发动机交流电力测功机选型探讨

—：额定值 — — —：超调值
图 1 某品牌 265kW 交流电力测功机性能曲线（作为负载时）
收稿日期：2017-12-18 作者简介：林 斌（1981-），男，广西宾阳人，壮族，学士，工程师，主要研究方向：发动机研发、测试与检验，发动机实验室规划建设。
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因此，汽车与发动机生产企业、检测机构的发动 机实验室推荐选用交流电力测功机。
中图分类号：TK406
文献标识码：A
文章编号：1672-545X（2018）04-0148-04
在汽车发动机的研发、测试和生产中，发动机动 力性能是极为重要的检测项目，测功机是实现此测 试要求的必需仪器。可供选用的测功机类型较多，而 合理的测功机选型是复杂的系统工程与极为重要的 课题。本文通过介绍交流电力测功机的优势，提出了 在发动机实验室建设规划过程中，对交流电力测功 机的关键部件、参数确定的建议，以便给发动机实验 室规划者提供参考。
1 发动机测功机的选型方法
1.1 测功机的功能 测功机主要用于测试发动机、电动机或动力系
统的输出功率，也可作为齿轮箱、减速机、变速箱测 试的加载设备。在发动机实验室，测功机还可以测试 发动机的性能。电力测功机还可以开展发动机排气 污染物（稳态和瞬态）、机械损失功率（即倒拖）等测 试。 1.2 测功机选型的一般步骤
抗震能力差；使用和维护 工作量大，寿命较长；调速 性能较好；最高转速较高
4
转矩
工作扭矩较大
最大工作转矩受永磁体去 磁的约束
5
工作温升 温升高
温升低
6 适用发动机类型 柴油机、汽油机
中小型汽油机或小型柴油 机
《装备制造技术》2018 年第 04 期
通过以上比较，两种电机都可以有其特定的选 用需求，目前在发动机测功机生产厂家中更多使用 的是异步电机。而永磁同步电机具有低惯量、转速 高、寿命长等优点也正受到部分用户的重视和选用。 异步电机的特性曲线 （转速 n、效率 浊、功率因数 cos渍、转矩 T 与输出功率 P2 之间的关系）见图 2[1]，永 磁同步电机的特性曲线见图 3[2]。
Equipment Manufacturing Technology No.04，2018
发动机交流电力测功机选型探讨
林斌
（柳州汽车检测有限公司，广西 柳州 545000）
摘 要：通过介绍测功机的一般选型思路和交流电力测功机的优势特点，提出了实验室建设规划过程中对交流电力测功 机关键部件及参数确定的建议。 关键词：发动机实验室；发动机测试；测功机；传感器；惯量
3 交流电力测功机关键部件、参数确定
3.1 测功机参数确定 在选择测功机时，必须使测功机的性能曲线与发
动机的性能曲线相对应，测功机的性能曲线应包络全 部被测发动机的性能曲线。为保证测功机既具有较高 的测量精度，又获得尽可能大的使用效率，选择测功 机的规格应尽可能与发动机的额定参数相匹配。
对于生产企业，由于同一规格被测发动机数量 较多，应该是一台测功机对应于一种规格发动机检 测，并使测功机工作在最佳特性区域，选取被测发动 机额定扭矩和额定功率约等于测功机额定扭矩和额 定功率的 90%较为合理。
2 交流电力测功机的优势
目前汽车行业普遍使用的测功机类型主要有水
力测功机、电涡流测功机和交流电力测功机，每种类
型测功机都在特定功能实验室中有所选用。而交流
电力测功机凭借其毫秒级的控制响应、转动惯量小、
控制稳定性高、系统振动小、测试重复性好，以及满
足瞬态试验、倒拖和冷磨试验要求，低速加载能力
强、能源利用率高、运行成本低等优点，成为当前技
在发动机实验室测功机选型时，应首先定位实 验室功能和需求，结合各种类型测功机（如水力测功 机、电涡流测功机、交流电力测功机等）的特点确定 所选测功机类型。其次依据被测发动机性能参数值 来参考确定测功机参数（如：转速、功率、扭矩）。最 后，需要对测功机关键部件、参数进行确定。根据交 流电力测功机的功能需求，需要确定的主要关键部 件及其参数有：电机类型、转速传感器、扭矩传感器 和转动惯量。
术最先进、功能最完善的测功机类型。它在运行时能
够将燃油发动机的机械能转化为电能，供实验室电
器使用或向电网回馈，从而减少能源浪费、降低运行
成本。交流电力测功机是目前唯一能够满足排放法
规测试要求的设备。
同时，交流电力测功机可以方便地实现双向加
载，可以实现平滑调速，其加载特性为超低转速至额
定转速为恒扭矩特性，额定转速至最高转速为恒功
表 2 发动机测功机用异步电机与永磁同步电机的比较
序号
项目
异步电机
永磁同步电机
定子与转子存在相对转速 由 永磁 体 来建 立 转 子 磁
1
结构
差（异步）。结构较为简单，场。结构较复杂紧凑，体积
体积大，重量较大，惯量大 小，重量轻，惯量小
2
价格
价格较低
价格高
3
使用
易于安装、使用和维护，寿 命短；最高转速受限
率特性（如图 1 所示），符合动力机械的负载特性，满
足被测发动机多种工况测试的需求。
1400
400
1200
350
1000
300
250 800
200 600
150
400 100
200
50
0பைடு நூலகம்
0
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
n/min-1 n/rpm
对于被测发动机规格较多，单一规格发动机检 测工作量有限的应用情况 （如检测/检验实验室），希 望获得合理的投资效益、测功机具有相对饱和的工 作量，一台测功机通常用于检测一定规格范围的发 动机。一方面，由于扭矩传感器属于非线性器件，低 负载端处于非线性段；另一方面，如图 2 所示，电机 工作在低功率段时，效率与功率因数均较低。为确保 测功机工作于合理的精度与效率、功率因数范围，建 议被测发动机额定扭矩和额定功率应不低于测功机 对应额定值的 30%.
用于车用发动机测试的测功机的最大转速应不 低于被测发动机标定转速的 117%. 3.2 交流电力测功机的电机选配
电机是交流电力测功机的关键部件，电机的选 择直接关系到测功机的动态性能，体现试验室的功 能特点。异步电机与永磁同步电机是目前可供选择 的交流电力测功机专用电机，表 2 表示异步电机与 永磁同步电机在发动机测功机方面的比较。
浊 = （f P2）