电机性能的测试课件

电机性能的测试电机性能的测试1电机性能电气性能：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。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。2电机性能电气性能：电机的工作特性，电动机的转矩-转速特性，磁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3本章主要内容36.1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。46.1电机杂散损耗的确定一杂散损耗的分类和确定方法分类：杂散损耗的确定方法（1）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。（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。5杂散损耗的确定方法（1）实测法：同步电机通常采用实测法，直流二、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，则电机的杂散损耗为：式中：为定转子铜耗之和；为电机的空载损耗，可以由空载特性曲线获得。

6二、杂散损耗测定的测功机法用测功机测定感应电定子铜耗：转子铜耗：铁耗和机械损耗通过空载实验获得7定子铜耗：转子铜耗：铁耗和机械损耗通过空载实验获得788大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静9大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静9注意事项；（1）测功机测定杂散损耗时，应做出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。在曲线上查TN对应的即为额定功率时的负载损耗。（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：（3）是一种直接负载法，功率大时会受到容量限制难以实现。10注意事项；（1）测功机测定杂散损耗时，应做出三、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。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：11三、杂散损耗的回馈法

采用回馈法测定电机的杂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：12两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13四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高频损耗的测定14高频损耗的测定146.2电机效率的测定两种方法：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156.2电机效率的测定两种方法：电机效率即为有功输出功率与有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。16一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：(2)电机的损耗主要有以下几项：铁损耗,机械损耗，工作绕组铜耗，异步电机转子铜耗，励磁绕组铜耗，电刷电损耗，杂散损耗，辅助设备损耗。(1)上式1适合发电机；式2适合电动机。（3）直流电机和同步电机：异步电动机：17二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。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。181.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，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：

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：192.工作绕组损耗和励磁绕组损耗（1）工作绕组：同步电机指定3.电刷电损耗和负载杂散损耗电刷电损耗包含电刷的损耗，连接线的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来确定，电压降的取值方法为：此处的杂散损耗指的是负载杂耗，前面已经论述碳-石墨、石墨及电化石墨电刷：金属石墨电刷：203.电刷电损耗和负载杂散损耗电刷电损耗包含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。214.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、效率特性机械工作特性：转矩和转速曲线硬特性软特性226.3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23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23工作特性测定的平台组成试验台被试电机测功机24工作特性测定的平台组成试验台被试电机测功机24试验台被试电机校正过的直流发电机电阻箱发电机组电网TIan1n2n3n4n5n6025试验台被试电机校正过的直流发电机电阻箱发电机组电网TIan1试验台被试电机转矩转速传感器磁粉制动器转矩仪26试验台被试电机转矩转速传感器磁粉制动器转矩仪26试验台被试电机发电机电阻箱发电机组电网转速转矩传感器电网变流器27试验台被试电机发电机电阻箱发电机组电网转速转矩传感器电网变流平台实例28平台实例28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29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实验过程：把实验结果折算到额定电压进行修正30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。316.4电动机转矩-转速特性的测定转矩-转速特性曲线中包含了3232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从图表得出当PN＝90kW时P1N=95kWIN＝80.5AηN＝94.7％cosN＝0.8833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从图表得转矩-转速特性测定的加速法1.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。电机学原理，空载起动的运动方程：由于电磁转矩远远大于空载转矩，可以略去空载转矩，简化为：只要测取转速信号和转速的加速度信号，就可以测得转矩-转速特性。34转矩-转速特性测定的加速法1.测试原理加速法就是利用感应电2.测试方法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（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注：M为被试电机；TG为直流测速发电机；R1、C1构成微分电路；R、C为滤波器。352.测试方法用测速发电机测取转速n信号，用阻容微分电路测取永磁同步电动机转矩-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嵌入同步。2.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-转速测试系统原理框图

36永磁同步电动机转矩-转速特性的测定1.用永磁同步电动机通常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，电机即可顺利通过堵转点。堵转转矩最小转矩最大转矩牵入转矩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6.5电机的温升实验温升实验的直接负载法耗能法回馈法能量消耗在负载上，不经济，适用于小功率电机能量回馈电网，节约能源，但对设备要求高386.5电机的温升实验温升实验的直接负载法耗能法回馈法能量消电阻法测试温升的实验过程：1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，每半小时测试电机温度，直到每半小时温度升高值不超过1K，电机运

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组电阻，室温；4按标准计算绕组温升。39电阻法测试温升的实验过程：1测试电机绕组电阻，室温；394040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41温升实验的等效负载法根据电机损耗产生的原因的不同，把温升实验直流电机的等效负载法电机作发电机运行42直流电机的等效负载法电机作发电机运行42感应电机电动机的降压负载法43感应电机电动机的降压负载法43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44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44电机性能的测试电机性能的测试45电机性能电气性能：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。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。46电机性能电气性能：电机的工作特性，电动机的转矩-转速特性，磁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47本章主要内容36.1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。486.1电机杂散损耗的确定一杂散损耗的分类和确定方法分类：杂散损耗的确定方法（1）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。（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。49杂散损耗的确定方法（1）实测法：同步电机通常采用实测法，直流二、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，则电机的杂散损耗为：式中：为定转子铜耗之和；为电机的空载损耗，可以由空载特性曲线获得。

50二、杂散损耗测定的测功机法用测功机测定感应电定子铜耗：转子铜耗：铁耗和机械损耗通过空载实验获得51定子铜耗：转子铜耗：铁耗和机械损耗通过空载实验获得7528大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静53大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静9注意事项；（1）测功机测定杂散损耗时，应做出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。在曲线上查TN对应的即为额定功率时的负载损耗。（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：（3）是一种直接负载法，功率大时会受到容量限制难以实现。54注意事项；（1）测功机测定杂散损耗时，应做出三、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。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：55三、杂散损耗的回馈法

采用回馈法测定电机的杂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：56两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57四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高频损耗的测定58高频损耗的测定146.2电机效率的测定两种方法：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596.2电机效率的测定两种方法：电机效率即为有功输出功率与有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。60一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：(2)电机的损耗主要有以下几项：铁损耗,机械损耗，工作绕组铜耗，异步电机转子铜耗，励磁绕组铜耗，电刷电损耗，杂散损耗，辅助设备损耗。(1)上式1适合发电机；式2适合电动机。（3）直流电机和同步电机：异步电动机：61二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。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。621.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，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：

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：632.工作绕组损耗和励磁绕组损耗（1）工作绕组：同步电机指定3.电刷电损耗和负载杂散损耗电刷电损耗包含电刷的损耗，连接线的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来确定，电压降的取值方法为：此处的杂散损耗指的是负载杂耗，前面已经论述碳-石墨、石墨及电化石墨电刷：金属石墨电刷：643.电刷电损耗和负载杂散损耗电刷电损耗包含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。654.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、效率特性机械工作特性：转矩和转速曲线硬特性软特性666.3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67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23工作特性测定的平台组成试验台被试电机测功机68工作特性测定的平台组成试验台被试电机测功机24试验台被试电机校正过的直流发电机电阻箱发电机组电网TIan1n2n3n4n5n6069试验台被试电机校正过的直流发电机电阻箱发电机组电网TIan1试验台被试电机转矩转速传感器磁粉制动器转矩仪70试验台被试电机转矩转速传感器磁粉制动器转矩仪26试验台被试电机发电机电阻箱发电机组电网转速转矩传感器电网变流器71试验台被试电机发电机电阻箱发电机组电网转速转矩传感器电网变流平台实例72平台实例28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73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实验过程：把实验结果折算到额定电压进行修正74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。756.4电动机转矩-转速特性的测定转矩-转速特性曲线中包含了7632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从图表得出当PN＝90kW时P1N=95kWIN＝80.5AηN＝94.7％cosN＝0.8877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从图表得转矩-转速特性测定的加速法1.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。电机学原理，空载起动的运动方程：由于电磁转矩远远大于空载转矩，可以略去空载转矩，简化为：只要测取转速信号和转速的加速度信号，就可以测得转矩-转速特性。78转矩