电机性能的测试课件.ppt

1、电机性能的测试电机性能的测试2电机性能电机性能电气性能：电机的工作特性，电动机的转矩电气性能：电机的工作特性，电动机的转矩-转速特性，磁转速特性，磁 路的饱和特性，电机参数及温升等路的饱和特性，电机参数及温升等机械特性：电机的安装尺寸、外形尺寸、转动惯量、外机械特性：电机的安装尺寸、外形尺寸、转动惯量、外 观、观、振动噪声等振动噪声等电机性能的电机性能的试验方法试验方法型式试验：型式试验：为了确定是否符合制造标准的要求，对电机为了确定是否符合制造标准的要求，对电机的特性和参数进行全面的检验，通常只对首台的特性和参数进行全面的检验，通常只对首台或首批几台样机进行检验。或首批几台样机进行检验。检查

2、试验：为了确定电机在电气和机械方面是否处于正检查试验：为了确定电机在电气和机械方面是否处于正常工作状态而进行的检验，每台新装配的电机常工作状态而进行的检验，每台新装配的电机都要进行检查试验，合格方能出厂都要进行检查试验，合格方能出厂。3本章主要内容本章主要内容电机电气性能中损耗与效率的确定电机电气性能中损耗与效率的确定工作特性工作特性转矩转矩-转速特性的测定转速特性的测定温升实验温升实验46.1 电机杂散损耗的确定电机杂散损耗的确定一一 杂散损耗的分类和确定方法杂散损耗的分类和确定方法分类：分类：空载杂耗：电机的空载试验测得的定子铁耗中包含了基本铁耗空载杂耗：电机的空载试验测得的定子铁耗中包含

3、了基本铁耗和空载杂耗和空载杂耗负载杂耗：负载杂耗：电机的杂散损耗主要指的是负载杂散损耗电机的杂散损耗主要指的是负载杂散损耗基频杂耗：导体的集肤效应产生，槽内导体有效截面积减小，交基频杂耗：导体的集肤效应产生，槽内导体有效截面积减小，交流电阻增大引起铜耗增加，还有绕组端部的涡流损流电阻增大引起铜耗增加，还有绕组端部的涡流损耗等。耗等。高频杂耗：气隙高次谐波在定转子表面引起的表面损耗，在定转高频杂耗：气隙高次谐波在定转子表面引起的表面损耗，在定转子齿部引起的脉振损耗，转子横向电流引起的损耗子齿部引起的脉振损耗，转子横向电流引起的损耗等。等。5杂散损耗的确定方法杂散损耗的确定方法（1）实测法：同步电

4、机通常采用实测法，直流电机和感应电机根据需）实测法：同步电机通常采用实测法，直流电机和感应电机根据需要可以采用实测法。要可以采用实测法。（2）额定输出（发电机）或额定输入（电动机）电功率的百分比表示：额定输出（发电机）或额定输入（电动机）电功率的百分比表示：1）据）据GB755，感应电动机的杂散损耗按其书人工电功率的，感应电动机的杂散损耗按其书人工电功率的0.5%确确定。定。2）有补偿绕组直流电机的杂散损耗按其输入（电动机）或输出）有补偿绕组直流电机的杂散损耗按其输入（电动机）或输出（发电（发电 机）电功率的机）电功率的0.5%确定。确定。3）无补偿绕组直流电机则按）无补偿绕组直流电机则按1%

5、确定。确定。注意：当电机功率不等于额定值时，杂散损耗应按与负载电流平方成比注意：当电机功率不等于额定值时，杂散损耗应按与负载电流平方成比例进行修正。例进行修正。6二、杂散损耗测定的测功机法二、杂散损耗测定的测功机法21PPp 用测功机测定感应电动机杂散损耗时，功率表测定被试电用测功机测定感应电动机杂散损耗时，功率表测定被试电动机的输入电功率动机的输入电功率P1，测功机测定被试电机的输出机械功率为，测功机测定被试电机的输出机械功率为P2，电机的总损耗，电机的总损耗 ，则电机的杂散损耗为：，则电机的杂散损耗为：mecFppe21cucupp式中：式中：为定转子铜耗之和；为定转子铜耗之和；为电机的空

6、载损耗，可为电机的空载损耗，可以由空载特性曲线获得。以由空载特性曲线获得。7定子铜耗：定子铜耗：转子铜耗：转子铜耗：铁耗和机械损耗通过空载实验获得铁耗和机械损耗通过空载实验获得8910)(T2fpadadNp注意事项注意事项；（；（1）测功机测定杂散损耗时，应做出）测功机测定杂散损耗时，应做出 的上的上升曲线或者下降曲线（近似为直线），取通过坐标原点的平均曲线。升曲线或者下降曲线（近似为直线），取通过坐标原点的平均曲线。在曲线上查在曲线上查TN对应的即为额定功率时的负载损耗对应的即为额定功率时的负载损耗 。FeadNadNppp15.0（2）对于功率较小的感应电机，定子漏阻抗压降较大，每极磁通

7、满）对于功率较小的感应电机，定子漏阻抗压降较大，每极磁通满载比空载时减小，铁耗也减小，因此可以采用下式对载比空载时减小，铁耗也减小，因此可以采用下式对3kW以下小型以下小型电机的负载杂耗矫正：电机的负载杂耗矫正：（3）是一种直接负载法，功率大时会受到容量限制难以实现。）是一种直接负载法，功率大时会受到容量限制难以实现。11三、杂散损耗的回馈法三、杂散损耗的回馈法 采用回馈法测定电机的杂散损耗时，应选用两台型号、规格完全采用回馈法测定电机的杂散损耗时，应选用两台型号、规格完全相同，且为同一制造厂同一批次生产的电机，其中一台为被试电机，相同，且为同一制造厂同一批次生产的电机，其中一台为被试电机，另

8、一台为辅助电机，两台电机用联轴器直接联接。另一台为辅助电机，两台电机用联轴器直接联接。令被试电机令被试电机M在额定电压、额定频率下作在额定电压、额定频率下作电动机运行，辅助电机电动机运行，辅助电机M接额定电压的变接额定电压的变频电源作发电机运行。频电源作发电机运行。变频电源的频率应低于额定频率，调节变变频电源的频率应低于额定频率，调节变频电源频率也就调节了辅助电机和被试电频电源频率也就调节了辅助电机和被试电机的负载。机的负载。在在1.250.25PN范围内均匀测取范围内均匀测取57点读数，每点均测被试电机输入点读数，每点均测被试电机输入电功率电功率P1，辅助电机输出电功率，辅助电机输出电功率P

9、2，两台电机的三相电流，相电阻，两台电机的三相电流，相电阻和转差率，则两台电机除杂散损耗外的总损耗为：和转差率，则两台电机除杂散损耗外的总损耗为：12两台电机的铁耗和机械耗取自各自的空载两台电机的铁耗和机械耗取自各自的空载试验，转子铜耗按以下式子来计算：试验，转子铜耗按以下式子来计算：因此，两台电机的负载杂耗之和可以写为：因此，两台电机的负载杂耗之和可以写为：两电机的负载杂耗的分配方式：两电机的负载杂耗的分配方式：13四四 杂散损耗测定的反转法杂散损耗测定的反转法基频损耗的测定基频损耗的测定计算高频杂耗的方法计算高频杂耗的方法基频杂耗在总杂耗中所占比例较小，只在定子边产生，通常基频杂耗在总杂耗

10、中所占比例较小，只在定子边产生，通常采用取出转子法测定采用取出转子法测定14高频损耗的测定高频损耗的测定156.2 电机效率的测定电机效率的测定两种方法：两种方法：直接测定法、间接测定法直接测定法、间接测定法电机效率即为有功输出功率与有功输入功率之比电机效率即为有功输出功率与有功输入功率之比16一一 效率的直接测定法效率的直接测定法直接测量被试电机的输出功率直接测量被试电机的输出功率P2和输入功率和输入功率P1，可以计算效率：，可以计算效率：1.电功率测量简单，用电工仪表可以直接测量。电功率测量简单，用电工仪表可以直接测量。2.机械功率测量比较困难，可以采用测功机、矫正过的直流电机机械功率测量

11、比较困难，可以采用测功机、矫正过的直流电机和数字式转速转矩测试仪。和数字式转速转矩测试仪。3.根据根据GB755规定，用直接法测定效率时应达到热稳定状态，并规定，用直接法测定效率时应达到热稳定状态，并将冷却空气温度换算到将冷却空气温度换算到25摄氏度。摄氏度。17二二 效率的间接测定法效率的间接测定法间接法测量效率时，应分别测量或分析被试电机的各项损耗，以便求间接法测量效率时，应分别测量或分析被试电机的各项损耗，以便求得其总损耗，并利用下式计算电机的效率：得其总损耗，并利用下式计算电机的效率：(2)电机的损耗主要有以下几项：铁损耗电机的损耗主要有以下几项：铁损耗 ,机械损耗机械损耗 ，工作绕，

12、工作绕组铜耗组铜耗 ，异步电机转子铜耗，异步电机转子铜耗 ，励磁绕组铜耗，励磁绕组铜耗 ，电刷电，电刷电损耗损耗 ，杂散损耗，杂散损耗 ，辅助设备损耗，辅助设备损耗 。Fepmecp1cupcu2pcufpcubpadpFp(1)上式上式1适合发电机；式适合发电机；式2适合电动机。适合电动机。（3）直流电机和同步电机：）直流电机和同步电机：异步电动机：异步电动机：181.铁损耗和机械损耗的测定铁损耗和机械损耗的测定铁损耗和机械损耗统称为不变损耗，它们与运动方式和运行状况无关。铁损耗和机械损耗统称为不变损耗，它们与运动方式和运行状况无关。（1）铁耗是由于铁心中交变磁场引起的磁滞损耗和涡流损耗。）

13、铁耗是由于铁心中交变磁场引起的磁滞损耗和涡流损耗。（2）铁耗大小与铁心材料、钢片厚度、交变频率和磁通密度有关。）铁耗大小与铁心材料、钢片厚度、交变频率和磁通密度有关。（3）铁耗大致与频率的）铁耗大致与频率的1.31.5次幂成正比，与磁密平方成正比。次幂成正比，与磁密平方成正比。（4）频率和转速不变时，铁耗和机械损耗可视为恒值。）频率和转速不变时，铁耗和机械损耗可视为恒值。铁耗和机械损耗的确定：空载运行时，输入功率全部转换为铁耗和机铁耗和机械损耗的确定：空载运行时，输入功率全部转换为铁耗和机械损耗。因此可以通过空载试验得到上述两损耗之和。械损耗。因此可以通过空载试验得到上述两损耗之和。铁耗和机械

14、损耗的分离方法：铁耗和机械损耗的分离方法：左图横坐标为空载电源电源标幺值平方，纵左图横坐标为空载电源电源标幺值平方，纵坐标为空载损耗中铁耗与机械损耗之和。坐标为空载损耗中铁耗与机械损耗之和。铁耗和机械损耗分离后的数值铁耗和机械损耗分离后的数值见图标所示。见图标所示。192.工作绕组损耗和励磁绕组损耗工作绕组损耗和励磁绕组损耗（1）工作绕组：同步电机指定子绕组；感应电机指定子绕组和转子绕组；）工作绕组：同步电机指定子绕组；感应电机指定子绕组和转子绕组；直流电机指的是电枢绕组。工作绕组损耗指的是上述绕组直流电机指的是电枢绕组。工作绕组损耗指的是上述绕组 损耗。损耗。（2）绕组电阻需要换算到基准工作

15、温度下的换算后值。）绕组电阻需要换算到基准工作温度下的换算后值。（3）励磁绕组的损耗：与工作绕组的损耗计算方法相同。）励磁绕组的损耗：与工作绕组的损耗计算方法相同。（4）转子铜耗的计算方法：）转子铜耗的计算方法：首先，计算感应电机的电磁功率首先，计算感应电机的电磁功率Pem：把输入功率把输入功率P1时实测的转差率时实测的转差率s换算到基准工作温度：换算到基准工作温度：最后利用以下公式求得转子铜耗：最后利用以下公式求得转子铜耗：203.电刷电损耗电刷电损耗 和负载杂散损耗和负载杂散损耗 cubpRI2bURI2电刷电损耗包含电刷的电刷电损耗包含电刷的 损耗，连接线的损耗，连接线的 损耗以及电刷接

16、损耗以及电刷接触损耗等，可以近似的用通过电刷的电流乘以一固定电压降触损耗等，可以近似的用通过电刷的电流乘以一固定电压降 来来确定，电压降的取值方法为：确定，电压降的取值方法为：此处的杂散损耗指的是负载杂耗，前面已经论述此处的杂散损耗指的是负载杂耗，前面已经论述V2bU碳碳-石墨、石墨及电化石墨电刷：石墨、石墨及电化石墨电刷：V6.0bU金属石墨电刷：金属石墨电刷：214.辅助设备的损耗辅助设备的损耗下列辅助设备的损耗应计入被试电机的损耗中：下列辅助设备的损耗应计入被试电机的损耗中：（1）给电机供电的变阻器、调压装置、辅助变压器等设备的损耗。）给电机供电的变阻器、调压装置、辅助变压器等设备的损耗

17、。（2）被试电机所专用并由其本身驱动的励磁机、副励磁机、旋转整流器和启）被试电机所专用并由其本身驱动的励磁机、副励磁机、旋转整流器和启动用电动机的损耗。动用电动机的损耗。（3）被试电机所专用并由其本身驱动的通风机、水泵和油泵的损耗等。）被试电机所专用并由其本身驱动的通风机、水泵和油泵的损耗等。226.3电动机工作特性的测定电动机工作特性的测定直流电机工作特性：转速特性、转矩特性、效率特性直流电机工作特性：转速特性、转矩特性、效率特性机械工作特性：转矩和转速曲线机械工作特性：转矩和转速曲线硬特性硬特性软特性软特性23感应电动机工作特性感应电动机工作特性同步电动机工作特性同步电动机工作特性-与感应

18、电动机类似与感应电动机类似24工作特性测定的平台组成工作特性测定的平台组成试验台试验台被试电机被试电机测功机测功机25试验台试验台被试电机被试电机校正过的直流校正过的直流发电机发电机电阻箱电阻箱发电机发电机组组电电网网TIan1n2n3n4n5n6026试验台试验台被试电机被试电机转矩转速转矩转速传感器传感器磁粉制磁粉制动器动器转矩仪转矩仪27试验台试验台被试电机被试电机发电机发电机电阻箱电阻箱发电机发电机组组电电网网转速转矩转速转矩传感器传感器电电网网变流器变流器28平台实例平台实例29工作特性测定的转矩仪法工作特性测定的转矩仪法按实验条件和实验要求搭建实验平台，通过调整负按实验条件和实验要

19、求搭建实验平台，通过调整负载大小，测试出各种参数随负载变化的曲线载大小，测试出各种参数随负载变化的曲线30降低电压负载法降低电压负载法适用范围：因设备所限不能采用额定电压负载法的实验适用范围：因设备所限不能采用额定电压负载法的实验实验过程：实验过程：把实验结果折算到额定电压进行修正把实验结果折算到额定电压进行修正316.4 电动机转矩电动机转矩-转速特性的测定转速特性的测定转矩转矩-转速特性曲线中包含了电动机的起动转矩，起动过程的最小转转速特性曲线中包含了电动机的起动转矩，起动过程的最小转矩、最大转矩、额定转矩以及空载转速、额定转速等重要性能数据，矩、最大转矩、额定转矩以及空载转速、额定转速等

20、重要性能数据，这些数据可通过计算的方法获得，电机制成后需要用试验加以验证。这些数据可通过计算的方法获得，电机制成后需要用试验加以验证。3233效率和功率因数工作特性曲线效率和功率因数工作特性曲线电流和输入功率工作特性曲线电流和输入功率工作特性曲线从图表得出当从图表得出当PN 90kW时时 P1N=95kW IN 80.5A N94.7 cos N0.8834转矩转矩-转速特性测定的加速法转速特性测定的加速法1.测试原理测试原理加速法就是利用感应电动机空载起动试验测取其机械特性曲线的一种方法。加速法就是利用感应电动机空载起动试验测取其机械特性曲线的一种方法。电机学原理，空载起动的运动方程：电机学

21、原理，空载起动的运动方程：由于电磁转矩远远大于空载转矩，可以由于电磁转矩远远大于空载转矩，可以略去空载转矩，简化为：略去空载转矩，简化为：只要测取转速信号和转速的加速度只要测取转速信号和转速的加速度信号，就可以测得转矩信号，就可以测得转矩-转速特性。转速特性。352.测试方法测试方法用测速发电机测取转速用测速发电机测取转速n信号，用阻容微分电路测取转速的加速度信号，用阻容微分电路测取转速的加速度 信号（即转矩信号），把它们送入数字存储示波器，就可以描绘出电机的信号（即转矩信号），把它们送入数字存储示波器，就可以描绘出电机的机械特性曲线机械特性曲线dtdn/(n)fTem注：注：M为被试电机；为

22、被试电机；TG为直流测速发电机；为直流测速发电机；R1、C1构成微分电路；构成微分电路；R、C为为滤波器。滤波器。36永磁同步电动机转矩永磁同步电动机转矩-转速特性的测定转速特性的测定1.用永磁同步电动机通常采用异步起动法，即通过阻尼绕组产生异步转矩用永磁同步电动机通常采用异步起动法，即通过阻尼绕组产生异步转矩来获得起动转矩，过程含两个阶段：异步起动阶段和嵌入同步阶段。异步来获得起动转矩，过程含两个阶段：异步起动阶段和嵌入同步阶段。异步起动过程与异步机类似；转速接近同步速时，可在同步转矩的作用下自行起动过程与异步机类似；转速接近同步速时，可在同步转矩的作用下自行嵌入同步。嵌入同步。2.通过转矩

23、通过转矩-转速特性的测定，可以了解永磁同步电动机起动过程中的堵转速特性的测定，可以了解永磁同步电动机起动过程中的堵转转矩、最大转矩、最小转矩、嵌入转矩以及失步转矩等性能指标。转转矩、最大转矩、最小转矩、嵌入转矩以及失步转矩等性能指标。3.转矩转矩-转速测试系统原理框图转速测试系统原理框图 37永磁同步电动机采用了非传统起动方式：首先使电机反向起动，然后永磁同步电动机采用了非传统起动方式：首先使电机反向起动，然后改变永磁同步电动机的相序，是电机转速减至零再正向起动，电机即改变永磁同步电动机的相序，是电机转速减至零再正向起动，电机即可顺利通过堵转点。可顺利通过堵转点。堵堵转转转转矩矩最最小小转转矩

24、矩最最大大转转矩矩牵牵入入转转矩矩386.5 电机的温升实验电机的温升实验温升实验的直接负载法温升实验的直接负载法耗能法耗能法回馈法回馈法能量消耗在负能量消耗在负载上，不经济，载上，不经济，适用于小功率适用于小功率电机电机能量回馈电能量回馈电网，节约能网，节约能源，但对设源，但对设备要求高备要求高39电阻法测试温升的实验过程：电阻法测试温升的实验过程：1 测试电机绕组电阻，室温；测试电机绕组电阻，室温；2 给电机加额定负载，使被试电机运行，每半小时测试电给电机加额定负载，使被试电机运行，每半小时测试电 机温度，直到每半小时温度升高值不超过机温度，直到每半小时温度升高值不超过1K，电机运，电机运

25、 行达到稳态；行达到稳态；3 切断电源，使电机停止运行，在规定时间内测试电机绕切断电源，使电机停止运行，在规定时间内测试电机绕组电阻，室温；组电阻，室温；4 按标准计算绕组温升。按标准计算绕组温升。01111202)235(tttRRRtt4041温升实验的等效负载法温升实验的等效负载法根据电机损耗产生的原因的不同，把温升实验分解成几个根据电机损耗产生的原因的不同，把温升实验分解成几个实验，得到几个温升结果，再计算求得的额定温升。也可实验，得到几个温升结果，再计算求得的额定温升。也可以用其他等效方法模拟电机额定运行工况来完成温升试验以用其他等效方法模拟电机额定运行工况来完成温升试验42直流电机的等效负载法直流电机的等效负载法电机作发电机运行电机作发电机运行43感应电机电动机的降压负载法感应电机电动机的降压负载法44叠频法叠频法将两种不同频率的电源电压串联联接后给被试感应电机将两种不同频率的电源电压串联联接后给被试感应电机供电的一种温升测试方法。被试电机不与其他负载联接供电的一种温升测试方法。被试电机不与其他负载联接适用于立式和大容量电机适用于立式和大容量电机