第9次課第10章轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩與功率測量

熱能與動力機(jī)械測試技術(shù)天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第一節(jié)轉(zhuǎn)速測量第二節(jié)轉(zhuǎn)矩測量第三節(jié)功率測量本章主要內(nèi)容學(xué)習(xí)要求：☆了解常用轉(zhuǎn)速和扭矩的測量方法?！钜笳莆粘Ｓ玫陌l(fā)動機(jī)功率測量方法和原理?！盍私獬Ｓ脺y功器的種類?！盍私飧髯哉{(diào)節(jié)負(fù)荷的方法，以及工作特性?！盍私庹莆杖绾芜M(jìn)行測功器的正確選型。第十章轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率測量轉(zhuǎn)速是在單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，單位：r/min，記為：n。按照接觸與否可以分為接觸式、非接觸式兩大類?！窠佑|式轉(zhuǎn)速表

●離心式轉(zhuǎn)速表●磁性轉(zhuǎn)速表●電動轉(zhuǎn)速表●定時(shí)轉(zhuǎn)速表特點(diǎn)：構(gòu)造簡單，消耗被測轉(zhuǎn)軸的能量，精度一般較差，用于能量損失忽略不計(jì)且對精度要求不太高的場合第一節(jié)

轉(zhuǎn)速測量●離心式轉(zhuǎn)速表：利用離心力器件（重環(huán)或重錘）旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速的平方成正比的離心力，通過克服彈簧的反作用力推動指示機(jī)構(gòu)工作的，分手持式和固定式兩種?！翊判赞D(zhuǎn)速表：利用回轉(zhuǎn)圓盤在旋轉(zhuǎn)磁場中感應(yīng)出電渦流而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩變化，從而帶動指針偏轉(zhuǎn)來測速的，故又稱為電渦流式轉(zhuǎn)速表?！耠妱愚D(zhuǎn)速表：由發(fā)送器、指示器和連接導(dǎo)線三部分組成。發(fā)送器實(shí)際上是一個小型永磁的交流或直流發(fā)電機(jī)。電動式轉(zhuǎn)速表的測量方式：是將小型交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，保持與被測軸轉(zhuǎn)速一致并發(fā)電。轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的電動勢越大。電動轉(zhuǎn)速表通過電壓表指示所測轉(zhuǎn)速。電動式轉(zhuǎn)速表有良好的抗震性，多用于柴油機(jī)和船舶等設(shè)備的轉(zhuǎn)速測量?！穸〞r(shí)轉(zhuǎn)速表：在一定時(shí)間內(nèi)通過累計(jì)轉(zhuǎn)速來測量轉(zhuǎn)速。手持式定時(shí)轉(zhuǎn)速表采用鐘表式傳動機(jī)構(gòu)?！裨恚菏抢霉怆娫ㄈ绻怆姵?、光電管、光敏電阻等）對光的敏感性來測量轉(zhuǎn)速?！穹墙佑|式轉(zhuǎn)速表特點(diǎn)：不消耗被測轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)矩，測量精度高，但結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜；是動力機(jī)械測試中最常用的測速儀表，其關(guān)鍵部分是轉(zhuǎn)速傳感器●光電式轉(zhuǎn)速傳感器光電式轉(zhuǎn)速傳感器（a）雙頭投射式（b）單投反射式1、7光源2、遮光盤3、光電管4、透鏡5、反光鏡6、被測轉(zhuǎn)軸8、光敏管分類:

照射式、反射式結(jié)構(gòu):

光源，遮光盤（反光盤）光電管，測頻電路。特點(diǎn):

高速時(shí)，光信號減弱測速：脈沖信號的頻率f(Hz)為n為被測轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；z為避光盤上狹縫（或孔）數(shù)目。

●磁電式轉(zhuǎn)速傳感器結(jié)構(gòu)：齒輪（導(dǎo)磁材料，齒數(shù)z）,磁頭（磁鐵）,線圈,距齒頂約2mm;特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,轉(zhuǎn)速越高,輸出信號越強(qiáng);測速：齒輪隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)一齒，切割一次磁力線，在線圈中產(chǎn)生一個感應(yīng)電動勢的脈沖信號。每轉(zhuǎn)將產(chǎn)生z個電脈沖信號?！褚?、轉(zhuǎn)矩測量方法分類測量原理的不同分為:傳遞法、平衡力法和能量轉(zhuǎn)換法三大類?！駛鬟f法●原理：軸受到轉(zhuǎn)矩作用時(shí)會產(chǎn)生變形、應(yīng)力或應(yīng)變，傳遞法就是通過測量變形、應(yīng)力或應(yīng)變來測量轉(zhuǎn)矩的●根據(jù)傳感器所感應(yīng)的參數(shù)分為:變形型、應(yīng)變型和應(yīng)力型轉(zhuǎn)矩傳感器，分別感受轉(zhuǎn)軸的變形、應(yīng)變和應(yīng)力?！窀鶕?jù)轉(zhuǎn)矩信號產(chǎn)生方式分為:電阻式、光學(xué)式、光電式、感應(yīng)式、電容式、鋼鉉式、機(jī)械式轉(zhuǎn)矩傳感器等?！窀鶕?jù)轉(zhuǎn)矩信號傳輸方式分為:接觸式和非接觸式兩大類。接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器包括機(jī)械式、液壓式、氣動式樣、接觸滑環(huán)式等；非接觸式轉(zhuǎn)矩傳感器包括光波式、磁場式、電場式、微波式等?！窀鶕?jù)轉(zhuǎn)矩傳感器安裝方式分為:串裝式和附裝式兩類。第二節(jié)

轉(zhuǎn)矩測量●平衡力法當(dāng)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)的動力機(jī)械的傳動軸對外輸出一定大小的轉(zhuǎn)矩時(shí)，在其機(jī)殼上必然同時(shí)作用著大小相等、方向相反的平衡力矩。通過測量機(jī)殼上的平衡力矩來確定動力機(jī)械傳動軸上工作力矩的方法稱為平衡力法，又稱支反力法。動機(jī)機(jī)械試驗(yàn)中常用的轉(zhuǎn)矩測量方法就是典型的平衡力法平衡力法測量轉(zhuǎn)矩原理1—機(jī)殼2—平衡支承3—力臂桿4—測力機(jī)構(gòu)依據(jù)能量守恒定律，通過測量其他形式能量如電能、熱能參數(shù)來測量旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)械能，進(jìn)而求得轉(zhuǎn)矩的方法即能量轉(zhuǎn)換法。從方法上講，能量轉(zhuǎn)換法實(shí)際上就是對功率和轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量的方法。能量轉(zhuǎn)換法測轉(zhuǎn)矩一般只在電機(jī)和液機(jī)方面有較多的應(yīng)用。●能量轉(zhuǎn)換法傳遞法涉及的轉(zhuǎn)矩測量儀器種類最多，應(yīng)用也最廣泛。三種方式的比較傳遞類轉(zhuǎn)矩測量儀小巧輕便，既可以串接到被測設(shè)備的傳動系統(tǒng)中去測量轉(zhuǎn)矩，也可以附加在被測設(shè)備傳動系統(tǒng)的傳動軸上來測量轉(zhuǎn)矩，測試時(shí)不需要改變被測設(shè)備傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，也不需要移動被測設(shè)備，便于進(jìn)行現(xiàn)場測試，測量準(zhǔn)確度高，能夠真實(shí)有效的反映機(jī)械的實(shí)際情況。平衡類轉(zhuǎn)矩測量儀僅能夠測量靜態(tài)或勻速工作情況下的轉(zhuǎn)矩，不能測量動態(tài)轉(zhuǎn)矩。能量轉(zhuǎn)換類轉(zhuǎn)矩測量儀的測量為間接測量方式，測量誤差比較大，常達(dá)±（10～15）%，所以只有在無法進(jìn)行直接測量的場合下，才采用這種方法?！穸⒊Ｓ棉D(zhuǎn)矩測量儀器●鋼鉉轉(zhuǎn)矩測量儀●原理：鋼鉉轉(zhuǎn)矩測量儀是根據(jù)彈性扭軸的變化引起鋼鉉伸縮，從而使用鋼鉉振動的固有頻率發(fā)生變化來測量轉(zhuǎn)矩的。鋼鉉轉(zhuǎn)矩測量儀的原理1-彈性扭矩2-卡盤3-凸臂4-鋼鉉在被測軸上相隔距離的兩個面上固定安裝著兩個測量環(huán)，兩根振弦分別被夾緊在測量環(huán)的支架上。當(dāng)軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，兩個測量環(huán)之間產(chǎn)生一相對轉(zhuǎn)角，引起振弦自振頻率的變化。自振頻率與所受外力的平方根成正比。振動頻率差獲得扭矩。在安裝振弦時(shí)必須使其有一定的預(yù)緊力。當(dāng)軸傳遞扭矩時(shí)，軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)形變，軸的兩相鄰截面就扭轉(zhuǎn)一個角度，使裝在卡筒上的兩個振弦傳感器中的一個受拉、一個受壓。根據(jù)虎克定律,在彈性變形范圍內(nèi),軸的扭轉(zhuǎn)角度是與外加的扭矩成正比的，振弦的伸縮變形也就與外加的扭矩成正比。而振弦的振動頻率的平方差與它所受應(yīng)力成正比，因此可利用測量弦的振動頻率的方法來測量軸所承受的扭矩?！駵y量原理圖5-1振弦式傳感器原理及間歇激勵方式圖（a）

自激式；

（b）

他激式；

（c）

激勵與輸出波形

激勵方式——（1）間歇激勵方式振弦的間歇激勵有自激式和他激式兩種方式。（1）圖5-1（a）為自激式：在弦的兩側(cè)放一永久磁鐵，工作時(shí)，弦中通以脈沖電流，脈沖電流受磁場作用使弦起振。起振后，弦作為導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動，感應(yīng)出交變電動勢，通過測量感應(yīng)電動勢的頻率，即為振弦的自由振動頻率。（2）圖5-1（b）為他激式：在弦的兩側(cè)分別放一個激勵線圈和測量線圈。激勵線圈繞在軟磁鐵上，測量線圈繞在永久磁鐵上，弦上固定一個軟鐵塊。給激勵線圈通以脈沖電流，振弦便被吸放一次，開始起振。振弦在振動中引起測量線圈磁路的交替變化，線圈中便感應(yīng)出交變電動勢，感應(yīng)電動勢的頻率就等于振弦的自由振動頻率。若振弦為鐵磁材料，則可省去軟鐵塊。頻率測量方案●光電式轉(zhuǎn)矩儀●原理：彈性扭軸兩端的光學(xué)元件將轉(zhuǎn)矩引起的彈性扭軸變形產(chǎn)生的相位差轉(zhuǎn)換為電信號，再根據(jù)檢測到的電信號確定作用于軸上的轉(zhuǎn)矩。光電式轉(zhuǎn)矩傳感器示意圖1、5-套筒2-光源3、3ˋ-光柵盤4-光電管6-彈性扭軸光柵盤（a）兩光柵盤正視圖(b)兩光柵盤側(cè)視圖圖示為兩光柵盤相互位置處于使光通過最大的位置●結(jié)構(gòu)：●測量原理:a.無轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，A、B光柵相互遮擋，光電管輸出為零；b.轉(zhuǎn)矩T作用時(shí)，軸的A、B端扭轉(zhuǎn)一個角度φ，A、B光柵也錯開φ角度，透過部分光線。T越大，φ也越大，光電管的輸出越大。c.轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)矩的測量無影響●測量波形圖：光電式轉(zhuǎn)矩傳感器輸出波形圖方波的直流分量和它的占空比成正比，比方占空比為60，那么如果方波的幅度是10V,它的直流分量是6V?！窆鈱W(xué)式轉(zhuǎn)矩儀●磁電式轉(zhuǎn)矩儀●結(jié)構(gòu)：相距L的兩截面上裝有2個齒輪以及2個相同的磁電式傳感器，起磁頭作用；●測量原理：軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，傳感器產(chǎn)生一列脈沖信號；彈性軸轉(zhuǎn)動受扭后，相距L的2只外齒輪扭轉(zhuǎn)一個角度，發(fā)出的兩列磁電脈沖信號產(chǎn)生相位差。測量此相位差信號并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，即可求出所測量轉(zhuǎn)矩。磁電式轉(zhuǎn)距儀工作原理圖注意：在實(shí)際使用中，由于兩個傳感器安裝時(shí)有誤差存在，為此，轉(zhuǎn)矩儀應(yīng)設(shè)有補(bǔ)償初始相位差的調(diào)零裝置。磁電式轉(zhuǎn)距傳感器結(jié)構(gòu)示意圖1-彈性扭軸2-齒輪3-校準(zhǔn)筒4-永久磁鐵5-滾動軸承6-殼體7-電動機(jī)8-線圈磁電式轉(zhuǎn)矩傳感器結(jié)構(gòu)示意圖注：當(dāng)彈性扭軸的轉(zhuǎn)速低于600r/min時(shí)，測量精度降低，用電動機(jī)7帶動校準(zhǔn)筒反向旋轉(zhuǎn)，提高齒輪對之間的相對速度，可以提高轉(zhuǎn)矩儀的測量精度?！駪?yīng)變式轉(zhuǎn)矩儀●原理：是利用應(yīng)變原理來測量轉(zhuǎn)矩的，它安裝在動力機(jī)械和負(fù)荷之間?！駵y量原理:轉(zhuǎn)軸承受轉(zhuǎn)矩時(shí)要產(chǎn)生切應(yīng)力（變），最大切應(yīng)力（變）發(fā)生于圓周，方向?yàn)?50和1350，它與轉(zhuǎn)矩成正比，應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩儀在轉(zhuǎn)軸這兩個方向粘貼應(yīng)變片，用電橋測出其最大應(yīng)變，從而測得轉(zhuǎn)矩。

應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩儀測量原理簡圖●應(yīng)變片具體布置：為了提高測量靈敏度，可用4個應(yīng)變片，按承受的拉、壓應(yīng)力平均分配，兩個承受拉應(yīng)力的應(yīng)變片分別貼在軸的外圓00、1800處并與軸線成1350夾角，兩個承受壓應(yīng)力的應(yīng)變片分別貼在軸的外圓900、2700處并與軸線成450夾角，4個應(yīng)變片組成全橋回路，以保證測量值為純轉(zhuǎn)矩?！耠姌虻膬煞N輸出信號：應(yīng)變式轉(zhuǎn)矩儀電橋的輸出信號有兩種，一是通過集流器引入應(yīng)變儀測出平均應(yīng)變值；二是采用遙測應(yīng)變儀來測量轉(zhuǎn)矩，其發(fā)射機(jī)外形尺寸很小，可裝在軸上，通過環(huán)形天線，由應(yīng)變儀的接受機(jī)接受。后者在具有良好抗干擾措施的情況下測量精度較高，而前者精度較低。●磁致伸縮式轉(zhuǎn)矩儀●磁致伸縮效應(yīng)：鐵磁物體的機(jī)械狀態(tài)和磁狀態(tài)相互作用引起的現(xiàn)象有兩種：一是鐵磁物體的磁化特性在機(jī)械力作用下會發(fā)生顯著變化：二是鐵磁物體在外界磁場作用下會發(fā)生機(jī)械變形?！駵y量原理:

●特點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩測量儀器使用注意事項(xiàng)：●標(biāo)定；●最大瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩；●彈性連接及同軸度；●消除安裝的誤差。第三節(jié)功率測量●功率測量方法:1、通過電功率測量動力機(jī)械由電動機(jī)直接驅(qū)動，先測出電動機(jī)的輸入功率，再利用損耗分析計(jì)算電動機(jī)的輸出功率，即為動力機(jī)械的軸功率。又稱損耗分析法;2、通過轉(zhuǎn)矩間接測量由于動力機(jī)械的軸功率正比于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積，故常采用間接測量方法。分別測量轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，計(jì)算公式為:具體測量包括:（1）用測功機(jī)作為負(fù)載進(jìn)行功率測量（2）采用轉(zhuǎn)矩儀測量轉(zhuǎn)矩●常用測功機(jī)測量原理：常用的測功機(jī)有電力測功機(jī)、水力測功機(jī)和磁粉測功機(jī)等。均基于平衡力法（作用轉(zhuǎn)矩與反作用轉(zhuǎn)矩大小相等）轉(zhuǎn)矩測量：作用在測功機(jī)上的旋轉(zhuǎn)力矩或作用在被測動力機(jī)械上的反力矩來指示?！襁\(yùn)用:將制動器外殼（定子）支承在一對軸承上，使其可繞本身軸線作自由擺動。當(dāng)被測動力機(jī)械輸出轉(zhuǎn)矩傳遞給制動器外殼時(shí)，就可通過與外殼相連的力臂將力傳給測力機(jī)構(gòu)。T=F×L一、電力測功機(jī)電力測功機(jī)分為:直流電力測功機(jī)、交流電力測功機(jī)和電渦流測功機(jī)●●結(jié)構(gòu)：由轉(zhuǎn)子，定子外殼（浮動于支座），測力機(jī)構(gòu)（拉壓力傳感器）構(gòu)成直流電力測功機(jī)直流電力測功機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖1-轉(zhuǎn)子2-定子3-勵磁繞組4-電樞繞組5-測力機(jī)構(gòu)6-力臂●工作過程：（1）測功機(jī)作發(fā)電機(jī)當(dāng)被測動力機(jī)械的輸出軸與直流電力測功機(jī)的轉(zhuǎn)子1連接在一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞繞組4切割定子繞組磁場的磁力線，在電樞繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，即產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的制動轉(zhuǎn)矩，電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)作為負(fù)荷進(jìn)行測功的目的。（2）測功機(jī)作電動機(jī)當(dāng)電樞回路有電流通過，磁場中會受到電磁力的作用而產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)方向相同的驅(qū)動力矩，電機(jī)作電動機(jī)運(yùn)行，用來拖動動力機(jī)械轉(zhuǎn)動。計(jì)算公式：電樞繞組中的感應(yīng)電動勢E為：Φ—定子勵磁繞組的磁通K1—電機(jī)電動勢系數(shù)n—轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速K2、K3為比例系數(shù)電樞回路流過的電流:制動力矩：功率：●直流電力測功機(jī)控制方式:負(fù)荷電阻控制方式和自動饋網(wǎng)控制方式兩類直流電力測功機(jī)的特性與控制方式有關(guān)，根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮驮囼?yàn)方法、電源和經(jīng)濟(jì)多種因素選控制方式?！褙?fù)荷電阻控制方式負(fù)荷電阻控制方式直流DC:直流電源S1、S2:開關(guān)V:細(xì)調(diào)節(jié)變阻器 W:粗調(diào)節(jié)變阻器P:主調(diào)節(jié)變阻器 C-C:串勵磁繞組 H-H:電樞

F-F:勵磁繞組RL:負(fù)荷●控制方法:(1)電機(jī)以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)行作為測功使用時(shí)，開關(guān)S2合向G一邊。負(fù)荷的大小可通過變阻器P、W、V進(jìn)行調(diào)整。(2)當(dāng)電機(jī)以電動機(jī)狀態(tài)進(jìn)行作為驅(qū)動使用時(shí)，開關(guān)S2合向M一邊。當(dāng)主變阻器P的電阻值逐檔減小時(shí)，主電流（電樞電流）逐級加大，電機(jī)的轉(zhuǎn)速也逐級升高?！褙?fù)荷電阻控制方式直流電力測功機(jī)的基本特性:負(fù)荷電阻控制方式結(jié)構(gòu)簡單，但測功機(jī)所測的功率基本上消耗在負(fù)荷電阻上，不能加以利用，因此這種控制方式只適用于中、小功率動力機(jī)械的功率測量。負(fù)荷電阻控制方式直流電力測功機(jī)的特性曲線A為最大電流線；B為最大轉(zhuǎn)矩線；C為最大功率線；D為最高轉(zhuǎn)速線；E為最小吸收轉(zhuǎn)矩或功率線。A－受限于最大激磁電流和最小負(fù)荷電阻；B－受限于電樞最大電流（轉(zhuǎn)矩），即電樞的機(jī)械強(qiáng)度限制；C－受限于最大功率（散熱能力）；D－最大轉(zhuǎn)速（電樞繞組旋轉(zhuǎn)離心力；E－空載（激磁電流為零）（不能測定區(qū)）●自動饋網(wǎng)控制方式饋網(wǎng)式直流電力測功機(jī)線路簡圖1-被測動力機(jī)械2-測功電機(jī)3-主變流機(jī)組4-勵磁變流機(jī)組5-勵磁調(diào)整電阻6-勵磁繞組饋網(wǎng)式直流電力測功機(jī)包括:一個由三相交流異步電動機(jī)和直流電機(jī)組成的主變機(jī)組3，當(dāng)測功機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行時(shí)，它將三相交流電變?yōu)橹绷麟娫傧驕y功機(jī)供電；當(dāng)測功機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，它將測功機(jī)輸出的直流電變?yōu)榻涣麟娫俜答伣o電網(wǎng)。勵磁電流由（4）提供，其大小通過勵磁調(diào)整電阻調(diào)節(jié)?！窠涣麟娏y功機(jī)●特點(diǎn):直流電力測功機(jī)由于機(jī)構(gòu)方面的限制，其功率容量較小，一般用于測量中小功率的動力機(jī)械。對大功率動力機(jī)械的功率測量，多采用交流電力測功機(jī)。●三相交流發(fā)電機(jī)測量動力機(jī)械功率可以有兩種方法：（1）用被測動力機(jī)械直接驅(qū)動三相交流發(fā)電機(jī)，測得有效功率Pe為（2）將交流電力測功機(jī)的定子外殼也做成可以繞轉(zhuǎn)軸擺動的平衡式結(jié)構(gòu)，通過測量動力機(jī)械的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速進(jìn)行功率測量，與直流電力測功機(jī)相似。交流電力測功機(jī)也有兩種工作方式：既作電動機(jī)運(yùn)行，也作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。

交流電力測功機(jī)主要有三種：三相同步電機(jī)測功機(jī)、繞線式異步電機(jī)測功機(jī)和無換向器電機(jī)測功機(jī)1.三相同步電機(jī)測功機(jī)特點(diǎn):

當(dāng)頻率突變或者測功機(jī)過載時(shí)，電機(jī)容易失步;同步轉(zhuǎn)速下，電能可饋入外源電網(wǎng)加以利用；在其他轉(zhuǎn)速下,頻率不一致，無法并網(wǎng);同步電機(jī)轉(zhuǎn)速等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速,即：Z為極對數(shù)；f為定子供電頻率（Hz）n為同步電機(jī)的轉(zhuǎn)速（r/s）2.繞線式異步電機(jī)測功機(jī)特點(diǎn):繞線式異步電機(jī)測功機(jī)通過增加電樞電路中的電阻來增加轉(zhuǎn)差功率損耗，使轉(zhuǎn)速降低。由于損耗主要發(fā)生在電機(jī)外部，低速時(shí)電機(jī)不會過熱的，但效率很低，經(jīng)濟(jì)性差。繞線式異步電機(jī)常用改變轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)電阻的方法實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩特性測功機(jī)在低于同步轉(zhuǎn)速下測功，測功機(jī)發(fā)出的電能將全部消耗在轉(zhuǎn)子電路中的負(fù)荷電阻上。測功機(jī)在高于電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，只有少許能量損耗于變阻器，而大部分能量均將輸入外源電網(wǎng)。3.無換向器電機(jī)測功機(jī)無換向器電機(jī)又稱晶閘管電機(jī)，是一種用晶閘管控制的變頻調(diào)速電機(jī)變頻調(diào)速原理：自制式，基準(zhǔn)頻率振蕩器置于系統(tǒng)內(nèi)部，由電機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率所決定，因而不存在他制式變頻方式的失步問題。調(diào)速特性與直流電機(jī)一樣。無換向器，使用時(shí)不會產(chǎn)生火花。特點(diǎn):可以四象限運(yùn)行，可用于瞬態(tài)工況測量；結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)；電能可以饋入電網(wǎng)；控制特性好，實(shí)現(xiàn)自動控制；效率高,測量精度高、響應(yīng)速度快?！耠姕u流測功機(jī)●特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、轉(zhuǎn)速范圍和功率范圍寬，能滿足各種動力機(jī)械功率測量要求，但不能發(fā)出電力反饋電網(wǎng)，不能作為電動機(jī)來倒拖驅(qū)動動力機(jī)械。1.電渦流測功機(jī)機(jī)構(gòu)與原理電渦流測功機(jī)的基本組成與磁路圖1-磁軛定子2-磁力線3-勵磁繞組4-渦流環(huán)5-空氣隙6-感應(yīng)子●工作原理:感應(yīng)子為齒型。當(dāng)感應(yīng)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，渦流環(huán)各處的磁通密度不斷變化，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢形成渦電流，力圖阻止磁通的變化，從而對感應(yīng)子產(chǎn)生制動力矩。2.電渦流測功機(jī)的特性與控制方式●特性：電渦流測功機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)運(yùn)行時(shí)，制動轉(zhuǎn)矩隨勵磁電流和轉(zhuǎn)速的增加而迅速增大。但當(dāng)勵磁電流一定時(shí)，轉(zhuǎn)矩在某一轉(zhuǎn)速附近達(dá)到飽和；轉(zhuǎn)速一定，勵磁電流增加到使磁路的磁通達(dá)到飽和時(shí)，轉(zhuǎn)矩也不再增大。因此，電渦流測功機(jī)有手動調(diào)整勵磁電流的控制方式和自動控制裝置。電渦流測功機(jī)的控制方式及其特性a)手動控制b)自動控制c)恒勵磁電流特性d)恒轉(zhuǎn)速特性e)比例控制特性E-被測動力機(jī)械ED-電渦流測功機(jī)RL-勵磁調(diào)節(jié)電阻TD-轉(zhuǎn)速傳感器AD-比例控制特性●控制：OA段－受限于最大激磁電流AB段－受限于最大功率（散熱能力）BC段－最高轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子離心力負(fù)荷）CO段－空載（空氣阻力和摩擦阻力直流、交流、電渦流測功機(jī)特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)比較二、水力測功機(jī)基本知識:●測量原理:利用水對旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子形成的摩擦力矩吸收并傳遞動力機(jī)械的輸出功率?！窠Y(jié)構(gòu)形式:以水為工質(zhì)的液力測功裝置，主體為水力制動器，由轉(zhuǎn)子和外殼組成，外殼由滾動軸承支承，可以自由擺動?！耦愋停簣A盤式、銷柱式、葉輪式和渦流式。圓盤式水力測功機(jī)●工作過程:工作時(shí)，轉(zhuǎn)子通過聯(lián)軸器與被測動力機(jī)械一起旋轉(zhuǎn)。經(jīng)進(jìn)水閥4注入外殼中的水由轉(zhuǎn)盤帶動旋轉(zhuǎn)并受離心力的作用被拋向外殼的內(nèi)腔形成旋轉(zhuǎn)的水環(huán)，水環(huán)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動受到外殼內(nèi)壁摩擦力的作用。這樣，水和壁面間的摩擦作用使被測動力機(jī)械輸出的有效轉(zhuǎn)矩由轉(zhuǎn)子傳遞到外殼上。也就是，水對測功機(jī)轉(zhuǎn)子生產(chǎn)制動轉(zhuǎn)矩的同時(shí)，有一大小相等、方向相反的反作用轉(zhuǎn)矩作用于測功機(jī)的外殼上，在通過固定在外殼上的力臂傳遞給測力裝置，從而指示出力的大小。圓盤式水力測功機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖1-轉(zhuǎn)軸2-轉(zhuǎn)盤3-進(jìn)水口4-進(jìn)水閥5-外殼6-出水管7-蝸輪8-引水管●原理：圓盤式水力測功機(jī)是通過改變水層厚度來調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩的2.渦流室式水力測功機(jī)渦流室式水力測功機(jī)是通過改變水壓或改變作用面積來調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩的，前者通過控制排水閥的開度改變內(nèi)腔水壓及水量來調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩的大??；后者靠閘套的位置移動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，而內(nèi)腔始終充滿著水，這種水力測功機(jī)稱為閘套式水力測功機(jī)。渦流室示意圖1-轉(zhuǎn)子小室2-閘套3-外殼小室曲線A為測功機(jī)在最大負(fù)荷調(diào)節(jié)位置時(shí)的特性曲線。曲線B為測功機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩下的強(qiáng)度限制線。曲線C為測功機(jī)能吸收和測量的最大功率。曲線D為最高轉(zhuǎn)速限制線。曲線E為測功機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)能測量的最小轉(zhuǎn)矩和功率限制線。水力測功機(jī)的工作范圍水力測功機(jī)工作范圍為線段A、B、C、D、E圍的面積·Ａ－Ｂ段：扭矩限制在ＡＢ段轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最大扭矩段。A段：最大水量限制測動器最大充水量時(shí)所能吸收的功率隨n的變化曲線。B段：受傳動軸機(jī)械強(qiáng)度限制Ｃ段：最大功率線受介質(zhì)溫度、最大水溫影響（65℃）。水溫過高，易產(chǎn)生氣泡，工作不穩(wěn)定。Ｄ段：最高轉(zhuǎn)速限制受轉(zhuǎn)子離心力限制。E段－空載負(fù)荷限制空氣阻力與軸承摩擦阻力。尤其要注意低速、大扭矩的點(diǎn)是否落在其工作特性區(qū)域內(nèi)

三、測功機(jī)使用方法●測功機(jī)的選型依據(jù)選擇測功機(jī)的要求:1.工作范圍:測功機(jī)必須能夠覆蓋被測機(jī)械的工作范圍2.測量精度:符合測量精度要求,通常使被測最大功率與測功機(jī)的最大功率之比不低于3：4

3.響應(yīng)速度測功機(jī)的測力機(jī)構(gòu)及選用的力傳感器的動態(tài)特性要好，動態(tài)誤差要小;一般電力的響應(yīng)速度快于水力測功機(jī)，直流和交流電力測功機(jī)的響應(yīng)速度又快于電渦流測功機(jī)4.工作穩(wěn)定性:平衡工況的穩(wěn)定程度，主要取決于測功機(jī)的制動轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，即取決于測功機(jī)的固有特性。見圖分析5.低速制動性低速制動性也是測功機(jī)的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。見圖分析對某一動力機(jī)械選擇測功機(jī)的基本條件是，它的被測特性曲線必須位于測功機(jī)的工作范圍內(nèi)；水力測功機(jī)與內(nèi)燃機(jī)特性曲線的匹配例如，有三種內(nèi)燃機(jī)的外特性曲線，分別是曲線1、2、3如圖所示：?此種水力測功機(jī)不適用于特性曲線1所指內(nèi)燃機(jī)的試驗(yàn)；?對于特性曲線2所指內(nèi)燃機(jī)，亦只能作出轉(zhuǎn)速高于2500r/min那一段的特性試驗(yàn)；?對于特性曲線3所指內(nèi)燃機(jī)，可以在4000r／min以下進(jìn)行試驗(yàn)。測功機(jī)的工況平衡圖a)T1e為某一內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線；T1d、T1h分別為電力測功機(jī)和水力測功機(jī)的固有特性曲線，它們相交于平衡點(diǎn)O。若轉(zhuǎn)速由n變化為n±△n,則在測功機(jī)中出現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩差±△T1，它將力圖使動力機(jī)械恢復(fù)到原來的轉(zhuǎn)速?！馈鱐1越大，內(nèi)燃機(jī)的恢復(fù)能力就越強(qiáng)。b)測功機(jī)的工作穩(wěn)定性還與制動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理有關(guān)。c)單純從測功機(jī)的固有特性的對比來看，水力測功機(jī)的工作穩(wěn)定性最佳。從制動轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生過程分析，制動轉(zhuǎn)矩的恒定性才是良好的。交流電力測功機(jī)的固有特性具有持續(xù)等速的特性，幾乎不受轉(zhuǎn)矩變動的影響，穩(wěn)定性良好。平衡工況的穩(wěn)定程度分析:低速制動性分析:a)三種不同測功機(jī)的固有特性曲線，它們在轉(zhuǎn)速nˊ時(shí)具有相等的最大制動轉(zhuǎn)矩Tn。b)曲線1為水力測功機(jī)的固有特性曲線，它的制動轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的二次方變化；c)曲線2直流電力測功機(jī)的固有特性曲線，它的制動轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比；d)曲線3為電渦流測功機(jī)的固有特性曲線,它的制動轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系在低速區(qū)域類似于對數(shù)函數(shù)的關(guān)系。測功機(jī)低速制動性能的比較●擴(kuò)大測功機(jī)量程的方法●采用組合測功機(jī):擴(kuò)大測功機(jī)工作范圍，且還能改善其使用性能。通常將水力測功機(jī)和電力測功機(jī)相連，前者為主要測功機(jī)，后者為輔助測功機(jī)，這樣就克服了水力測功機(jī)不能倒拖驅(qū)動動力機(jī)械以及低速時(shí)測量轉(zhuǎn)矩小的缺點(diǎn)。●采用變速器:安裝變速器，改變測功機(jī)的轉(zhuǎn)速。對測功機(jī)進(jìn)行減速，以滿足低速大轉(zhuǎn)矩的需要；增速，滿足高速時(shí)測功的需要。但必須考慮機(jī)械效率，以對測功機(jī)讀數(shù)進(jìn)行修正。測功機(jī)轉(zhuǎn)矩的測量誤差分析●測功機(jī)中可擺動的定子通常用滾動軸承支承，定子的擺動首先要克服滾動軸承的摩擦轉(zhuǎn)矩，然后才作用在測力機(jī)構(gòu)上，因此作用在測力機(jī)構(gòu)上的轉(zhuǎn)矩小于動力機(jī)械傳遞給定子的轉(zhuǎn)矩。為此，要選用摩擦小