直流電機(jī)(direct current machine)是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能(直流電動(dòng)機(jī))或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機(jī))的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī),將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能;作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī),將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體,電流通過(guò)轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力,當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場(chǎng)平行時(shí),再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場(chǎng)方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸,從而線圈上的電流方向也改變,產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變,所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì),靠換向器配合電刷的換向作用,使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定(磁感線指向手心,大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向,其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向)。
導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩,這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较颍髨D使電樞逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩(例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩),電樞就能按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)。
直流電機(jī)的效率測(cè)試和計(jì)算方法
效率測(cè)試是所有電傳動(dòng)部件及系統(tǒng)重要檢驗(yàn)項(xiàng)目,GB 755 旋轉(zhuǎn)電機(jī)定額及性能標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)各類電機(jī)設(shè)備效率檢測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。旋轉(zhuǎn)電機(jī)效率測(cè)試主要有直接測(cè)試法及損耗分析法,效率的直接測(cè)試方法是通過(guò)對(duì)直流電機(jī)輸入輸出功率的直接測(cè)試而求得效率的方式,下面本文對(duì)直流電機(jī)效率的直接測(cè)試相關(guān)試驗(yàn)方法及計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)介紹。
一、直流電機(jī)輸入功率和輸出功率的測(cè)量
直接測(cè)定效率時(shí),電動(dòng)機(jī)的輸入功率用電工儀表測(cè)量,輸出功率的機(jī)械功率用測(cè)功機(jī)、轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x測(cè)量;發(fā)電機(jī)的輸出功率用電工儀表測(cè)量,輸入功率用測(cè)功機(jī)、轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x測(cè)量。
輸入功率用電壓乘電流來(lái)計(jì)算,試驗(yàn)電源為整流電源時(shí)要求采用真實(shí)讀書(shū)瓦特表或指示電壓、電流瞬時(shí)值乘積平均值的其他測(cè)量裝置直接測(cè)取電樞回路輸入功率,也可分別測(cè)量直流功率分量和交流功率分量然后求和。
測(cè)功機(jī)的功率,在與被試電機(jī)同樣的轉(zhuǎn)速下應(yīng)不超過(guò)被試電機(jī)額定功率的三倍;轉(zhuǎn)矩測(cè)量?jī)x的標(biāo)稱轉(zhuǎn)矩,應(yīng)不超過(guò)被試電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的三倍。測(cè)功機(jī)與被試電機(jī)之間應(yīng)用彈性聯(lián)軸器連接,連接應(yīng)保證良好、同心。
二、直流電機(jī)效率直接測(cè)試方法
直流電機(jī)效率直接測(cè)試試驗(yàn)時(shí),被試電機(jī)應(yīng)在額定功率或額定轉(zhuǎn)矩、額定電壓及額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行至熱穩(wěn)定,讀取輸入或輸出的電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩,并保存周?chē)鋮s空氣溫度,然后立即測(cè)定串勵(lì)、并(他)勵(lì)及電樞繞組的電阻,并將冷卻空氣溫度換算至25℃。
三、直流電機(jī)效率直接測(cè)試相關(guān)計(jì)算
被試電動(dòng)機(jī)的輸出機(jī)械功率P2按照下式1計(jì)算:
式中:
TM——被試電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,N.m;
nM——被試電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min。
被試電動(dòng)機(jī)的效率ηM按照下式2計(jì)算:
式中:
P1——被試電動(dòng)機(jī)輸入功率,W。
被試發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率P1(W)按下式3計(jì)算:
式中:
TG——被試發(fā)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩,N.m;
nG——被試發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min。
如被試發(fā)電機(jī)為他勵(lì),則輸入功率中還應(yīng)加入勵(lì)磁功率。
被試發(fā)電機(jī)的效率ηG按照下式4計(jì)算:
式中:
P2——被試發(fā)電機(jī)輸出電功率,W。
四、直流電機(jī)效率直接測(cè)試時(shí)溫度換算
用直接法測(cè)定電機(jī)效率時(shí),如試驗(yàn)時(shí)的冷卻空氣溫度不是25℃,應(yīng)按照下式5換算到25℃。
式中:
η25——冷卻空氣溫度為25℃時(shí)電機(jī)的效率;
P2——效率測(cè)定時(shí)電機(jī)的額定輸出功率,W;
P1(25)——冷卻空氣溫度為25℃時(shí)電機(jī)的額定輸入功率,W;
P1——效率測(cè)定時(shí)電機(jī)的額定輸入功率,W;
Ia——效率測(cè)定時(shí)電機(jī)的額定電樞電流,A;
If——效率測(cè)定時(shí)電機(jī)的額定勵(lì)磁電流,A;
R2a、R2c、R2f——效率測(cè)定后立即測(cè)得的電樞繞組、勵(lì)磁繞組及并勵(lì)繞組的電阻,Ω;
Δθa、Δθc、Δθf(wàn)——額定輸出功率時(shí)電樞繞組、串勵(lì)繞組及并勵(lì)繞組溫升值,K;
θ2a、θ2c、θ2f——效率測(cè)定后立即測(cè)得的電樞繞組、串勵(lì)繞組及并勵(lì)繞組的溫度,℃;
k——常數(shù),對(duì)銅繞組為235,對(duì)鋁繞組除有特殊規(guī)定外應(yīng)選取225。
θ2a按照下式7計(jì)算:
式中:
R2a——效率測(cè)定后立即測(cè)得的電樞繞組電阻,Ω;
R1——實(shí)際冷狀態(tài)時(shí)電樞繞組電阻,Ω;
θ1——實(shí)際冷狀態(tài)時(shí)電樞繞組溫度,℃;
k——常數(shù),對(duì)銅繞組為235,對(duì)鋁繞組除有特殊規(guī)定外應(yīng)選取225。
五、直流電機(jī)效率直接測(cè)試測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)矩讀數(shù)的修正
1.直流電機(jī)效率直接測(cè)試電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的修正
當(dāng)對(duì)測(cè)量精度提出更高的要求時(shí),則應(yīng)當(dāng)按照下列式中對(duì)測(cè)功機(jī)所測(cè)得輸入出或輸入轉(zhuǎn)矩值進(jìn)行修正,以便求得被試電機(jī)的實(shí)際輸出或輸入轉(zhuǎn)矩值。
被試電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩按下式修正:
式中:
TM——被試電動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩,N.m;
T’M——試驗(yàn)時(shí)測(cè)功機(jī)測(cè)得的被試電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,N.m;
Tfw——測(cè)功機(jī)本身消耗的轉(zhuǎn)矩,N.m。
2.直流電機(jī)效率直接測(cè)試發(fā)電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩的修正
被試發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩按下式修正:
式中:
TG——被試發(fā)電機(jī)實(shí)際輸入轉(zhuǎn)矩,N.m;
T’G——試驗(yàn)時(shí)測(cè)功機(jī)測(cè)得的被試發(fā)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩,N.m;
Tfw——測(cè)功機(jī)本身消耗的轉(zhuǎn)矩,N.m。
3.直流電機(jī)效率直接測(cè)試測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)矩Tfw的測(cè)定及計(jì)算方法
Tfw(N.m)按下式計(jì)算:
式中:
P1——被試電機(jī)在接近額定電壓下驅(qū)動(dòng)測(cè)功機(jī)空載時(shí)的輸入功率(此時(shí),測(cè)功機(jī)的電樞及勵(lì)磁回路應(yīng)開(kāi)路),W;
P0——被試電機(jī)在上述相同電壓下空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的輸入功率,W;
Td——測(cè)定P1時(shí)測(cè)功機(jī)指示的轉(zhuǎn)矩值,N.m;
nt——測(cè)定P1及Td時(shí)被試電機(jī)的轉(zhuǎn)速(此轉(zhuǎn)速應(yīng)調(diào)節(jié)到等于效率測(cè)定時(shí)的轉(zhuǎn)速,r/min)。
上述Tfw的測(cè)定方法一般稱為空拖試驗(yàn),應(yīng)在效率測(cè)定后機(jī)組安裝狀態(tài)不改變的情況下進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)。被試電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩TM及被試發(fā)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩TG求得后,即可按照算出較準(zhǔn)確地輸出及輸入的機(jī)械功率,從而求得較準(zhǔn)確地效率。
直流電機(jī)整流電源供電紋波因素和波形因素的計(jì)算方法
電壓、電流紋波因數(shù)測(cè)定及電流波形因數(shù)測(cè)定是直流電機(jī)試驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)項(xiàng)目,本文主要根據(jù)GB/T 1311 直流電機(jī)試驗(yàn)方法對(duì)整流電源供電的直流電機(jī)紋波因數(shù)計(jì)算方法、波形因數(shù)計(jì)算方法進(jìn)行介紹。
一、電壓電流紋波因數(shù)的計(jì)算
電壓、電流波形不間斷時(shí)紋波因數(shù)的計(jì)算
電壓、電流波形不間斷時(shí),其紋波因數(shù)應(yīng)按照下式計(jì)算:
式中:
K0CU——電壓紋波因數(shù);
Umax——脈動(dòng)電壓最大值,V;
U民——脈動(dòng)電壓最小值,V。
式中:
K0CI——電流紋波因數(shù);
Imax——脈動(dòng)電流最大值,A;
Imin——脈動(dòng)電流最小值,A。
二、電壓、電流波形間斷時(shí)紋波因數(shù)的計(jì)算
電壓、電流紋波間斷時(shí),其紋波因數(shù)應(yīng)當(dāng)按照下式計(jì)算:
式中:
K0CU——電壓紋波因數(shù);
Umax——脈動(dòng)電壓最大值,V;
UaV——直流電壓平均值,V。
式中:
K0CI——電流紋波因數(shù);
Imax——脈動(dòng)電流最大值,A;
IaV——直流電流平均值,A。
三、電流波形因數(shù)的計(jì)算
電流波形因數(shù)按照下式計(jì)算:
式中:
Kf——電流波形因數(shù);
Irms——電流的有效值,A;
IaV——電流的平均值,A。
評(píng)論
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