慣量測功機技術(shù)原理

電機機械方程：

Te=Tload J*dω/dt Kn

上式中：Te為電機瞬態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩，Tload為電機負載，J為電機自身轉(zhuǎn)動慣量，ω為電機機械角速度，dω/dt為電機機械角加速度，J*dω/dt為電機慣性負載，K為電機阻尼系數(shù)，n為電機轉(zhuǎn)速，Kn為電機阻尼轉(zhuǎn)矩。

對于傳統(tǒng)電機測試系統(tǒng)，令上式中的J*dω/dt——>0 即保持電機轉(zhuǎn)速不變，進行定點測量。這樣電機方程就變?yōu)?

Te=Tload Kn

為了消除Kn的影響，通常在測量時事先測得額定點下Kn的數(shù)據(jù)。這樣在測試過程中實際使用的方程為：

Te-Kn=Tload

Tload為通過剎車系統(tǒng)或者對拖系統(tǒng)測得的轉(zhuǎn)矩值。

對于慣量測功系統(tǒng)，令上式中的Tload——>0，即不加負載，而利用電機的慣性負載進行測量。這樣在測試中的實際使用方程為：

Te-Kn=J*dω/dt

對于利用上式進行測量的測功機，必須滿足2個條件：1.測得電機自身轉(zhuǎn)動慣量的準確數(shù)值。2.測得電機角加速度的準確數(shù)值。

只要上述兩個條件滿足，電機的特性測試將不會受到電機轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩波動的影響，而對電機進行全范圍、全轉(zhuǎn)速段、多功能的測試。

慣量測功機(Inertial Dynamonmeter)就是利用電機自身轉(zhuǎn)動慣量M.O.I.(moment of inertia)，測試電機各項性能的系統(tǒng)。他和傳統(tǒng)對拖式測試系統(tǒng)測試原理不同，但是測試結(jié)果一樣，都是電機在每個速度下所能提供的最大負載力矩，區(qū)別在于慣量測功機系統(tǒng)更方便，更減少人為誤差及設(shè)備損耗。此測試系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于電機生產(chǎn)企業(yè)，電機認證企業(yè)，電機研發(fā)單位等等。

慣量測功法的電機測試過程包括：電機加速、穩(wěn)態(tài)運行、電機減速。

在加速的過程中可以測試：電機轉(zhuǎn)矩VS轉(zhuǎn)速、電機電流VS轉(zhuǎn)速、電機電壓VS轉(zhuǎn)速、電機啟動時間、電機輸入功率VS轉(zhuǎn)速、電機輸出功率VS轉(zhuǎn)速、電機效率VS轉(zhuǎn)速、電機功率因素VS轉(zhuǎn)速、控制器效率VS轉(zhuǎn)速等。

在電機穩(wěn)態(tài)運行過程中可以測試：電機轉(zhuǎn)矩紋波、電機轉(zhuǎn)速紋波、電機動態(tài)轉(zhuǎn)矩、電機轉(zhuǎn)速頻譜、電機轉(zhuǎn)矩頻譜等。

在電機減速階段可以測試：電機齒槽轉(zhuǎn)矩、電機反電動勢、電機軸承摩擦、風(fēng)阻等機械損耗造成的阻力轉(zhuǎn)矩。

測功機的誤差主要包括：系統(tǒng)誤差、電機狀態(tài)誤差和操作誤差。

系統(tǒng)誤差主要包含如下幾個方面：設(shè)備電源波動超過范圍引起的誤差、設(shè)備非線性引起的誤差、設(shè)備運行環(huán)境(氣壓、溫度、濕度、水平等)引起的誤差、設(shè)備自身引入的壓降及相位差等。

上述誤差在儀器之間會產(chǎn)生疊加。對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)需要一一校驗。

電機狀態(tài)誤差主要包括：電機輸入頻率、輸入電壓與標準值的差異超過限制或波動過大，電機的測試溫度超過規(guī)定值或者無法穩(wěn)定，電機運轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩波動和轉(zhuǎn)速波動超過限定值或者無法穩(wěn)定。

操作誤差包括：測試的步驟與設(shè)備要求不符產(chǎn)生的測試誤差、不同操作人員在電機連接與安裝過成中的手勢差異造的誤差、讀數(shù)誤差等。2100433B

根據(jù)測功機使用電流的不同，將測功機分類為：直流測功機、交流測功機、渦流測功機。

直流測功機

由直流電機、測力計和測速發(fā)電機組合而成。直流電機的定子由獨立的軸承座支承，它可以在某一角度范圍內(nèi)自由擺動。機殼上帶有測力臂，它與測力計配合，可以檢測定子所受到的轉(zhuǎn)矩。根據(jù)直流電機原理，電機的電磁轉(zhuǎn)矩同時施加于定子和轉(zhuǎn)子。定子所受到的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子所受到的轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，所以轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩可以由定子上量測。運行中軸承、電刷和風(fēng)致摩擦等引起的機械轉(zhuǎn)矩，會使定子和轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)矩不完全相等，這給測量所帶來的誤差需要加以考慮。

直流測功機可作為直流發(fā)電機運行，作為被測動力機械的負載，以測量被測機械的軸上輸出轉(zhuǎn)矩；也可以作直流電動機運行，拖動其他機械，以測量其軸上輸入轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩與測速發(fā)電機測得的轉(zhuǎn)速之積即軸功率。這就是測功機一名的由來。

交流測功機

通常由一臺三相交流換向器電動機和測力計、測速發(fā)電機組合而成。它的測功原理與直流測功機相同。

渦流測功機

利用渦流產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩來測量機械轉(zhuǎn)矩的裝置。它由電磁滑差離合器（見電磁調(diào)速異步電動機）、測力計和測速發(fā)電機組成。被測動力機械與電磁滑差離合器的輸入軸連接，帶動電樞旋轉(zhuǎn)，磁極則被安裝其上的測力臂掣住,只能在一定范圍內(nèi)擺動一角度,配合測力計就可以由此擺動角直接讀出電樞與磁極間作用的電磁轉(zhuǎn)矩。略去風(fēng)摩損耗等測量誤差時，此電磁轉(zhuǎn)矩就等于被測動力機械的輸出轉(zhuǎn)矩。渦流測功機只能產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，不能作為電動機運行。一般用于測量轉(zhuǎn)速上升而轉(zhuǎn)矩下降，或轉(zhuǎn)矩變化而轉(zhuǎn)速基本不變的動力機械。

機械在轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的慣量——轉(zhuǎn)動慣量（Moment of Inertia）。

轉(zhuǎn)動慣量是表征剛體轉(zhuǎn)動慣性大小的物理量,它與剛體的質(zhì)量、質(zhì)量相對于轉(zhuǎn)軸的分布有關(guān)。

轉(zhuǎn)動慣量定義為：J=∑ Mi*Ri^2

（1）式中Mi表示剛體的某個質(zhì)點的質(zhì)量，Ri表示該質(zhì)點到轉(zhuǎn)軸的垂直距離。 剛體的轉(zhuǎn)動慣量是由質(zhì)量、質(zhì)量分布、轉(zhuǎn)軸位置三個因素決定的。

(2) 同一剛體對不同轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動不同,凡是提到轉(zhuǎn)動慣量,必須指明它是對哪個軸的才有意義。

轉(zhuǎn)動慣量不是用在杠桿上，因為杠桿被認為是理想的，無質(zhì)量，不彎折的剛性物體。轉(zhuǎn)動慣量用來研究旋轉(zhuǎn)的，有質(zhì)量的剛體。