le résultat est un tracé de contour 2D montrant les îlots d'efficacité – les zones de fonctionnement à haut rendement où les concepteurs de systèmes doivent cibler des conditions de fonctionnement normales.. Pour un servomoteur bien conçu, l'efficacité maximale dépasse généralement 90 à 95 % à proximité du point de fonctionnement nominal.

Instruments clés: Dynamomètre de charge, capteur de couple-vitesse, analyseur de puissance

Test 6 — Validation des zones de travail

Les tests en zone de travail confirment que le moteur peut supporter des conditions de fonctionnement continues et maximales dans les limites thermiques.. Le banc d'essai maintient le moteur à la charge nominale pendant une période prolongée (généralement 30 à 60 minutes par Go/T 30549), surveillance:

• Augmentation de la température du bobinage (ne doit pas dépasser les limites de la classe d’isolation)
• Température des roulements
• Température du boîtier
• Stabilité du rendement dans le temps

Un moteur qui réussit les tests de courte rafale peut néanmoins ne pas fonctionner de manière continue en raison d'une conception de refroidissement inadéquate..

Test 7 — Test d'augmentation de la température

Séparé de la validation de la zone de travail, le test d'élévation de température dédié utilise un enregistreur de données multicanal avec des thermocouples placés aux extrémités des enroulements, roulements (DE et EMI), et le logement. Le test se déroule jusqu'à ce que l'équilibre thermique soit atteint (changement de température <2°C par heure).

Limites d'échauffement par classe d'isolation:

Classe d'isolation	Augmentation maximale de la température (K)	Température absolue maximale (°C)
Classe B	80 K	130°C
Classe F	105 K	155°C
Classe H	125 K	180°C

Instruments clés: Enregistreur de données multicanal, thermocouples, analyseur de puissance

Test 8 — Mesure du couple de crémaillère

Le couple de cogging — la variation périodique du couple provoquée par l'interaction entre les aimants permanents et les encoches du stator — est un paramètre de qualité critique pour les servomoteurs utilisés dans le positionnement de précision.. Même un petit couple d'engrenage provoque une ondulation de la vitesse à basse vitesse, précision de positionnement dégradante.

Le banc d'essai utilise un capteur de couple dynamique haute résolution (Kistler ou équivalent, résolution à 0.01 N·m) combiné à un codeur angulaire de haute précision pour cartographier la variation du couple sur un cycle électrique complet. Le système est monté verticalement pour éliminer les effets du poids du rotor sur la mesure.

Le couple de crémaillère est généralement exprimé en pourcentage du couple nominal. Critères d'acceptation pour les servomoteurs de précision: <0.5% à <2% en fonction des exigences de l'application.

Instruments clés: Capteur de couple dynamique (Résolution mN·m), codeur angulaire, analyseur de signal dynamique

Exemple de configuration du système de banc d'essai de servomoteur

Vous trouverez ci-dessous une configuration représentative pour un 7.5 Banc d'essai de servomoteurs kW couvrant tous 8 tests ci-dessus:

Composant	Spécification	But
Dynamomètre de charge	Servomoteur CA, 15 kw, 0–6000 tr/min	Charge contrôlable / récupération d'énergie
Capteur de couple-vitesse	0–50 N·m, ±0,1 % FS, 10000 RPM	Couple et vitesse de l'arbre
Analyseur de puissance	4-canal, 600V / 20UN, 0.05% précision	Mesure d'entrée électrique
Analyseur de signal dynamique	16-canal, 24-peu, 51.2 kS/s	Nvh / analyse vibratoire
Compteur LCR	20 Hz – 1 Gamme MHz	Impédance d'enroulement
Enregistreur de données	16-entrée thermocouple canal	Cartographie de la température
PC industriel	Intel Core i7, 16 Go de RAM, 1 To SSD	Logiciel de test, stockage de données
Logiciel de test	Profils de charge automatiques, génération de rapports	GB/T 30549 rapports conformes

Logiciel: Des données brutes aux rapports de tests certifiés

Un logiciel moderne de test de servomoteurs fait plus que collecter des données. Un système bien conçu fournit:

• Exécution automatique du profil de charge — séquences de tests préprogrammées avec critères de réussite/échec
• Traçage de courbes en temps réel — Courbe T-N, efficacité MAP, courbes d'élévation de température
• Analyse harmonique — FFT des formes d'onde de tension et de courant
• Exportation de rapports multiformats -PDF, Exceller, CSV pour les enregistrements de qualité
• Contrôle de conformité aux normes — comparaison automatique avec GB/T 30549, CEI 60034

🔬

Capture d'écran du logiciel de test montrant le tracé de contour MAP et le tableau de données d'efficacité

Foire aux questions

Quelle est la différence entre un banc d'essai de servomoteurs et un banc d'essai de moteurs classique?

Un banc d'essai de servomoteurs est optimisé pour les caractéristiques spécifiques des servomoteurs en boucle fermée: opération à quatre quadrants (motorisation et régénération dans les deux sens), chargement dynamique à grande vitesse, et capacité de mesure du couple d'encoche. Un banc d'essai général de moteurs ne couvre généralement que les caractéristiques de charge sur un seul quadrant et ne dispose pas du matériel d'analyse de signal dynamique nécessaire aux tests NVH et de couple d'engrenage des servomoteurs..

Combien de temps dure un cycle de test complet d'un servomoteur?

Un cycle complet de 8 tests sur un servomoteur de 7,5 à 15 kW prend généralement 4 à 8 heures par moteur. Le test d'augmentation de la température nécessite à lui seul 60 à 120 minutes pour atteindre l'équilibre thermique. Les bancs de test automatisés peuvent fonctionner du jour au lendemain avec une supervision minimale de l'opérateur.

Quelle précision du capteur de couple est nécessaire pour les tests de servomoteurs?

Tests de performances généraux (caractéristique de charge, Courbe T-N, efficacité MAP) nécessitent une précision du capteur de couple de ±0,1 % à ±0,5 % FS. La mesure du couple d'encoches nécessite un capteur dynamique avec une résolution 0.01 N·m ou mieux — les capteurs de couple d'arbre standard sont insuffisants pour ce test.

Un banc d'essai peut-il couvrir plusieurs tailles de servomoteurs?

Oui, avec une conception de luminaire appropriée. Un banc d'essai modulaire peut accueillir des moteurs de 0.5 kw à 50+ kW en changeant l'adaptateur d'accouplement et en ajustant les paramètres du dynamomètre de charge. La plage du capteur de couple-vitesse constitue généralement la contrainte majeure : elle doit être dimensionnée pour le plus gros moteur tout en conservant la précision pour le plus petit..

Quelles normes nationales s'appliquent aux tests de servomoteurs?

La principale norme chinoise est GB/T 30549-2014 (Servomoteurs CA à aimant permanent — Conditions techniques générales). Les équivalents internationaux incluent la CEI 60034-1 (machines tournantes générales) et CEI 60034-30-1 (classes d'efficacité). De nombreux marchés d'exportation acceptent désormais les rapports de tests GB/T ainsi que la documentation CEI.

Le banc d'essai nécessite-t-il une récupération d'énergie?

Pour les moteurs ci-dessus 7.5 kw, une unité de retour d'énergie (AFE — Frontal actif) est fortement recommandé. Il régénère l'énergie absorbée vers le réseau au lieu de la dissiper sous forme de chaleur., réduire considérablement les coûts d'exploitation pour les tests de production en grand volume. Pour les moteurs ci-dessous 3 kw, la charge résistive est acceptable.

Conclusion

Un banc d'essai complet de servomoteurs n'est pas un instrument unique — c'est un système calibré de composants mécaniques., électrique, et des composants logiciels travaillant ensemble pour reproduire et documenter toutes les conditions de fonctionnement auxquelles le moteur sera confronté en service. Le 8 les tests décrits ci-dessus constituent la base de tout programme de validation conforme à la norme GB/T 30549.

EconoTest conçoit et fournit des bancs d'essais de servomoteurs de 0.5 kw à 500 kw, couvrant tous les tests décrits dans ce guide. Nos systèmes de la série SFT sont livrés complets avec des capteurs calibrés, logiciel de test, et documentation complète.

→ Contactez notre équipe d'ingénierie pour une configuration de banc d'essai adaptée à votre gamme de moteurs et à vos besoins d'essais.

Articles connexes

• Comment lire la courbe T-N d'un servomoteur
• Guide du banc d'essai de moteur d'entraînement EV
• Système de test de modules d'articulation de robot