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直流电机效率的间接测试方法

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  • 发布时间:2016/8/12 16:24:36
  • 作者:ly_yinhe

  直流电机效率求取方法一般有直接测试方法及间接测试方法,效率的直接测试方法主要是通过直接测量输入功率、输出功率从而求取效率;而直流电机效率的间接测试方法是指通过测量电机的铜耗、机械损耗、铁耗等各种损耗,从而间接求取电机输出功率计算出效率的方法。下面本文针对直流电机效试验标准介绍直流电机损耗的求取及效率的计算方法。

直流电机效率的间接测试—电机各损耗的确定

  直流电机效率的间接测试主要是通过测量电机铜耗、铁耗、机械损耗、电刷损耗等各种损耗从而求出效率的方法,下面介绍各种损耗的求取及计算方法。

01铜耗

  电枢回路铜耗为电枢回路中所有绕组的电阻(换算到基准工作温度,见下表1)之和与电枢电流平方乘积。

基准温度参照表

表1:基准温度参照表

02电刷的电损耗

  电刷的电损耗为电枢电流与电刷电压降的乘积,这一电压降的数值为:碳-石墨、石墨及电化石墨电刷2V;金属石墨电刷0.6V。

03铁耗及机械耗

  铁损耗和机械损耗可以采用空载电动机法或者空载发电机法测得:

  A. 空载电动机法

  电机空载运行一段时间,使电机的轴承及电刷摩擦损耗达到稳定。试验时,电机作空载运行,励磁可以采用他励,转速保持在额定值,外施电压从125%的额定电压开始,逐步降低至可能达到的最低值。在每一电压测量电枢电压、电枢电流及励磁电流。试验后应立即测量电枢回路各部分绕组电阻。

  被试电机的铁耗(PFe)及机械损耗(Pfw)之和由下式1计算:

……1

  式中:

  P0=I0U0(I0——空载电枢电流,A;U0——空载时电枢端电压,V),W;

  PCu0——电枢回路中各部分绕组的铜耗,为试验后量的的电枢各绕组电阻之和与空载电流平方的乘积,W;

  PCub0——空载电刷电损耗,W。

  为确定铁耗及机械损耗,绘制出铁耗及机械损耗之和对于电枢电压平方的曲线,并将其延长至与纵轴相交(如图1所示),交点的纵坐标即为机械损耗。

 铁耗及机械损耗之和对于电枢电压平方的曲线

图1示:铁耗及机械损耗之和对于电枢电压平方的曲线

  被试直流电机的铁耗应按相应的感应电势求得,即为被试电机是发电机时,电枢感应电势等于额定电压加上电枢回路各部分绕组的电压降及电刷压降,当被试电机是发电机时,电枢感应电势等于额定电压减去电枢回路各部分绕组的电压降及电刷压降。

  B. 空载发电机法

  被试电机应在发电机方式下空载运行一段时间,使轴承及电枢摩擦损耗达到稳定。试验时,被试电机采用他励,转速保持在额定值,被试电机的空载电枢电压调节到等于被试电机在额定运行时的感应电势,此时测功机或转矩测量仪测得的功率即为被试电机的铁耗与机械损耗之和。再使被试电机在空载不励磁情况下运行,此时测功机或转矩测量仪测得的功率即为机械损耗。通过两次测试的损耗求差即可得到被试电机的铁耗。

04励磁损耗

  A. 励磁绕组铜耗

  励磁绕组铜耗为励磁绕组的电阻(换算到基准工作温度)与励磁电流平方的乘积。

  当计算电机在额定负载下的效率时,如励磁电流不能由直接负载试验测定,可取下列数值:

  对并励或他励发电机(不论有无换向极)按电机空载电压等于额定电压加上额定电流时电枢回路(包括电枢绕组、电刷、换向绕组)的压降所需励磁电流的110%;

  对带有补偿绕组的并励或他励发电机,按电机在空载电压等于额定电压加上额定电流时电枢回路(包括电枢绕组、换向绕组、补偿绕组及电刷)电压降时的励磁电流;

  对平复励发电机,取空载电压等于额定电压时的励磁电流;

  对过复励及欠复励发电机,有制造厂与用户协议;

  对电动机,取额定电压、额定转速时的空载励磁电流。

  B. 主励磁回路中变阻器损耗

  主励磁回路中变阻器损耗为指定负载时变阻器的电阻数值与在该负载时的励磁电流平方的乘积,也可为指定负载时变阻器上的电压降与该负载时励磁电流的乘积。

  C. 励磁机损耗

  由被试电机驱动并为其专用的励磁机,其损耗应计入被试电机的励磁损耗内。此项损耗为励磁机的输入功率(除励磁机本身的机械损耗外)与励磁机输出功率间的差值加上励磁机的励磁损耗(如励磁机为他励时)。励磁机的输出功率即为励磁绕组铜耗和主励磁回路中变阻器损耗。

  如励磁机可从被试电机轴上拆下而单独进行试验时,则励磁机在指定输出时的输入功率可用测功机或转矩测量仪来测定;如励磁机不能拆下时,则可将被试电机由独立的电源他励,在电动机状态下运行,测定励磁机在负载及空载不励磁时整个机组的损耗,两个损耗的差值即为励磁机的输入功率。

  如上述方法都不能用时,则励磁机损耗可以用本文所述的损耗分析法确定,但已计入在被试电机中的机械损耗不应计入。

  杂散损耗

  在额定负载时杂散损耗应按下列办法确定:

  无补偿绕组——

  额定输入的1%(电动机);

  额定输出的1%(发电机)。

  有补偿绕组——

  额定输入的0.5%(电动机);

  额定输出的0.5%(发电机)。

  当电机功率不等于额定值时,杂散损耗值应按电流平方成正比而进行修正。

  对恒速电机,额定输入或额定输出是指最高额定电压及最大额定电流时的输入和输出。

  对借调节外施电压改变转速的调速电动机,每一特定转速时的额定输入是指最大额定电流与该特定转速时的电压乘积。对借励磁改变转速的调速电动机,额定输入是指额定电压与最大额定电流的乘积。对借励磁保持恒压的调速发电机,额定输出是指额定电压与最大额定电流时的输出。上述百分数是指在最低额定转速时的杂散损耗。在其他转速时,应再乘以下表2的校正系数。

对应转速下的校正系数

表2示:对应转速下的校正系数

直流电机效率间接测试—效率的计算

01电机总损耗

  总损耗=铜耗+电刷电损耗+铁耗+机械损耗+励磁损耗+杂散损耗

02效率的计算

  直流电动机的效率:

  式中:

  ηM——直流电动机的效率;

  P1——电动机输入功率,W;

  ∑P——总损耗,W。

  直流发电机的效率:

  式中:

  η0——直流发电机的效率;

  P2——发电机输出功率,W;

  ∑P——总损耗,W。

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