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柴油發(fā)電機功率測量器具的工作原理 |
有效功率是表明標志柴油發(fā)電機性能的主要指標，可通過(guò)在測定有效扭矩及輸出軸的轉速后得出有效功率。其功率試驗通常采用測功器來(lái)測量，一般由制動(dòng)器、測力機構及測速裝置等部分組成。測功器按制動(dòng)器工作原理的不同來(lái)分類(lèi)，分為水力測功器、電渦流測功器、機械測功器和空氣動(dòng)力測功器等。
一、測功機工作原理
工作時(shí)，通過(guò)控制器提供激磁電流給磁滯測功機，磁滯測功機內部線(xiàn)圈通電時(shí)則產(chǎn)生磁力線(xiàn)，通過(guò)定子齒極、氣隙、轉子磁滯杯，形成一閉合磁路，由于磁力線(xiàn)在齒凸極部分分布較密，齒間分布較稀，當轉子旋轉時(shí)，磁滯杯上感應電勢并產(chǎn)生渦流，渦流和磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉矩，該轉矩即為負載力矩。該力矩的大小只與控制器加在測功機線(xiàn)圈上的電流大小有關(guān)，而與被試電機拖動(dòng)測功機旋轉的速度基本無(wú)關(guān)。
測功機的主要區別也是原理的不一樣，具體的性能上也有差異。舉個(gè)例子說(shuō)，像磁滯測功機主要應用于微小功率高轉速的電機加載測試，如一些微小電機；而磁粉測功機適用于低速大扭矩，中小功率的加載測試，如小型電機或者減速機的加載；電渦流測功機則適用于中高轉速，功率范圍適用更大一些的加載測試，如電機、減速機、發(fā)動(dòng)機等，所用于發(fā)動(dòng)機試驗。
水力、電渦流測功機的基本原理是將柴油機產(chǎn)生的機械能轉化為熱能由水冷卻后把熱量帶走，柴油機發(fā)出的能量不能回收，轉換過(guò)程中亦需耗費能量。而電力測功機卻可以把柴油機產(chǎn)生的機械能轉換為電能回饋到內部電網(wǎng)，供其他設備使用。
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二、測功器的分類(lèi)
1、水力測功器
水力測功機機體部分的功能是吸收驅動(dòng)機的有效轉矩，其結構如圖1所示，主要由轉子、定子、軸、外殼等組成。定子直接與外殼鑄造為一體，接受轉子產(chǎn)生的反作用力矩產(chǎn)生擺動(dòng)，轉子軸端采用聯(lián)軸器與被測傳動(dòng)設備相連接。根據轉子結構形式的不同，水力測功機主要有葉輪式、孔盤(pán)式和光盤(pán)式。其中葉輪式的測功機比功率（功率與重力之比）最大，同等功率等級，該形式的測功機尺寸更小，轉子慣量也小，控制系統響應速度快，適用于渦軸發(fā)動(dòng)機測試中的加減速試驗。由于其結構特點(diǎn)，水流在殼體內部葉輪之間產(chǎn)生強烈的湍流現象，在將測功機的輸入能量轉換為水的內能過(guò)程中，由于水溫的升高和局部壓力的降低容易出現氣蝕現象。氣蝕會(huì )產(chǎn)生高頻噪聲和壓力脈動(dòng)，進(jìn)而引起高速水力測功機運行不穩定，直接導致運行壽命明顯縮短。
（1）孔盤(pán)式測功機
與葉輪式測功機相比，孔盤(pán)式測功機比功率較小，尺寸質(zhì)量相對較大，其耗功原理與葉輪式類(lèi)似，但氣蝕風(fēng)險大大降低?？妆P(pán)式測功機轉子結構如圖3所示。
（2）光盤(pán)式測功機
與葉輪式和孔盤(pán)式測功機相比，光盤(pán)式測功機是通過(guò)黏性剪切而非湍流作用吸收動(dòng)力，使其在抗氣蝕能力方面具有更大的優(yōu)勢，壽命相對較長(cháng)。由于光盤(pán)式吸收功率的原理，使其比功率較小，同等功率等級的測功機，光盤(pán)式尺寸更大，轉動(dòng)慣量大，對外界的控制敏感度相對較低，控制響應較慢。
（3）葉輪式測功機
葉輪式測功機通常為單向旋轉，對于存在雙向測試需求的情況，可選用軸兩端均可連接被測設備的測功機，通過(guò)調轉測功機位置[3]，實(shí)現不同旋向的試驗需要；也可通過(guò)額外配置轉盤(pán)的方式實(shí)現雙向旋轉?？妆P(pán)式和光盤(pán)式測功機可用于雙向測功，不需掉轉方向，也無(wú)須配置額外的轉盤(pán)。
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水力測功機結構示意圖 |
2、電渦流測功器
電渦流測功器由電渦流制動(dòng)器和測力機構組成。
（1）電渦流制動(dòng)器由轉子部分、擺動(dòng)部分和固定部分組成。轉子部分是以轉子軸帶動(dòng)轉子盤(pán)轉動(dòng)。擺動(dòng)部分有渦流環(huán)、勵磁線(xiàn)圈和外環(huán)。固定部分有底座和支架。
（2）當勵磁線(xiàn)圈中通入直流電時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線(xiàn)通過(guò)轉子盤(pán)、渦流環(huán)、擺動(dòng)體外環(huán)和它們之間的空氣隙而閉合。轉子盤(pán)外圓上有均布的齒槽相間，轉子盤(pán)外圓上的空氣隙寬窄間隔均布。因此，轉子盤(pán)外緣產(chǎn)生疏密相間的磁力線(xiàn)。當轉子盤(pán)轉動(dòng)時(shí)，疏密相間的磁力線(xiàn)與轉子盤(pán)同步旋轉。對于渦流環(huán)內表面上的任一固定點(diǎn)，穿過(guò)它的磁力線(xiàn)發(fā)生周期性變化，就產(chǎn)生了電渦流。
（3）電渦流在勵磁磁場(chǎng)作用下，受力方向與轉動(dòng)方向相同，使擺動(dòng)體向轉子轉動(dòng)方向偏轉，擺動(dòng)體對轉子產(chǎn)生制動(dòng)扭矩。此制動(dòng)扭矩由擺動(dòng)體通過(guò)測力臂架作用在扭矩傳感器上，將扭矩值信號輸出。
（4）轉速信號是由裝在電渦流制動(dòng)器轉軸上的測速齒盤(pán)產(chǎn)生脈沖信號，一般有60個(gè)齒，與之對應安裝的轉速傳感器接收脈沖信號，輸出轉速信號。
（5）柴油發(fā)電機輸出的功率，可由測得的扭矩、轉速，經(jīng)測控系統“計算”后，由顯示系統標出。
（6）渦流環(huán)和轉子盤(pán)都采用高磁導率，高電導率的純鐵制造，轉子尺寸和質(zhì)量比相同功率容量的直流電機要小得多，其結構簡(jiǎn)單，可在高轉速下運行。
（7）電渦流測功器的工作特性，在低轉速范圍內，制動(dòng)力矩隨勵磁電流和轉速的增加而迅速增大。當I值一定時(shí)，在達到一定轉速后，扭矩幾乎不再增加；當轉速不變時(shí)，扭矩隨i值增加而增大，在i值增大到勵磁線(xiàn)路的磁通飽和時(shí)，扭矩則不再增加。
（8）測功器控制系統
在進(jìn)行柴油發(fā)電機試驗時(shí)，柴油發(fā)電機扭矩曲線(xiàn)隨轉速上升至某一轉速區間，單純增減勵磁電流i來(lái)保持轉速一定進(jìn)行試驗是很困難的。因此，電渦流測功器，除了用手動(dòng)調整勵磁電流的控制方式外，多附加自動(dòng)控制裝置，使勵磁電流隨轉速自動(dòng)變化。
電渦流測功器所消耗的勵磁功率很小，只需變動(dòng)幾個(gè)安培勵磁電流就能自由控制吸收的扭矩，這樣，便能方便地實(shí)現控制自動(dòng)化，有利于實(shí)現按預定規范試驗和耐久性試驗時(shí)無(wú)人操縱運轉。
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電渦流測功器結構示意圖 |
三、測功機主要特點(diǎn)
1、節能（像水力、電渦流測功機）
2、緊急保護特性
測功機本身具有過(guò)流，斷相等保護功能，配合控制系統的超速保護功能，有效的避免了因柴油機故障而引起的測功機損壞和柴油機故障的擴大。
電渦流測功機可以雙向加載，但在低速時(shí)加載性能比水力測功機還差，不能作為反拖設備，在需要做發(fā)動(dòng)機機械效率試驗時(shí)需要另外配置拖動(dòng)設備。
3、瞬態(tài)加載特性
像水力測功機的加載反應時(shí)間基本上在秒級，電力測功機的加載反應主時(shí)間為ms級，這主要取決與變頻器的階躍響應和系統的慣性
4、加載方式
像水力測功機只能在一個(gè)方向加載，同時(shí)轉速低于一定值時(shí)加載性能變差；不能作為反拖設備，在需要做發(fā)動(dòng)機機械效率試驗時(shí)需要另外配置拖動(dòng)設備。
5、可靠性
普萊德測功機的負載電機、轉矩轉速傳感器、變頻器均經(jīng)國家權威部門(mén)嚴格檢測，完全符合相關(guān)的行業(yè)標準。
6、反拖特性
水力測功機和電渦流測功機本身只消耗柴油機能量，不能提供驅動(dòng)動(dòng)力，因此不能作為反拖設備。電力測功機可以方便的轉換成電機拖動(dòng)模式，從電網(wǎng)吸收能量，作為動(dòng)力機械倒拖柴油機。
7、可維護性
由于采用了完全符合行業(yè)標準/國家標準的配套件，用戶(hù)在維護時(shí)不必依賴(lài)制造商，完全可以自行進(jìn)行日常的維護保養，甚至在需要更換主機和傳感器時(shí)亦可獨立完成，降低維護保養費用。
8、基建費用低
交流測功機本身帶有風(fēng)機冷卻，無(wú)需水冷裝置（包括水池和循環(huán)管道），節省基建費。
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