可靠性测试 · Reliability

额定工况运行 Rated Operation Test

在额定电压、额定负载、额定工作制条件下对电动工具连续运行 240 小时,模拟产品在正常使用工况下的长期服役,监测温升、性能下降与功能可靠性,试验后性能下降≤10%,考核产品在额定工况下的持续工作能力。

标准:QT-02-2020 运行时间:240 小时 性能下降:≤10%
测试标准
QT-02-2020
测试设备
测功机
运行时间
240h
性能下降
≤10%
1测试概述
额定工况运行测试是电动工具可靠性试验的基础项目,通过在额定电压、额定负载、额定工作制条件下对样机连续运行240小时,模拟产品在正常使用工况下的长期服役,考核产品在额定工况下的持续工作能力与性能稳定性。

电动工具在正常使用中按额定电压、额定负载连续或断续工作。长期运行中,电机绕组绝缘因热应力老化,轴承润滑脂因剪切与高温劣化,碳刷与换向器磨损,齿轮齿面疲劳,电子元器件参数漂移,这些都会导致 性能下降(功率/转速降低)、温升升高、噪声增大、保护误动作 等问题。额定工况运行测试通过加速模拟这些过程,暴露长期可靠性隐患。

本试验依据 QT-02-2020,在 额定电压(允差±2%)、额定负载(允差±5%)、额定工作制(S1连续或S2断续)条件下连续运行 240小时。试验中实时监测输入功率、负载电流、转速、绕组温度、轴承温度、机壳温度,每4小时记录一次。试验后复测性能参数,与试验前基线对比,性能下降≤10%,温升不超过限值,无功能异常与损坏。

测试目的

  • 考核产品在额定工况下连续运行的可靠性,验证设计余量
  • 监测运行中温升、性能参数的变化趋势,评估老化规律
  • 暴露长期运行中的早期失效(绕组短路、轴承损坏、碳刷磨损)
  • 验证热保护、过流保护等安全功能在长期运行中的有效性
  • 为产品 MTBF(平均无故障工作时间)与质保期设定提供数据
2标准要求
QT-02-2020 §6额定工况运行试验条件:额定电压(允差±2%)、额定负载扭矩(允差±5%)、额定工作制(按铭牌 S1/S2)、环境温度 20±15℃。连续运行 240 小时。试验中绕组温升不超过 GB/T 755 规定限值(B级 80K、F级 105K),轴承温升≤55K,机壳温升≤60K。试验后输入功率下降≤10%、转速下降≤10%,无功能异常与损坏。
GB/T 755-2008 旋转电机定额电机绕组温升按绝缘等级限值:A级 60K、E级 75K、B级 80K、F级 105K、H级 125K(电阻法测量)。温升试验在额定负载下运行至热稳定(温升变化≤1K/h)后测量。电动工具电机多采用 B/F 级绝缘。

试验条件与限值

项目技术要求判定限值
电压额定电压±2%
负载额定负载扭矩±5%
工作制额定(S1/S2)按铭牌
环境温度20±15℃记录
运行时间连续240h
绕组温升电阻法测量B级80K/F级105K
轴承温升热电偶测量≤55K
机壳温升热电偶测量≤60K
输入功率下降试验前后对比≤10%
转速下降试验前后对比≤10%
3设备要求
⚙测功机
型号:定制磁滞/磁粉测功机
加载:0–50N·m
转速:0–30000rpm
闭环控制,扭矩稳定
📊功率分析仪
型号:Yokogawa WT500
测量:电压/电流/功率
精度:±0.1%
谐波分析
🌡温度记录仪
型号:横河 MX100
通道:60通道 K型热电偶
测点:绕组/轴承/机壳
采样:1s
🔌可编程交流电源
型号:艾普斯 ASR-2150
输出:0–300V AC
稳压精度:±0.1V
频率:45–500Hz
📏扭矩传感器
型号:HBM T20WN
量程:0–20N·m
精度:±0.1%
非接触信号传输
🔄转速传感器
型号:光电转速探头
量程:0–60000rpm
精度:±1rpm
反光贴片
📷数据采集与监测
工业电脑自动记录
摄像头监控样机状态
异常报警自动停机
4测试步骤
试验前基线测量
样机在额定电压下空载运行5分钟确认功能正常。加载至额定负载运行至热稳定(温升变化≤1K/h),记录 基线性能参数:输入功率、负载电流、转速、绕组温度(电阻法)、轴承温度、机壳温度。测量冷态/热态绕组电阻计算绕组温升。对样机外观拍照存档。
样机安装与设备连接
将样机刚性固定于测功机台架,输出轴经联轴器接测功机。扭矩传感器串联,转速传感器对准反光贴片。在绕组端部、轴承外圈、机壳布置热电偶(绕组热电偶需预埋或贴附)。样机接可编程电源,设定额定电压与频率。
加载与开始运行
启动样机空载运行,缓慢加载至 额定负载扭矩(允差±5%),开始计时。按额定工作制运行(S1连续运行,或 S2-30min 断续运行:30min运行+5min停机冷却循环)。测功机闭环控制保持负载扭矩稳定,电源稳压保持额定电压。
运行中实时监测
数据采集系统每4小时记录一次:输入电压、电流、功率、负载扭矩、转速、绕组温度、轴承温度、机壳温度、环境温度。每8小时检查样机有无异响、振动、冒烟、异味。对断续工作制记录每个循环的起停时刻与温升恢复。
运行中异常处理
试验中出现下列情况应停机检查:绕组温升超限、轴承温升超55K、机壳温升超60K、转速突降>10%、负载电流突增>15%、热保护动作、异常噪声振动、冒烟异味。停机检查原因,记录异常现象与时刻。如为保护动作属正常,待冷却后继续;如为损坏则判定失效终止。
完成240小时运行
累计运行达240小时后停止试验。试验结束前1小时记录热稳态参数。停机后让样机自然冷却至室温。整理运行数据:温升曲线、功率/电流/转速趋势、异常时刻记录。
试验后性能复测
样机冷却后,在额定电压下空载运行5分钟检查功能。加载至额定负载运行至热稳定,复测输入功率、负载电流、转速、绕组温升、轴承温升。与试验前基线对比,计算 输入功率下降率 与 转速下降率。外观检查有无变形、变色、松动。
数据记录与判定
汇总试验数据:运行时间、温升曲线、性能趋势、试验前后性能对比、异常记录。对照 QT-02-2020 判定限值(性能下降≤10%、温升不超限、无功能异常损坏)判定合格性。由测试人员、复核人员签字归档。
5测试指导书 (SOP)

作业前准备

  • 核对样机铭牌:额定电压、额定功率、额定负载扭矩、工作制、绝缘等级
  • 确认测功机、功率分析仪、温度记录仪、可编程电源正常
  • 校验扭矩传感器、转速传感器、热电偶精度
  • 试验前测量额定负载热稳态基线性能参数
  • 绕组热电偶布置到位,预埋式需在装配时安装

安全注意事项

⚠
危险:试验中样机高速旋转,联轴器与测功机必须加装防护罩。样机长期运行温升较高,禁止接触机壳与输出轴。数据采集系统应设置异常自动停机功能,防止无人值守时损坏扩大。试验室应配备灭火器。
!
警告:样机刚性固定必须可靠,振动导致联轴器松动甚至脱出。加载扭矩必须从0缓慢升至额定值,避免冲击。断续工作制必须严格按30min/5min循环,否则温升失真。试验中如遇停电,恢复后应记录中断时间并续测,总运行时间累计。

操作规程

  1. 样机额定电压空载运行5分钟,加载至额定负载测热稳态基线
  2. 样机刚性固定于测功机,连接扭矩/转速传感器与热电偶
  3. 启动样机,缓慢加载至额定负载,开始240小时计时
  4. 按额定工作制运行,每4小时记录电压/电流/功率/扭矩/转速/温度
  5. 每8小时检查样机有无异响、振动、冒烟、异味
  6. 累计运行240小时,记录结束前热稳态参数
  7. 停机自然冷却至室温
  8. 额定负载复测性能,与基线对比计算下降率
  9. 对照判定限值判定合格性,填写报告,签字归档
6测试大纲

额定工况运行测试大纲规定运行条件、监测项目与判定限值:

序号测试项目技术要求测试方法测试设备判定
1运行电压额定电压±2%可编程电源ASR-2150必检
2负载扭矩额定负载±5%闭环控制测功机+HBM必检
3运行时间240h连续累计系统计时必检
4绕组温升B80K/F105K电阻法+热电偶MX100必检
5轴承温升≤55KK型热电偶MX100必检
6机壳温升≤60KK型热电偶MX100必检
7输入功率下降≤10%试验前后对比WT500必检
8转速下降≤10%试验前后对比转速探头必检
9功能监测无异常全程观察摄像头必检
7测试报告

测试完成后应出具完整的额定工况运行测试报告,包含样品信息、运行数据、性能对比与判定:

额定工况运行测试报告
RATED OPERATION TEST REPORT
报告编号:RPT-RO-2026-XXXX
样品型号:____________
额定电压:__V
额定负载:__N·m
工作制:S1/S2
绝缘等级:__级
运行时间:240h
测试日期:__至__

运行数据汇总

时间 (h)输入功率 (W)电流 (A)转速 (rpm)绕组温升 (K)轴承温升 (K)异常
0(基线)__________无
48__________无
120__________无
192__________无
240(结束)__________无

试验前后性能对比

项目试验前试验后下降率限值结果
输入功率__W__W__%≤10%□合格
转速__rpm__rpm__%≤10%□合格
绕组温升__K__K—B80/F105K□合格
外观正常__—无变形变色□合格
功能正常__—正常工作□合格

测试结论

判定结果
□ 合格
判定结果
□ 不合格
8判定标准

额定工况运行测试按 QT-02-2020 进行判定,所有项目均满足要求方可判定合格。

项目限值判定依据
运行时间240小时QT-02-2020 §6.1
电压允差±2%QT-02-2020 §6.1
负载允差±5%QT-02-2020 §6.1
绕组温升B级80K/F级105KGB/T 755
轴承温升≤55KQT-02-2020 §6.2
机壳温升≤60KQT-02-2020 §6.2
输入功率下降≤10%QT-02-2020 §6.3
转速下降≤10%QT-02-2020 §6.3
功能无异常QT-02-2020 §6.3
外观无变形/变色QT-02-2020 §6.3
安全保护不误动作QT-02-2020 §6.3
✓
合格判定:样机在额定电压、额定负载、额定工作制下连续运行240小时,绕组温升≤80/105K、轴承温升≤55K、机壳温升≤60K,试验后输入功率下降≤10%、转速下降≤10%,无功能异常与外观损坏,判定合格。
✖
不合格处理:对绕组温升过高,应优化通风散热、提高绝缘等级(B→F)、降低铜损铁损;对转速下降超限,应检查碳刷磨损、换向器磨损、轴承阻力增大;对保护误动作,应优化热保护阈值与延时。整改后重新测试。