第10章转速转矩和功率测量ppt课件.ppt

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1、热能与动力机械测试技术天津大学机械学院内燃机燃烧学国家重点实验室State Key Laboratory of Engines, Tianjin University第一节第一节 转速测量转速测量第二节第二节 转矩测量转矩测量第三节第三节 功率测量功率测量本章主要内容学习要求：学习要求：了解常用转速和扭矩的测量方法。了解常用转速和扭矩的测量方法。 要求掌握常用的发动机功率测量方法和原理。要求掌握常用的发动机功率测量方法和原理。了解常用测功器的种类。了解常用测功器的种类。了解各自调节负荷的方法，以及工作特性。了解各自调节负荷的方法，以及工作特性。了解掌握如何进行测功器的正确选型。了解掌握如何进行

2、测功器的正确选型。第十章 转速、转矩和功率测量 State Key Laboratory of Engines, Tianjin University离心式转速表离心式转速表磁性转速表磁性转速表电动转速表电动转速表定时转速表定时转速表转速是在单位时间内转轴的旋转次数，单位：转速是在单位时间内转轴的旋转次数，单位：r/minr/min，记为：，记为：n n。按照接触与否可以分为接触式、非接触式两大类。按照接触与否可以分为接触式、非接触式两大类。 接触式转速表接触式转速表 特点：特点：构造简单，消耗被测转轴的能量，精度一般较差，用于构造简单，消耗被测转轴的能量，精度一般较差，用于能量损失忽略不计且

3、对精度要求不太高的场合能量损失忽略不计且对精度要求不太高的场合第一节第一节 转速测量转速测量State Key Laboratory of Engines, Tianjin University离心式转速表：离心式转速表：利用离心力器件（重环或重锤）旋转产生与利用离心力器件（重环或重锤）旋转产生与转速的平方成正比的离心力，通过克服弹簧的反作用力推动指转速的平方成正比的离心力，通过克服弹簧的反作用力推动指示机构工作的，分手持式和固定式两种。示机构工作的，分手持式和固定式两种。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University磁性转速表：磁性转速

4、表：利用回转圆盘在旋转磁场中感应出电涡流而产利用回转圆盘在旋转磁场中感应出电涡流而产生转矩变化，从而带动指针偏转来测速的，故又称为电涡流式生转矩变化，从而带动指针偏转来测速的，故又称为电涡流式转速表。转速表。 State Key Laboratory of Engines, Tianjin University电动转速表：电动转速表：由发送器、指示器和连接导线三部分组成。发由发送器、指示器和连接导线三部分组成。发送器实际上是一个小型永磁的交流或直流发电机。送器实际上是一个小型永磁的交流或直流发电机。 电动式转速表的测量方式：是将小型交流电动机的转速，保电动式转速表的测量方式：是将小型交流电动机

5、的转速，保持与被测轴转速一致并发电。转速越高，产生的电动势越大。持与被测轴转速一致并发电。转速越高，产生的电动势越大。电动转速表通过电压表指示所测转速。电动转速表通过电压表指示所测转速。 电动式转速表有良好的抗震性，多用于柴油机和船舶等设备电动式转速表有良好的抗震性，多用于柴油机和船舶等设备的转速测量。的转速测量。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University定时转速表：定时转速表：在一定时间内通过累计转速来测量转速。手持在一定时间内通过累计转速来测量转速。手持式定时转速表采用钟表式传动机构。式定时转速表采用钟表式传动机构。State K

6、ey Laboratory of Engines, Tianjin University原理原理 ：是利用光电元件（如光电池、光电管、光敏电阻等）：是利用光电元件（如光电池、光电管、光敏电阻等） 对光的敏感性来测量转速。对光的敏感性来测量转速。 非接触式转速表非接触式转速表 特点：不消耗被测转轴的转矩，测量精度高，但结构相对复杂；是动特点：不消耗被测转轴的转矩，测量精度高，但结构相对复杂；是动力机械测试中最常用的测速仪表，其关键部分是转速传感器力机械测试中最常用的测速仪表，其关键部分是转速传感器光电式转速传感器光电式转速传感器 光电式转速传感器（光电式转速传感器（a a）双头投射式（）双头投射

7、式（b b）单投反射式）单投反射式1 1、7 7光源光源 2 2、遮光盘、遮光盘 3 3、光电管、光电管 4 4、透镜、透镜 5 5、反、反光镜光镜 6 6、被测转轴、被测转轴 8 8、光敏管、光敏管分类分类: 照射式、照射式、 反射式反射式结构结构:光源，遮光盘（反光盘）光源，遮光盘（反光盘） 光电管，测频电路。光电管，测频电路。特点特点: 高速时，光信号减弱高速时，光信号减弱测速：脉冲信号的频率测速：脉冲信号的频率f(Hz)f(Hz)为为n n为被测转轴的转速（为被测转轴的转速（r/minr/min）；）；z z为避光盘上狭缝（或孔）数目。为避光盘上狭缝（或孔）数目。 State Key

8、Laboratory of Engines, Tianjin University磁电式转速传感器磁电式转速传感器 结构：齿轮（导磁材料，齿数结构：齿轮（导磁材料，齿数z z）, ,磁头磁头 （磁铁）（磁铁）, ,线圈线圈, ,距齿顶约距齿顶约2mm;2mm;特点：结构简单特点：结构简单, ,工作可靠工作可靠, ,转速越高转速越高, , 输出信号越强输出信号越强; ;测速：齿轮随转轴旋转，每转一齿，测速：齿轮随转轴旋转，每转一齿， 切割一次磁力线，在线圈中产切割一次磁力线，在线圈中产 生一个感应电动势的脉冲信号。生一个感应电动势的脉冲信号。 每转将产生每转将产生z z个电脉冲信号个电脉冲信号:

9、 :State Key Laboratory of Engines, Tianjin University一、转矩测量方法分类一、转矩测量方法分类 11测量原理的不同分为测量原理的不同分为: :传递法、平衡力法和能量转换法三大类。传递法、平衡力法和能量转换法三大类。传递法传递法原理原理 ：轴受到转矩作用时会产生变形、应力或应变，：轴受到转矩作用时会产生变形、应力或应变，传递法就是通过测量变形、应力或应变来测量转矩的传递法就是通过测量变形、应力或应变来测量转矩的根据传感器所感应的参数分为根据传感器所感应的参数分为: :变形型、应变型和应力型转矩传感器，分别感变形型、应变型和应力型转矩传感器，分别

10、感 受转轴的变形、应变和应力。受转轴的变形、应变和应力。 根据转矩信号产生方式分为根据转矩信号产生方式分为: :电阻式、光学式、光电式、感应式、电容式、钢电阻式、光学式、光电式、感应式、电容式、钢 铉式、机械式转矩传感器等。铉式、机械式转矩传感器等。根据转矩信号传输方式分为根据转矩信号传输方式分为: :接触式和非接触式两大类。接触式和非接触式两大类。 接触式转矩传感器包括机械式、液压式、接触式转矩传感器包括机械式、液压式、气动式、气动式、接触滑环式等；接触滑环式等； 非接触式转矩传感器包括光波式、磁场式、电场式、微波式等。非接触式转矩传感器包括光波式、磁场式、电场式、微波式等。根据转矩传感器安

11、装方式分为根据转矩传感器安装方式分为: :串装式和附装式两类。串装式和附装式两类。 第二节第二节 转矩测量转矩测量State Key Laboratory of Engines, Tianjin University11平衡力法平衡力法 当匀速运转的动力机械的传动轴对外输出一定大小的转矩时，在其机壳上必然同当匀速运转的动力机械的传动轴对外输出一定大小的转矩时，在其机壳上必然同时作用着大小相等、方向相反的平衡力矩。通过测量机壳上的平衡力矩来确定动时作用着大小相等、方向相反的平衡力矩。通过测量机壳上的平衡力矩来确定动力机械传动轴上工作力矩的方法称为平衡力法，又称支反力法。力机械传动轴上工作力矩的方

12、法称为平衡力法，又称支反力法。动机机械试验中常用的转矩测量方法就是典型的平衡力法动机机械试验中常用的转矩测量方法就是典型的平衡力法 平衡力法测量转矩原理平衡力法测量转矩原理11机壳机壳 22平衡支承平衡支承 33力臂杆力臂杆 44测力机构测力机构State Key Laboratory of Engines, Tianjin University依据能量守恒定律，通过测量其他形式能量如电能、热能依据能量守恒定律，通过测量其他形式能量如电能、热能参数来测量旋转机械的机械能，进而求得转矩的方法即能参数来测量旋转机械的机械能，进而求得转矩的方法即能量转换法。量转换法。从方法上讲，能量转换法实际上就是

13、对功率和转速进行测从方法上讲，能量转换法实际上就是对功率和转速进行测量的方法。能量转换法测转矩一般只在电机和液机方面有量的方法。能量转换法测转矩一般只在电机和液机方面有较多的应用。较多的应用。 能量转换法能量转换法传递法涉及的转矩测量仪器种类最多，应用也最传递法涉及的转矩测量仪器种类最多，应用也最广泛。广泛。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University三种方式的比较三种方式的比较传递类转矩测量仪传递类转矩测量仪小巧轻便，既可以串接到被测设备小巧轻便，既可以串接到被测设备的传动系统中去测量转矩，也可以附加在被测设备的传动系统中去测量转矩，

14、也可以附加在被测设备传动系统的传动轴上来测量转矩，测试时不需要改传动系统的传动轴上来测量转矩，测试时不需要改变被测设备传动系统的结构，也不需要移动被测设变被测设备传动系统的结构，也不需要移动被测设备，便于进行现场测试，测量准确度高，能够真实备，便于进行现场测试，测量准确度高，能够真实有效的反映机械的实际情况。有效的反映机械的实际情况。平衡类转矩测量仪平衡类转矩测量仪仅能够测量静态或匀速工作情况下仅能够测量静态或匀速工作情况下的转矩，不能测量动态转矩。的转矩，不能测量动态转矩。能量转换类转矩测量仪能量转换类转矩测量仪的测量为间接测量方式，测量的测量为间接测量方式，测量误差比较大，常达误差比较大，

15、常达（1015）%，所以只有在无，所以只有在无法进行直接测量的场合下，才采用这种方法。法进行直接测量的场合下，才采用这种方法。 State Key Laboratory of Engines, Tianjin University二、常用转矩测量仪器二、常用转矩测量仪器 钢铉转矩测量仪钢铉转矩测量仪 原理原理 ：钢铉转矩测量仪是根据弹性扭轴的变化引起钢铉伸缩，：钢铉转矩测量仪是根据弹性扭轴的变化引起钢铉伸缩， 从而使用钢铉振动的固有频率发生变化来测量转矩的。从而使用钢铉振动的固有频率发生变化来测量转矩的。钢铉转矩测量仪的原理钢铉转矩测量仪的原理1-1-弹性扭矩弹性扭矩 2-2-卡盘卡盘 3-3

16、-凸臂凸臂 4-4-钢铉钢铉State Key Laboratory of Engines, Tianjin University在被测轴上相隔距离的两个面上固定安装着两个测量环，在被测轴上相隔距离的两个面上固定安装着两个测量环，两根振弦分别被夹紧在测量环的支架上。两根振弦分别被夹紧在测量环的支架上。当轴受转矩作用时，两个测量环当轴受转矩作用时，两个测量环之间产生一相对转角，引起振弦之间产生一相对转角，引起振弦自振频率的变化。自振频率的变化。自振频率与所受外力的平方根成自振频率与所受外力的平方根成正比。正比。振动频率差获得扭矩。振动频率差获得扭矩。在安装振弦时必须使其有一定的在安装振弦时必须使

17、其有一定的预紧力。预紧力。021lf)(202ffKTState Key Laboratory of Engines, Tianjin University当轴传递扭矩时，轴产生扭转形当轴传递扭矩时，轴产生扭转形变，轴的两相邻截面就扭转一个变，轴的两相邻截面就扭转一个角度，使装在卡筒上的两个振弦角度，使装在卡筒上的两个振弦传感器中的一个受拉、一个受压。传感器中的一个受拉、一个受压。根据虎克定律根据虎克定律, ,在弹性变形范围在弹性变形范围内内, ,轴的扭转角度是与外加的扭轴的扭转角度是与外加的扭矩成正比的，振弦的伸缩变形也矩成正比的，振弦的伸缩变形也就与外加的扭矩成正比。就与外加的扭矩成正比。

18、而振弦的振动频率的平方差与它而振弦的振动频率的平方差与它所受应力成正比，因此可所受应力成正比，因此可利用测利用测量弦的振动频率的方法量弦的振动频率的方法来测量轴来测量轴所承受的扭矩。所承受的扭矩。测量原理测量原理State Key Laboratory of Engines, Tianjin University图5-1 振弦式传感器原理及间歇激励方式图（a） 自激式； （b） 他激式； （c） 激励与输出波形 State Key Laboratory of Engines, Tianjin University1.1. 激励方式激励方式间歇间歇激励激励方式方式振弦的间歇激励有自激式和他激式两

19、种方式。振弦的间歇激励有自激式和他激式两种方式。 （1 1） 图图5-15-1（a a）为自激式）为自激式：在：在弦的两侧放一永久磁铁，弦的两侧放一永久磁铁， 工作时工作时，弦，弦中通以脉冲电流中通以脉冲电流，脉冲电流，脉冲电流受磁场作用使弦起振。受磁场作用使弦起振。 起振后起振后，弦，弦作为导体在磁场中运动作为导体在磁场中运动，感应，感应出交变电动势出交变电动势，通过，通过测量感应电动势的频率测量感应电动势的频率，即，即为振弦的自由振动频率。为振弦的自由振动频率。 （2 2） 图图5-15-1（b b）为他激式）为他激式：在：在弦的两侧分别放一个激励线弦的两侧分别放一个激励线圈和测量线圈。激

20、励线圈绕在软磁铁上，测量线圈绕在永久磁圈和测量线圈。激励线圈绕在软磁铁上，测量线圈绕在永久磁铁上铁上，弦，弦上固定一个软铁块上固定一个软铁块。给。给激励线圈通以脉冲电流激励线圈通以脉冲电流，振，振弦弦便被吸放一次，开始起振便被吸放一次，开始起振。振。振弦在振动中引起测量线圈磁路的弦在振动中引起测量线圈磁路的交替变化，线圈中便感应出交变电动势，感应电动势的频率就交替变化，线圈中便感应出交变电动势，感应电动势的频率就等于振弦的自由振动频率。若振弦为铁磁材料，则可省去软铁等于振弦的自由振动频率。若振弦为铁磁材料，则可省去软铁块。块。频率测量方案频率测量方案State Key Laboratory o

21、f Engines, Tianjin University11光电式转矩仪光电式转矩仪 原理原理 ：弹性扭轴两端的光学元件将转矩引起的弹性扭轴变形产生的：弹性扭轴两端的光学元件将转矩引起的弹性扭轴变形产生的相位差转换为电信号，再根据检测到的电信号确定作用于轴上的转矩相位差转换为电信号，再根据检测到的电信号确定作用于轴上的转矩。 光电式转矩传感器示意图光电式转矩传感器示意图1 1、5-5-套筒套筒 2-2-光源光源 3 3、3-3-光栅盘光栅盘 4-4-光电管光电管 6-6-弹性扭轴弹性扭轴光栅盘光栅盘（a a）两光栅盘正视图）两光栅盘正视图 (b) (b) 两光栅盘侧视图两光栅盘侧视图图示为两

22、光栅盘相互位置处于使光通过最大的位置图示为两光栅盘相互位置处于使光通过最大的位置State Key Laboratory of Engines, Tianjin University结构：结构：测量原理测量原理: : a. a.无转矩作用时，无转矩作用时，A、B光栅相互遮挡，光电管输出为零；光栅相互遮挡，光电管输出为零； b. 转矩转矩T作用时，轴的作用时，轴的A、B端扭转一个角度端扭转一个角度，A、B光栅也错开光栅也错开角度，角度，透过部分光线。透过部分光线。T 越大，越大，也越大，光电管的输出越大也越大，光电管的输出越大。 c. c.转速对转矩的测量无影响转速对转矩的测量无影响测量波形图：

23、测量波形图： State Key Laboratory of Engines, Tianjin University光电式转矩传感器输出波形图光电式转矩传感器输出波形图 方波的直流分量和它的占空比成正比，比方波的直流分量和它的占空比成正比，比方占空比为方占空比为60，那么如果方波的幅度是，那么如果方波的幅度是10V,它的直流分量是它的直流分量是6V。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University光学式转矩仪光学式转矩仪 State Key Laboratory of Engines, Tianjin University磁电式转矩仪磁电式

24、转矩仪 结构：结构：相距相距L L的两截面上装有的两截面上装有2 2个齿轮以及个齿轮以及2 2个相同的个相同的磁电式传感器，起磁头作用；磁电式传感器，起磁头作用； 测量原理：测量原理：轴每转一转，传感器产生一列脉冲信号；轴每转一转，传感器产生一列脉冲信号；弹性轴转动受扭后，相距弹性轴转动受扭后，相距L L的的2 2只外齿轮扭转一个角度，只外齿轮扭转一个角度，发出的两列磁电脉冲信号产生相位差。测量此相位差发出的两列磁电脉冲信号产生相位差。测量此相位差信号并经过数据处理后，即可求出所测量转矩。信号并经过数据处理后，即可求出所测量转矩。磁电式转距仪工作原理图磁电式转距仪工作原理图注意：注意：在实际使

25、用中，由于两个在实际使用中，由于两个传感器安装时有误差存在，为此传感器安装时有误差存在，为此，转矩仪应设有补偿初始相位差，转矩仪应设有补偿初始相位差的调零装置。的调零装置。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University0D磁电式转距传感器结构示意图磁电式转距传感器结构示意图1-1-弹性扭轴弹性扭轴 2-2-齿轮齿轮 3-3-校准筒校准筒 4-4-永久磁铁永久磁铁 5-5-滚动轴承滚动轴承 6-6-壳体壳体 7-7-电动机电动机 8-8-线圈线圈磁电式转矩传感器结构示意图磁电式转矩传感器结构示意图 注：当弹性扭轴的转速低于注：当弹性扭轴的转

26、速低于600r/min600r/min时，测量精度降低，用电动机时，测量精度降低，用电动机7 7带动校带动校准筒反向旋转，提高齿轮对之间的相对速度，可以提高转矩仪的测量精度。准筒反向旋转，提高齿轮对之间的相对速度，可以提高转矩仪的测量精度。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University应变式转矩仪应变式转矩仪 原理原理 ：是利用应变原理来测量转矩的，它安装在动力机械和负荷之间。：是利用应变原理来测量转矩的，它安装在动力机械和负荷之间。测量原理测量原理:转轴承受转矩时要产生切应力（变），最大切应力转轴承受转矩时要产生切应力（变），最大切应力

27、（变）发生于圆周，方向为（变）发生于圆周，方向为450和和1350，它与转矩成正比，应变，它与转矩成正比，应变式转矩仪在转轴这两个方向粘贴应变片，用电桥测出其最大应式转矩仪在转轴这两个方向粘贴应变片，用电桥测出其最大应变，从而测得转矩。变，从而测得转矩。 应变式转矩仪测量原理简图应变式转矩仪测量原理简图State Key Laboratory of Engines, Tianjin University应变片具体布置：应变片具体布置： 为了提高测量灵敏度，可用为了提高测量灵敏度，可用4 4个应变片，按承受的拉、压应力平均分配，个应变片，按承受的拉、压应力平均分配，两个承受拉应力的应变片分别贴在

28、轴的外圆两个承受拉应力的应变片分别贴在轴的外圆0 00 0、1801800 0处并与轴线成处并与轴线成1351350 0夹角，夹角，两个承受压应力的应变片分别贴在轴的外圆两个承受压应力的应变片分别贴在轴的外圆90900 0、2702700 0处并与轴线成处并与轴线成45450 0夹角，夹角，4 4个应变片组成全桥回路，以保证测量值为纯转矩。个应变片组成全桥回路，以保证测量值为纯转矩。电桥的两种输出信号：电桥的两种输出信号： 应变式转矩仪电桥的输出信号有两种，一是通过集流器引入应变仪测出应变式转矩仪电桥的输出信号有两种，一是通过集流器引入应变仪测出平均应变值；二是采用遥测应变仪来测量转矩，其发射

29、机外形尺寸很小，可平均应变值；二是采用遥测应变仪来测量转矩，其发射机外形尺寸很小，可装在轴上，通过环形天线，由应变仪的接受机接受。后者在具有良好抗干扰装在轴上，通过环形天线，由应变仪的接受机接受。后者在具有良好抗干扰措施的情况下测量精度较高，而前者精度较低。措施的情况下测量精度较高，而前者精度较低。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University磁致伸缩式转矩仪磁致伸缩式转矩仪 磁致伸缩效应：磁致伸缩效应：铁磁物体的机械状态和磁状态相互作用引起的现象有两种：一是铁磁物体的铁磁物体的机械状态和磁状态相互作用引起的现象有两种：一是铁磁物体的磁化

30、特性在机械力作用下会发生显著变化：二是铁磁物体在外界磁场作用下磁化特性在机械力作用下会发生显著变化：二是铁磁物体在外界磁场作用下会发生机械变形。会发生机械变形。测量原理测量原理:特点：特点：State Key Laboratory of Engines, Tianjin University转矩测量仪器使用注意事项：转矩测量仪器使用注意事项： 标定；标定； 最大瞬时转矩；最大瞬时转矩； 弹性连接及同轴度；弹性连接及同轴度； 消除安装的误差。消除安装的误差。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University第三节第三节 功率测量功率测量功率测量

31、方法功率测量方法: :1 1、通过电功率测量、通过电功率测量 动力机械由电动机直接驱动，先测出电动机的输入功率，再利用动力机械由电动机直接驱动，先测出电动机的输入功率，再利用 损耗分析计算电动机的输出功率，即为动力机械的轴功率。又称损耗分析计算电动机的输出功率，即为动力机械的轴功率。又称 损耗分析法损耗分析法; ;2 2、通过转矩间接测量、通过转矩间接测量 由于动力机械的轴功率正比于转矩与转速的乘积，故常采用间接由于动力机械的轴功率正比于转矩与转速的乘积，故常采用间接 测量方法。分别测量转矩和转速，计算公式为测量方法。分别测量转矩和转速，计算公式为: : 具体测量包括具体测量包括: : （1

32、1）用测功机作为负载进行功率测量）用测功机作为负载进行功率测量 （2 2）采用转矩仪测量转矩）采用转矩仪测量转矩9500TnP State Key Laboratory of Engines, Tianjin University常用测功机测量原理：常用测功机测量原理：常用的测功机有电力测功机、水力测功机和磁粉测功机等。常用的测功机有电力测功机、水力测功机和磁粉测功机等。平衡力法平衡力法转矩测量：作用在测功机上的旋转力矩或作用在被测动力机械转矩测量：作用在测功机上的旋转力矩或作用在被测动力机械上的反力矩来指示。上的反力矩来指示。运用运用: :将制动器外壳（定子）支承在一对轴承上，使其可绕本身轴

33、线将制动器外壳（定子）支承在一对轴承上，使其可绕本身轴线作自由摆动。当被测动力机械输出转矩传递给制动器外壳时，作自由摆动。当被测动力机械输出转矩传递给制动器外壳时，就可通过与外壳相连的力臂将力传给测力机构。就可通过与外壳相连的力臂将力传给测力机构。T=FT=FL LState Key Laboratory of Engines, Tianjin University一、电力测功机一、电力测功机 电力测功机分为电力测功机分为: :直流电力测功机、交流电力测功机和电涡流测功机直流电力测功机、交流电力测功机和电涡流测功机结构：由转子，定子外壳（浮动于支座），测力机构（拉压力传感器）构成结构：由转子，

34、定子外壳（浮动于支座），测力机构（拉压力传感器）构成 直流电力测功机直流电力测功机直流电力测功机结构简图直流电力测功机结构简图1-1-转子转子 2-2-定子定子 3-3-励磁绕组励磁绕组 4-4-电枢绕组电枢绕组 5-5-测力机构测力机构 6-6-力臂力臂State Key Laboratory of Engines, Tianjin University工作过程：工作过程： （1 1）测功机作发电机）测功机作发电机当被测动力机械的输出轴与直流电力测功机的转子当被测动力机械的输出轴与直流电力测功机的转子1 1连接在一起旋转时，电枢绕连接在一起旋转时，电枢绕组组4 4切割定子绕组磁场的磁力线，在

35、电枢绕组中产生感应电动势，即产生一个与切割定子绕组磁场的磁力线，在电枢绕组中产生感应电动势，即产生一个与旋转方向相反的制动转矩，电机作发电机运行，以实现作为负荷进行测功的目的。旋转方向相反的制动转矩，电机作发电机运行，以实现作为负荷进行测功的目的。（2 2）测功机作电动机）测功机作电动机当电枢回路有电流通过，磁场中会受到电磁力的作用而产生一个与旋转方向相同当电枢回路有电流通过，磁场中会受到电磁力的作用而产生一个与旋转方向相同的驱动力矩，电机作电动机运行，用来拖动动力机械转动。的驱动力矩，电机作电动机运行，用来拖动动力机械转动。计算公式：计算公式：电枢绕组中的感应电动势电枢绕组中的感应电动势E

36、E为：为：定子励磁绕组的磁通定子励磁绕组的磁通 K K1 1电机电动势系数电机电动势系数 nn转子转速转子转速K K2 2、K K3 3为比例系数为比例系数电枢回路流过的电流电枢回路流过的电流: : 制动力矩：制动力矩： 功率：功率： State Key Laboratory of Engines, Tianjin University直流电力测功机控制方式直流电力测功机控制方式: :负荷电阻控制方式和自动馈网控制方式两类负荷电阻控制方式和自动馈网控制方式两类直流电力测功机的特性与控制方式有关，根据试验目的和试验方法、电源和经直流电力测功机的特性与控制方式有关，根据试验目的和试验方法、电源和经

37、济多种因素选控制方式。济多种因素选控制方式。负荷电阻控制方式负荷电阻控制方式负荷电阻控制方式直流负荷电阻控制方式直流DC:直流电源直流电源 S1、S2:开关开关 V:细调节变阻器细调节变阻器 W:粗调节变阻器粗调节变阻器 P:主调节变阻器主调节变阻器 C-C:串励磁绕组串励磁绕组 H-H:电枢电枢 F-F:励磁绕组励磁绕组 RL:负荷负荷State Key Laboratory of Engines, Tianjin University控制方法控制方法:(1)电机以发电机状态运行作为测功使用时，开关电机以发电机状态运行作为测功使用时，开关S2合向合向G一边。负一边。负荷的大小可通过变阻器荷的

38、大小可通过变阻器P、W、V进行调整。进行调整。(2)当电机以电动机状态进行作为驱动使用时，开关当电机以电动机状态进行作为驱动使用时，开关S2合向合向M一边。一边。当主变阻器当主变阻器P的电阻值逐档减小时，主电流（电枢电流）逐级加大，的电阻值逐档减小时，主电流（电枢电流）逐级加大，电机的转速也逐级升高。电机的转速也逐级升高。负荷电阻控制方式直流电力测功机的负荷电阻控制方式直流电力测功机的基本特性基本特性: :负荷电阻控制方式结构简单，但测功机负荷电阻控制方式结构简单，但测功机所测的功率基本上消耗在负荷电阻上，所测的功率基本上消耗在负荷电阻上，不能加以利用，因此这种控制方式只适不能加以利用，因此这

39、种控制方式只适用于中、小功率动力机械的功率测量。用于中、小功率动力机械的功率测量。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University负荷电阻控制方式直流电力测功机的特性曲线负荷电阻控制方式直流电力测功机的特性曲线A A为最大电流线；为最大电流线；B B为最大转矩线；为最大转矩线；C C为最大功率线；为最大功率线；D D为最高转速线；为最高转速线；E E为最小吸收转矩或功率线。为最小吸收转矩或功率线。A受限于最大激磁电流和最小负荷电阻；受限于最大激磁电流和最小负荷电阻；B受限于电枢最大电流（转矩），即电枢的机械强度限制；受限于电枢最大电流（转矩

40、），即电枢的机械强度限制；C受限于最大功率（散热能力）；受限于最大功率（散热能力）；D最大转速（电枢绕组旋转离心力）；最大转速（电枢绕组旋转离心力）；E空载（激磁电流为零）（不能测定区）空载（激磁电流为零）（不能测定区）State Key Laboratory of Engines, Tianjin University自动馈网控制方式自动馈网控制方式 馈网式直流电力测功机线路简图馈网式直流电力测功机线路简图1-1-被测动力机械被测动力机械 2-2-测功电机测功电机 3-3-主变流机组主变流机组 4-4-励磁变流机组励磁变流机组 5-5-励磁调整电阻励磁调整电阻 6-6-励磁绕组励磁绕组馈网式

41、直流电力测功机包括馈网式直流电力测功机包括: :一个由三相交流异步电动机和直流电机组成的主变机组一个由三相交流异步电动机和直流电机组成的主变机组3 3，当测功机作为电动机运行时，它将三相交流电变为直流电再向测功机供电；当测功机作为电动机运行时，它将三相交流电变为直流电再向测功机供电；当测功机作为发电机运行时，它将测功机输出的直流电变为交流电再反馈给电网。当测功机作为发电机运行时，它将测功机输出的直流电变为交流电再反馈给电网。励磁电流由（励磁电流由（4 4）提供，其大小通过励磁调整电阻调节。）提供，其大小通过励磁调整电阻调节。State Key Laboratory of Engines, Ti

42、anjin University交流电力测功机交流电力测功机特点特点: :直流电力测功机由于机构方面的限制，其功率容量较小，一般用于测量中小功率直流电力测功机由于机构方面的限制，其功率容量较小，一般用于测量中小功率的动力机械。对大功率动力机械的功率测量，多采用交流电力测功机。的动力机械。对大功率动力机械的功率测量，多采用交流电力测功机。三相交流发电机测量动力机械功率可以有两种方法：三相交流发电机测量动力机械功率可以有两种方法：（1 1）用被测动力机械直接驱动三相交流发电机，测得有效功率）用被测动力机械直接驱动三相交流发电机，测得有效功率PePe为为（2 2）将交流电力测功机的定子外壳也做成可以

43、绕转轴摆动的平衡式结构，通过）将交流电力测功机的定子外壳也做成可以绕转轴摆动的平衡式结构，通过测量动力机械的输出转矩和转速进行功率测量，与直流电力测功机相似。测量动力机械的输出转矩和转速进行功率测量，与直流电力测功机相似。 交流电力测功机也有两种工作方式：既作电动机运行，也作发电机运行。交流电力测功机也有两种工作方式：既作电动机运行，也作发电机运行。 交流电力测功机主要有三种：三相同步电机测功机、绕线式异步电机测功机交流电力测功机主要有三种：三相同步电机测功机、绕线式异步电机测功机和无换向器电机测功机和无换向器电机测功机State Key Laboratory of Engines, Tian

44、jin University1.1.三相同步电机测功机三相同步电机测功机特点特点: 当频率突变或者测功机过载时，电机容易失步当频率突变或者测功机过载时，电机容易失步; ;同步转速下，电能可馈入外源电网加以利用；同步转速下，电能可馈入外源电网加以利用；在其他转速下在其他转速下, ,频率不一致，无法并网频率不一致，无法并网; ;同步电机转速等于旋转磁场转速同步电机转速等于旋转磁场转速, ,即：即：Z为极对数；为极对数；f为定子供电频率（为定子供电频率（Hz）n为同步电机的转速（为同步电机的转速（r/s） 2.2.绕线式异步电机测功机绕线式异步电机测功机特点特点: : 绕线式异步电机测功机通过增加电

45、枢电路中的电阻来增加绕线式异步电机测功机通过增加电枢电路中的电阻来增加转差功率损耗，使转速降低。由于损耗主要发生在电机外部，低转差功率损耗，使转速降低。由于损耗主要发生在电机外部，低速时电机不会过热的，但效率很低，经济性差。速时电机不会过热的，但效率很低，经济性差。绕线式异步电机常用改变转子电路中串联电阻的方法实现调速。绕线式异步电机常用改变转子电路中串联电阻的方法实现调速。 State Key Laboratory of Engines, Tianjin University 绕线式异步电机的转速绕线式异步电机的转速转矩特性转矩特性测功机在低于同步转速下测功，测功机发出的电能将全部消耗测功机

46、在低于同步转速下测功，测功机发出的电能将全部消耗在转子电路中的负荷电阻上。在转子电路中的负荷电阻上。测功机在高于电机的同步转速下运行时，只有少许能量损耗于测功机在高于电机的同步转速下运行时，只有少许能量损耗于变阻器，而大部分能量均将输入外源电网变阻器，而大部分能量均将输入外源电网 . .State Key Laboratory of Engines, Tianjin University3.3.无换向器电机测功机无换向器电机测功机无换向器电机又称晶闸管电机，是一种用晶闸管控制的变频调无换向器电机又称晶闸管电机，是一种用晶闸管控制的变频调速电机速电机变频调速原理：变频调速原理：自制式，基准频率振

47、荡器置于系统内部，由电机的转速和频率自制式，基准频率振荡器置于系统内部，由电机的转速和频率所决定，因而不存在他制式变频方式的失步问题。调速特性与所决定，因而不存在他制式变频方式的失步问题。调速特性与直流电机一样。无换向器，使用时不会产生火花。直流电机一样。无换向器，使用时不会产生火花。特点特点: :可以四象限运行，可用于瞬态工况测量；可以四象限运行，可用于瞬态工况测量；结构简单，便于维护；结构简单，便于维护；电能可以馈入电网；电能可以馈入电网；控制特性好，实现自动控制；控制特性好，实现自动控制；效率高效率高, ,测量精度高、响应速度快。测量精度高、响应速度快。State Key Laborat

48、ory of Engines, Tianjin University 电涡流测功机电涡流测功机 特点：结构简单、控制方特点：结构简单、控制方便、转速范围和功率范围宽，便、转速范围和功率范围宽，能满足各种动力机械功率测能满足各种动力机械功率测量要求，但不能发出电力反量要求，但不能发出电力反馈电网，不能作为电动机来馈电网，不能作为电动机来倒拖驱动动力机械。倒拖驱动动力机械。1.1.电涡流测功机机构与原理电涡流测功机机构与原理State Key Laboratory of Engines, Tianjin University电涡流测功机的基本组成与磁路图电涡流测功机的基本组成与磁路图1-1-磁轭定

49、子磁轭定子 2-2-磁力线磁力线 3-3-励磁绕组励磁绕组 4-4-涡流环涡流环 5-5-空气隙空气隙 6-6-感应子感应子工作原理工作原理: :感应子为齿型。当感应子旋转时，涡流环各处的磁通密度不断变化，感应子为齿型。当感应子旋转时，涡流环各处的磁通密度不断变化，产生感应电动势形成涡电流，力图阻止磁通的变化，从而对感应子产生感应电动势形成涡电流，力图阻止磁通的变化，从而对感应子产生制动力矩。产生制动力矩。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University2.2.电涡流测功机的特性与控制方式电涡流测功机的特性与控制方式特性：特性：电涡流测功机

50、在低转速区域内运行时，制动转矩随励磁电流和转速的增加而迅速电涡流测功机在低转速区域内运行时，制动转矩随励磁电流和转速的增加而迅速增大。但当励磁电流一定时，转矩在某一转速附近达到饱和；转速一定，励磁电增大。但当励磁电流一定时，转矩在某一转速附近达到饱和；转速一定，励磁电流增加到使磁路的磁通达到饱和时，转矩也不再增大。因此，电涡流测功机有手流增加到使磁路的磁通达到饱和时，转矩也不再增大。因此，电涡流测功机有手动调整励磁电流的控制方式和自动控制装置。动调整励磁电流的控制方式和自动控制装置。State Key Laboratory of Engines, Tianjin University电涡流测功