柴油發(fā)電機功率測量器具的工作原理和特點
發(fā)布時間：2023-09-18 點擊：147
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，可通過在測定有效扭矩及輸出軸的轉(zhuǎn)速后得出有效功率。其功率試驗通常采用測功器來測量，一般由制動器、測力機構(gòu)及測速裝置等部分組成。測功器按制動器工作原理的不同來分類，分為水力測功器、電渦流測功器、機械測功器和空氣動力測功器等。
一、測功機工作原理
工作時，通過控制器提供激磁電流給磁滯測功機，磁滯測功機內(nèi)部線圈通電時則產(chǎn)生磁力線，通過定子齒極、氣隙、轉(zhuǎn)子磁滯杯，形成一閉合磁路，由于磁力線在齒凸極部分分布較密，齒間分布較稀，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁滯杯上感應電勢并產(chǎn)生渦流，渦流和磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩即為負載力矩。該力矩的大小只與控制器加在測功機線圈上的電流大小有關，而與被試電機拖動測功機旋轉(zhuǎn)的速度基本無關。
測功機的主要區(qū)別也是原理的不一樣，具體的性能上也有差異。舉個例子說，像磁滯測功機主要應用于微小功率高轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，功率范圍適用更大一些的加載測試，如電機、減速機、發(fā)動機等，所用于發(fā)動機試驗。
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(zhuǎn)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(zhuǎn)換過程中亦需耗費能量。而電力測功機卻可以把柴油機產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換為電能回饋到內(nèi)部電網(wǎng)，供其他設備使用。
二、測功器的分類
1、水力測功器
水力測功機機體部分的功能是吸收驅(qū)動機的有效轉(zhuǎn)矩，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由轉(zhuǎn)子、定子、軸、外殼等組成。定子直接與外殼鑄造為一體，接受轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的反作用力矩產(chǎn)生擺動，轉(zhuǎn)子軸端采用聯(lián)軸器與被測傳動設備相連接。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的不同，水力測功機主要有葉輪式、孔盤式和光盤式。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(zhuǎn)子慣量也小，控制系統(tǒng)響應速度快，適用于渦軸發(fā)動機測試中的加減速試驗。由于其結(jié)構(gòu)特點，水流在殼體內(nèi)部葉輪之間產(chǎn)生強烈的湍流現(xiàn)象，在將測功機的輸入能量轉(zhuǎn)換為水的內(nèi)能過程中，由于水溫的升高和局部壓力的降低容易出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。氣蝕會產(chǎn)生高頻噪聲和壓力脈動，進而引起高速水力測功機運行不穩(wěn)定，直接導致運行壽命明顯縮短。
（1）孔盤式測功機
與葉輪式測功機相比，孔盤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似，但氣蝕風險大大降低。孔盤式測功機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖3所示。
（2）光盤式測功機
與葉輪式和孔盤式測功機相比，光盤式測功機是通過黏性剪切而非湍流作用吸收動力，使其在抗氣蝕能力方面具有更大的優(yōu)勢，壽命相對較長。由于光盤式吸收功率的原理，使其比功率較小，同等功率等級的測功機，光盤式尺寸更大，轉(zhuǎn)動慣量大，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(zhuǎn)，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，通過調(diào)轉(zhuǎn)測功機位置[3]，實現(xiàn)不同旋向的試驗需要；也可通過額外配置轉(zhuǎn)盤的方式實現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)。孔盤式和光盤式測功機可用于雙向測功，不需掉轉(zhuǎn)方向，也無須配置額外的轉(zhuǎn)盤。
水力測功機結(jié)構(gòu)示意圖
2、電渦流測功器
電渦流測功器由電渦流制動器和測力機構(gòu)組成。
（1）電渦流制動器由轉(zhuǎn)子部分、擺動部分和固定部分組成。轉(zhuǎn)子部分是以轉(zhuǎn)子軸帶動轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)動。擺動部分有渦流環(huán)、勵磁線圈和外環(huán)。固定部分有底座和支架。
（2）當勵磁線圈中通入直流電時，產(chǎn)生磁場，磁力線通過轉(zhuǎn)子盤、渦流環(huán)、擺動體外環(huán)和它們之間的空氣隙而閉合。轉(zhuǎn)子盤外圓上有均布的齒槽相間，轉(zhuǎn)子盤外圓上的空氣隙寬窄間隔均布。因此，轉(zhuǎn)子盤外緣產(chǎn)生疏密相間的磁力線。當轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)動時，疏密相間的磁力線與轉(zhuǎn)子盤同步旋轉(zhuǎn)。對于渦流環(huán)內(nèi)表面上的任一固定點，穿過它的磁力線發(fā)生周期性變化，就產(chǎn)生了電渦流。
（3）電渦流在勵磁磁場作用下，受力方向與轉(zhuǎn)動方向相同，使擺動體向轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向偏轉(zhuǎn)，擺動體對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動扭矩。此制動扭矩由擺動體通過測力臂架作用在扭矩傳感器上，將扭矩值信號輸出。
（4）轉(zhuǎn)速信號是由裝在電渦流制動器轉(zhuǎn)軸上的測速齒盤產(chǎn)生脈沖信號，一般有60個齒，與之對應安裝的轉(zhuǎn)速傳感器接收脈沖信號，輸出轉(zhuǎn)速信號。
（5）柴油發(fā)電機輸出的功率，可由測得的扭矩、轉(zhuǎn)速，經(jīng)測控系統(tǒng)“計算”后，由顯示系統(tǒng)標出。
（6）渦流環(huán)和轉(zhuǎn)子盤都采用高磁導率，高電導率的純鐵制造，轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單，可在高轉(zhuǎn)速下運行。
（7）電渦流測功器的工作特性，在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，制動力矩隨勵磁電流和轉(zhuǎn)速的增加而迅速增大。當i值一定時，在達到一定轉(zhuǎn)速后，扭矩幾乎不再增加；當轉(zhuǎn)速不變時，扭矩隨i值增加而增大，在i值增大到勵磁線路的磁通飽和時，扭矩則不再增加。
（8）測功器控制系統(tǒng)
在進行柴油發(fā)電機試驗時，柴油發(fā)電機扭矩曲線隨轉(zhuǎn)速上升至某一轉(zhuǎn)速區(qū)間，單純增減勵磁電流i來保持轉(zhuǎn)速一定進行試驗是很困難的。因此，電渦流測功器，除了用手動調(diào)整勵磁電流的控制方式外，多附加自動控制裝置，使勵磁電流隨轉(zhuǎn)速自動變化。
不少電渦流測功器采用等電流自動控制裝置，使勵磁電流保持一定，與轉(zhuǎn)速、電源電壓和勵磁線圈電阻的變化無關。另有一種是自動等速控制方式。在測出轉(zhuǎn)速偏離給定轉(zhuǎn)速時，反饋到勵磁回路中，使勵磁電流急劇增減，保持恒定轉(zhuǎn)速。第三種是增壓控制方式，它使勵磁電流與轉(zhuǎn)速成正比增加，其增加比例及調(diào)整范圍可任意設定。
電渦流測功器所消耗的勵磁功率很小，只需變動幾個安培勵磁電流就能自由控制吸收的扭矩，這樣，便能方便地實現(xiàn)控制自動化，有利于實現(xiàn)按預定規(guī)范試驗和耐久性試驗時無人操縱運轉(zhuǎn)。
電渦流測功器結(jié)構(gòu)示意圖
三、測功機主要特點
1、節(jié)能（像水力、電渦流測功機）
2、緊急保護特性
測功機本身具有過流，斷相等保護功能，配合控制系統(tǒng)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)動機機械效率試驗時需要另外配置拖動設備。
3、瞬態(tài)加載特性
像水力測功機的加載反應時間基本上在秒級，電力測功機的加載反應主時間為ms級，這主要取決與變頻器的階躍響應和系統(tǒng)的慣性
4、加載方式
像水力測功機只能在一個方向加載，同時轉(zhuǎn)速低于一定值時加載性能變差；不能作為反拖設備，在需要做發(fā)動機機械效率試驗時需要另外配置拖動設備。
5、可靠性
普萊德測功機的負載電機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、變頻器均經(jīng)國家權(quán)威部門嚴格檢測，完全符合相關的行業(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(qū)動動力，因此不能作為反拖設備。電力測功機可以方便的轉(zhuǎn)換成電機拖動模式，從電網(wǎng)吸收能量，作為動力機械倒拖柴油機。
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，用戶在維護時不必依賴制造商，完全可以自行進行日常的維護保養(yǎng)，甚至在需要更換主機和傳感器時亦可獨立完成，降低維護保養(yǎng)費用。
8、基建費用低
交流測功機本身帶有風機冷卻，無需水冷裝置（包括水池和循環(huán)管道），節(jié)省基建費。
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有效功率是表明標志柴油發(fā)電機性能的主要指標，可通過在測定有效扭矩及輸出軸的轉(zhuǎn)速后得出有效功率。其功率試驗通常采用測功器來測量，一般由制動器、測力機構(gòu)及測速裝置等部分組成。測功器按制動器工作原理的不同來分類，分為水力測功器、電渦流測功器、機械測功器和空氣動力測功器等。
一、測功機工作原理
工作時，通過控制器提供激磁電流給磁滯測功機，磁滯測功機內(nèi)部線圈通電時則產(chǎn)生磁力線，通過定子齒極、氣隙、轉(zhuǎn)子磁滯杯，形成一閉合磁路，由于磁力線在齒凸極部分分布較密，齒間分布較稀，當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁滯杯上感應電勢并產(chǎn)生渦流，渦流和磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩即為負載力矩。該力矩的大小只與控制器加在測功機線圈上的電流大小有關，而與被試電機拖動測功機旋轉(zhuǎn)的速度基本無關。
測功機的主要區(qū)別也是原理的不一樣，具體的性能上也有差異。舉個例子說，像磁滯測功機主要應用于微小功率高轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，功率范圍適用更大一些的加載測試，如電機、減速機、發(fā)動機等，所用于發(fā)動機試驗。
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(zhuǎn)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(zhuǎn)換過程中亦需耗費能量。而電力測功機卻可以把柴油機產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換為電能回饋到內(nèi)部電網(wǎng)，供其他設備使用。
二、測功器的分類
1、水力測功器
水力測功機機體部分的功能是吸收驅(qū)動機的有效轉(zhuǎn)矩，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由轉(zhuǎn)子、定子、軸、外殼等組成。定子直接與外殼鑄造為一體，接受轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的反作用力矩產(chǎn)生擺動，轉(zhuǎn)子軸端采用聯(lián)軸器與被測傳動設備相連接。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的不同，水力測功機主要有葉輪式、孔盤式和光盤式。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(zhuǎn)子慣量也小，控制系統(tǒng)響應速度快，適用于渦軸發(fā)動機測試中的加減速試驗。由于其結(jié)構(gòu)特點，水流在殼體內(nèi)部葉輪之間產(chǎn)生強烈的湍流現(xiàn)象，在將測功機的輸入能量轉(zhuǎn)換為水的內(nèi)能過程中，由于水溫的升高和局部壓力的降低容易出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象。氣蝕會產(chǎn)生高頻噪聲和壓力脈動，進而引起高速水力測功機運行不穩(wěn)定，直接導致運行壽命明顯縮短。
（1）孔盤式測功機
與葉輪式測功機相比，孔盤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似，但氣蝕風險大大降低。孔盤式測功機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖3所示。
（2）光盤式測功機
與葉輪式和孔盤式測功機相比，光盤式測功機是通過黏性剪切而非湍流作用吸收動力，使其在抗氣蝕能力方面具有更大的優(yōu)勢，壽命相對較長。由于光盤式吸收功率的原理，使其比功率較小，同等功率等級的測功機，光盤式尺寸更大，轉(zhuǎn)動慣量大，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(zhuǎn)，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，通過調(diào)轉(zhuǎn)測功機位置[3]，實現(xiàn)不同旋向的試驗需要；也可通過額外配置轉(zhuǎn)盤的方式實現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)。孔盤式和光盤式測功機可用于雙向測功，不需掉轉(zhuǎn)方向，也無須配置額外的轉(zhuǎn)盤。
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2、電渦流測功器
電渦流測功器由電渦流制動器和測力機構(gòu)組成。
（1）電渦流制動器由轉(zhuǎn)子部分、擺動部分和固定部分組成。轉(zhuǎn)子部分是以轉(zhuǎn)子軸帶動轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)動。擺動部分有渦流環(huán)、勵磁線圈和外環(huán)。固定部分有底座和支架。
（2）當勵磁線圈中通入直流電時，產(chǎn)生磁場，磁力線通過轉(zhuǎn)子盤、渦流環(huán)、擺動體外環(huán)和它們之間的空氣隙而閉合。轉(zhuǎn)子盤外圓上有均布的齒槽相間，轉(zhuǎn)子盤外圓上的空氣隙寬窄間隔均布。因此，轉(zhuǎn)子盤外緣產(chǎn)生疏密相間的磁力線。當轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)動時，疏密相間的磁力線與轉(zhuǎn)子盤同步旋轉(zhuǎn)。對于渦流環(huán)內(nèi)表面上的任一固定點，穿過它的磁力線發(fā)生周期性變化，就產(chǎn)生了電渦流。
（3）電渦流在勵磁磁場作用下，受力方向與轉(zhuǎn)動方向相同，使擺動體向轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向偏轉(zhuǎn)，擺動體對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動扭矩。此制動扭矩由擺動體通過測力臂架作用在扭矩傳感器上，將扭矩值信號輸出。
（4）轉(zhuǎn)速信號是由裝在電渦流制動器轉(zhuǎn)軸上的測速齒盤產(chǎn)生脈沖信號，一般有60個齒，與之對應安裝的轉(zhuǎn)速傳感器接收脈沖信號，輸出轉(zhuǎn)速信號。
（5）柴油發(fā)電機輸出的功率，可由測得的扭矩、轉(zhuǎn)速，經(jīng)測控系統(tǒng)“計算”后，由顯示系統(tǒng)標出。
（6）渦流環(huán)和轉(zhuǎn)子盤都采用高磁導率，高電導率的純鐵制造，轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)簡單，可在高轉(zhuǎn)速下運行。
（7）電渦流測功器的工作特性，在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，制動力矩隨勵磁電流和轉(zhuǎn)速的增加而迅速增大。當i值一定時，在達到一定轉(zhuǎn)速后，扭矩幾乎不再增加；當轉(zhuǎn)速不變時，扭矩隨i值增加而增大，在i值增大到勵磁線路的磁通飽和時，扭矩則不再增加。
（8）測功器控制系統(tǒng)
在進行柴油發(fā)電機試驗時，柴油發(fā)電機扭矩曲線隨轉(zhuǎn)速上升至某一轉(zhuǎn)速區(qū)間，單純增減勵磁電流i來保持轉(zhuǎn)速一定進行試驗是很困難的。因此，電渦流測功器，除了用手動調(diào)整勵磁電流的控制方式外，多附加自動控制裝置，使勵磁電流隨轉(zhuǎn)速自動變化。
不少電渦流測功器采用等電流自動控制裝置，使勵磁電流保持一定，與轉(zhuǎn)速、電源電壓和勵磁線圈電阻的變化無關。另有一種是自動等速控制方式。在測出轉(zhuǎn)速偏離給定轉(zhuǎn)速時，反饋到勵磁回路中，使勵磁電流急劇增減，保持恒定轉(zhuǎn)速。第三種是增壓控制方式，它使勵磁電流與轉(zhuǎn)速成正比增加，其增加比例及調(diào)整范圍可任意設定。
電渦流測功器所消耗的勵磁功率很小，只需變動幾個安培勵磁電流就能自由控制吸收的扭矩，這樣，便能方便地實現(xiàn)控制自動化，有利于實現(xiàn)按預定規(guī)范試驗和耐久性試驗時無人操縱運轉(zhuǎn)。
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三、測功機主要特點
1、節(jié)能（像水力、電渦流測功機）
2、緊急保護特性
測功機本身具有過流，斷相等保護功能，配合控制系統(tǒng)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)動機機械效率試驗時需要另外配置拖動設備。
3、瞬態(tài)加載特性
像水力測功機的加載反應時間基本上在秒級，電力測功機的加載反應主時間為ms級，這主要取決與變頻器的階躍響應和系統(tǒng)的慣性
4、加載方式
像水力測功機只能在一個方向加載，同時轉(zhuǎn)速低于一定值時加載性能變差；不能作為反拖設備，在需要做發(fā)動機機械效率試驗時需要另外配置拖動設備。
5、可靠性
普萊德測功機的負載電機、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、變頻器均經(jīng)國家權(quán)威部門嚴格檢測，完全符合相關的行業(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(qū)動動力，因此不能作為反拖設備。電力測功機可以方便的轉(zhuǎn)換成電機拖動模式，從電網(wǎng)吸收能量，作為動力機械倒拖柴油機。
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，用戶在維護時不必依賴制造商，完全可以自行進行日常的維護保養(yǎng)，甚至在需要更換主機和傳感器時亦可獨立完成，降低維護保養(yǎng)費用。
8、基建費用低
交流測功機本身帶有風機冷卻，無需水冷裝置（包括水池和循環(huán)管道），節(jié)省基建費。
影響柴油發(fā)電機排氣背壓的因素和計算公式
50kw-1000kw濰柴發(fā)電機組型號大全價格表一覽
一分鐘帶您了解三相交流發(fā)電機的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理
中國柴油發(fā)電機組廠家有哪些，康明斯品牌柴油發(fā)電機介紹
發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)器作用及說明書
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