电机性能的测试

1. 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。
（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。 （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。 （3）铁耗大致与频率的1.3~1.5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。
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 都要进行检查试验，合格方能出厂。
本章主要内容
电机电气性能中损耗与效率的确定 工作特性 转矩-转速特性的测定
温升实验
6.1 电机杂散损耗的确定
一 杂散损耗的分类和确定方法
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 和空载杂耗
实验过程：
1 做额定电压 UN 下的空载实验，测出 I0,P0, ○
2 做 0.5 倍额定电压下的空载实验，测试 I0r,P0r, ○ 3 做 0.5 倍额定电压下的负载实验，在 0.6IN 至空载范围内测取定子电流 I1r,输入功率 P1r ○
及转差率 sr，绘出
曲线
把实验结果折算到额定电压进行修正
358.5 355.9 353.5 351.7 350.6
32.39
26.2 21.05 15.56 11.46 9.02
17.83
14.18 10.94 7.42 4.77 2.85
0.8935
0.8802 0.8491 0.7862 0.7044 0.5551
359.7
358.4 356 353.5 352.1 351.6
P2/kW
95.05 93.81 82.46 76.66 69.46 60.90 54.85 50.87
/kW
91.22 90.94 91.00 90.84 91.06 92.98 93.10 92.86
U、V、W相 U1 / V 392.9 382 382 374.5 373.7 372.7 368.7 367.3 I1 /A 84.8 84.22 71.42 66.27 63.24 53.97 49.17 45.87 P1/kW 50.88 48.79 40.88 37.98 36.04 30.7 27.73 25.73 0.8837 0.8756 0.8651 0.8836 0.8805 0.8882 0.891 0.8897 U1 / V 386.9 386.2 383.9 383.5 374.4 372.5 368.6 367.1
金属石墨电刷：
Ub 0.6 V
此处的杂散损耗指的是负载杂耗，前面已经论述
4. 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： （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。 （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 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。
负载杂耗： 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 流电阻增大引起铜耗增加，还有绕组端部的涡流损 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 子齿部引起的脉振损耗，转子横向电流引起的损耗 等。
杂散损耗的确定方法
（1）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。
第6章 电机性能的测试
电气性能：电机的工作特性，电动机的转矩-转速特性，磁 路的饱和特性，电机参数及温升等
电机性能
机械特性：电机的安装尺寸、外形尺寸、转动惯量、外 观、 振动噪声等
电机性能的
试验方法
型式试验： 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 或首批几台样机进行检验。
′ ′′ ������adh = ������2 − ������2 − (������1 − ������cu1 − ������adf )
6.2 电机效率的测定
电机效率即为有功输出功率与有功输入功率之比
两种方法：
直接测定法、间接测定法
一 效率的直接测定法
直接测量被试电机的输出功率P2和输入功率P1，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。 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 和数字式转速转矩测试仪。
3. 根据GB755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25摄氏度。
二 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 得其总损耗，并利用下式计算电机的效率：
6.4 电动机转矩-转速特性的测定
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，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。
n/ r· min-1 170.0 169.7 170.3 170.3 170.0 170.3 169.7 170.0
四 杂散损耗测定的反转法
基频损耗的测定
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 采用取出转子法测定
1 电机转子取出，轴承、端盖装好，定子绕组加额定频率低电压 2 调整电压，使定子电流在 1.1IN~0.5IN 范围内变化，读取输入功率 P1 和定子电流 I1 3 基频杂耗������������������������ = ������������ − ������������������ ������ ������������
32.37
26.21 21.26 16.72 12.57 10.96
18.1
14.27 10.96 7.34 4.66 3.16
0.9038
0.8819 0.839 0.7505 0.6313 0.5063
99.05
92.35 91.87 87.85 75.62 61.55
120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100
padN ' padN 0.15pFe
（3）是一种直接负载法，功率大时会受到容量限制难以实现。
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 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， 另一台为辅助电机，两台电机用联轴器直接联接。 令被试电机M在额定电压、额定频率下作 电动机运行，辅助电机M’接额定电压的变 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 频电源频率也就调节了辅助电机和被试电 机的负载。
二、杂散损耗测定的测功机法
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P1，测功机测定被试电机的输出机械功率为 P2，电机的总损耗 p P ，则电机的杂散损耗为： 1P 2
式中：pcu1 pcu2 为定转子铜耗之和； pFe pmec 为电机的空载损耗，可 以由空载特性曲线获得。
A、B、C相 I1 /A 84.51 85.97 78.66 72.59 64.23 56.07 50.39 46.96 P1/kW 49.16 50.24 46.11 43.03 37.19 32.18 28.83 26.86 0.87 0.8755 0.8898 0.8956 0.9005 0.8987 0.9034 0.9069
6.3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 硬特性
机械工作特性：转矩和转速曲线 软特性
感应电动机工作特性
同步电动机工作特性-与感应电动机类似
工作特性测定的平台组成
被试电机
测功机
试验台
电阻箱
被试电机
校正过的直流 发电机
试验台
发电机 组
电 网
T
n1 n2 n3 n4 n5 n6
（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：
1）据GB755，感应电动机的杂散损耗按其书人工电功率的0.5%确 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 （发电 机）电功率的0.5%确定。 3）无补偿绕组直流电机则按1%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 例进行修正。
P1/kW
I/A
P2/kW
电流和输入功率工作特性曲线 效率和功率因数工作特性曲线
从图表得出当PN＝ 90kW时 P1N= 95kW IN＝ 80.5A ηN＝94.7％ cosN＝0.88
转矩-转速特性测定的加速法
Ia 0
转矩仪
被试电机
转矩转速 传感器
磁粉制 动器
试验台
电阻箱
被试电机
转速转矩 传感器
发电机
试验台
发电机 组
电 网
变流器
电 网
平台实例
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 载大小，测试出各种参数随负载变化的曲线
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
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。 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 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 见图标所示。
2. 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； 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。 （2）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。 （4）转子铜耗的计算方法： 首先，计算感应电机的电磁功率Pem：
在1.25~0.25PN范围内均匀测取5~7点读数，每点均测被试电机输入 电功率P1，辅助电机输出电功率P2‘，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：
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：
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：
高频损耗的测定
1 被试电机与辅助电机用联轴器直接连接，辅助电机的转向相反; 2 起动辅助电机使其转速达到被试电机的同步转速; 3 被试电机加额定频率的低电压， 此时被试电机处于电磁制动状态， s=2; 4 调被试电机的电压，使定子电流在 1.1IN~0.5IN 范围内变化，测取输入 功率 P1 和定子电流 I1 和辅助电机轴上的输出功率������‘������ ; 5 切断被试电机电源，测取辅助电机输出功率������′′ ������ ; 6 辅助电机断电，测被试电机相电阻 R1. 高频杂耗
把输入功率P1时实测的转差率s换算到基准工作温度：
最后利用以下公式求得转子铜耗：
pcub 3. 电刷电损耗 和负载杂散损耗
电刷电损耗包含电刷的 I 2 R 损耗，连接线的 I 2 R 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 U b 来 确定，电压降的取值方法为：
碳-石墨、石墨及电化石墨电刷： Ub 2 V
/%
95.02 94.73 94.79 94.63 94.85 96.86 96.98 96.73
170.0
170.3 170.0 169.7 170.0 170.3
35.59
26.27 20.12 12.97 7.13 3.70
95.09
88.66 88.19 84.33 72.59 59.08
359.7
(1)上式1适合发电机；式2适合电动机。 (2) 电机的损耗主要有以下几项：铁损耗 p Fe ,机械损耗 pmec ，工作绕 组铜耗 pcu1 ，异步电机转子铜耗 pcu2 ，励磁绕组铜耗 pcuf ，电刷电 损耗 pcub ，杂散损耗 pad ，辅助设备损耗 pF 。 （3）直流电机和同步电机： 异步电动机：
定子铜耗： 转子铜耗：
铁耗和机械损耗通过空载实验获得
2 p f (T ) 的上 注意事项；（1）测功机测定杂散损耗时，应做出 ad
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TN对应的即为额定功率时的负载损耗 padN 。
（2）对于功率较小的感应电机，定子漏阻抗压降较大，每极磁通满 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 电机的负载杂耗矫正：