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新聞主題 |
柴油發(fā)電機(jī)功率測(cè)量器具的工作原理 |
有效功率是表明標(biāo)志柴油發(fā)電機(jī)性能的主要指標(biāo)，可通過(guò)在測(cè)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(yàn)通常采用測(cè)功器來(lái)測(cè)量，一般由制動(dòng)器、測(cè)力機(jī)構(gòu)及測(cè)速裝置等部分組成。測(cè)功器按制動(dòng)器工作原理的不同來(lái)分類，分為水力測(cè)功器、電渦流測(cè)功器、機(jī)械測(cè)功器和空氣動(dòng)力測(cè)功器等。
一、測(cè)功機(jī)工作原理
工作時(shí)，通過(guò)控制器提供激磁電流給磁滯測(cè)功機(jī)，磁滯測(cè)功機(jī)內(nèi)部線圈通電時(shí)則產(chǎn)生磁力線，通過(guò)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(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁滯杯上感應(yīng)電勢(shì)并產(chǎn)生渦流，渦流和磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩即為負(fù)載力矩。該力矩的大小只與控制器加在測(cè)功機(jī)線圈上的電流大小有關(guān)，而與被試電機(jī)拖動(dòng)測(cè)功機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度基本無(wú)關(guān)。
測(cè)功機(jī)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(gè)例子說(shuō)，像磁滯測(cè)功機(jī)主要應(yīng)用于微小功率高轉(zhuǎn)速的電機(jī)加載測(cè)試，如一些微小電機(jī)；而磁粉測(cè)功機(jī)適用于低速大扭矩，中小功率的加載測(cè)試，如小型電機(jī)或者減速機(jī)的加載；電渦流測(cè)功機(jī)則適用于中高轉(zhuǎn)速，功率范圍適用更大一些的加載測(cè)試，如電機(jī)、減速機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等，所用于發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)。
水力、電渦流測(cè)功機(jī)的基本原理是將柴油機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能由水冷卻后把熱量帶走，柴油機(jī)發(fā)出的能量不能回收，轉(zhuǎn)換過(guò)程中亦需耗費(fèi)能量。而電力測(cè)功機(jī)卻可以把柴油機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能回饋到內(nèi)部電網(wǎng)，供其他設(shè)備使用。
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二、測(cè)功器的分類
1、水力測(cè)功器
水力測(cè)功機(jī)機(jī)體部分的功能是吸收驅(qū)動(dòng)機(jī)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(dòng)，轉(zhuǎn)子軸端采用聯(lián)軸器與被測(cè)傳動(dòng)設(shè)備相連接。根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式的不同，水力測(cè)功機(jī)主要有葉輪式、孔盤式和光盤式。其中葉輪式的測(cè)功機(jī)比功率（功率與重力之比）最大，同等功率等級(jí)，該形式的測(cè)功機(jī)尺寸更小，轉(zhuǎn)子慣量也小，控制系統(tǒng)響應(yīng)速度快，適用于渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中的加減速試驗(yàn)。由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，水流在殼體內(nèi)部葉輪之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流現(xiàn)象，在將測(cè)功機(jī)的輸入能量轉(zhuǎn)換為水的內(nèi)能過(guò)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(huì)產(chǎn)生高頻噪聲和壓力脈動(dòng)，進(jìn)而引起高速水力測(cè)功機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，直接導(dǎo)致運(yùn)行壽命明顯縮短。
（1）孔盤式測(cè)功機(jī)
與葉輪式測(cè)功機(jī)相比，孔盤式測(cè)功機(jī)比功率較小，尺寸質(zhì)量相對(duì)較大，其耗功原理與葉輪式類似，但氣蝕風(fēng)險(xiǎn)大大降低。孔盤式測(cè)功機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如圖3所示。
（2）光盤式測(cè)功機(jī)
與葉輪式和孔盤式測(cè)功機(jī)相比，光盤式測(cè)功機(jī)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(shì)，壽命相對(duì)較長(zhǎng)。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(jí)的測(cè)功機(jī)，光盤式尺寸更大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，對(duì)外界的控制敏感度相對(duì)較低，控制響應(yīng)較慢。
（3）葉輪式測(cè)功機(jī)
葉輪式測(cè)功機(jī)通常為單向旋轉(zhuǎn)，對(duì)于存在雙向測(cè)試需求的情況，可選用軸兩端均可連接被測(cè)設(shè)備的測(cè)功機(jī)，通過(guò)調(diào)轉(zhuǎn)測(cè)功機(jī)位置[3]，實(shí)現(xiàn)不同旋向的試驗(yàn)需要；也可通過(guò)額外配置轉(zhuǎn)盤的方式實(shí)現(xiàn)雙向旋轉(zhuǎn)。孔盤式和光盤式測(cè)功機(jī)可用于雙向測(cè)功，不需掉轉(zhuǎn)方向，也無(wú)須配置額外的轉(zhuǎn)盤。
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水力測(cè)功機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 |
2、電渦流測(cè)功器
電渦流測(cè)功器由電渦流制動(dòng)器和測(cè)力機(jī)構(gòu)組成。
（1）電渦流制動(dòng)器由轉(zhuǎn)子部分、擺動(dòng)部分和固定部分組成。轉(zhuǎn)子部分是以轉(zhuǎn)子軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)動(dòng)。擺動(dòng)部分有渦流環(huán)、勵(lì)磁線圈和外環(huán)。固定部分有底座和支架。
（2）當(dāng)勵(lì)磁線圈中通入直流電時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁力線通過(guò)轉(zhuǎn)子盤、渦流環(huán)、擺動(dòng)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(dāng)轉(zhuǎn)子盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，疏密相間的磁力線與轉(zhuǎn)子盤同步旋轉(zhuǎn)。對(duì)于渦流環(huán)內(nèi)表面上的任一固定點(diǎn)，穿過(guò)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(lì)磁磁場(chǎng)作用下，受力方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，使擺動(dòng)體向轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向偏轉(zhuǎn)，擺動(dòng)體對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)扭矩。此制動(dòng)扭矩由擺動(dòng)體通過(guò)測(cè)力臂架作用在扭矩傳感器上，將扭矩值信號(hào)輸出。
（4）轉(zhuǎn)速信號(hào)是由裝在電渦流制動(dòng)器轉(zhuǎn)軸上的測(cè)速齒盤產(chǎn)生脈沖信號(hào)，一般有60個(gè)齒，與之對(duì)應(yīng)安裝的轉(zhuǎn)速傳感器接收脈沖信號(hào)，輸出轉(zhuǎn)速信號(hào)。
（5）柴油發(fā)電機(jī)輸出的功率，可由測(cè)得的扭矩、轉(zhuǎn)速，經(jīng)測(cè)控系統(tǒng)“計(jì)算”后，由顯示系統(tǒng)標(biāo)出。
（6）渦流環(huán)和轉(zhuǎn)子盤都采用高磁導(dǎo)率，高電導(dǎo)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(jī)要小得多，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。
（7）電渦流測(cè)功器的工作特性，在低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，制動(dòng)力矩隨勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)速的增加而迅速增大。當(dāng)I值一定時(shí)，在達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，扭矩幾乎不再增加；當(dāng)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，扭矩隨i值增加而增大，在i值增大到勵(lì)磁線路的磁通飽和時(shí)，扭矩則不再增加。
（8）測(cè)功器控制系統(tǒng)
在進(jìn)行柴油發(fā)電機(jī)試驗(yàn)時(shí)，柴油發(fā)電機(jī)扭矩曲線隨轉(zhuǎn)速上升至某一轉(zhuǎn)速區(qū)間，單純?cè)鰷p勵(lì)磁電流i來(lái)保持轉(zhuǎn)速一定進(jìn)行試驗(yàn)是很困難的。因此，電渦流測(cè)功器，除了用手動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁電流的控制方式外，多附加自動(dòng)控制裝置，使勵(lì)磁電流隨轉(zhuǎn)速自動(dòng)變化。
電渦流測(cè)功器所消耗的勵(lì)磁功率很小，只需變動(dòng)幾個(gè)安培勵(lì)磁電流就能自由控制吸收的扭矩，這樣，便能方便地實(shí)現(xiàn)控制自動(dòng)化，有利于實(shí)現(xiàn)按預(yù)定規(guī)范試驗(yàn)和耐久性試驗(yàn)時(shí)無(wú)人操縱運(yùn)轉(zhuǎn)。
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電渦流測(cè)功器結(jié)構(gòu)示意圖 |
三、測(cè)功機(jī)主要特點(diǎn)
1、節(jié)能（像水力、電渦流測(cè)功機(jī)）
2、緊急保護(hù)特性
測(cè)功機(jī)本身具有過(guò)流，斷相等保護(hù)功能，配合控制系統(tǒng)的超速保護(hù)功能，有效的避免了因柴油機(jī)故障而引起的測(cè)功機(jī)損壞和柴油機(jī)故障的擴(kuò)大。
電渦流測(cè)功機(jī)可以雙向加載，但在低速時(shí)加載性能比水力測(cè)功機(jī)還差，不能作為反拖設(shè)備，在需要做發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率試驗(yàn)時(shí)需要另外配置拖動(dòng)設(shè)備。
3、瞬態(tài)加載特性
像水力測(cè)功機(jī)的加載反應(yīng)時(shí)間基本上在秒級(jí)，電力測(cè)功機(jī)的加載反應(yīng)主時(shí)間為ms級(jí)，這主要取決與變頻器的階躍響應(yīng)和系統(tǒng)的慣性
4、加載方式
像水力測(cè)功機(jī)只能在一個(gè)方向加載，同時(shí)轉(zhuǎn)速低于一定值時(shí)加載性能變差；不能作為反拖設(shè)備，在需要做發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械效率試驗(yàn)時(shí)需要另外配置拖動(dòng)設(shè)備。
5、可靠性
普萊德測(cè)功機(jī)的負(fù)載電機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、變頻器均經(jīng)國(guó)家權(quán)威部門嚴(yán)格檢測(cè)，完全符合相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
6、反拖特性
水力測(cè)功機(jī)和電渦流測(cè)功機(jī)本身只消耗柴油機(jī)能量，不能提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，因此不能作為反拖設(shè)備。電力測(cè)功機(jī)可以方便的轉(zhuǎn)換成電機(jī)拖動(dòng)模式，從電網(wǎng)吸收能量，作為動(dòng)力機(jī)械倒拖柴油機(jī)。
7、可維護(hù)性
由于采用了完全符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)/國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的配套件，用戶在維護(hù)時(shí)不必依賴制造商，完全可以自行進(jìn)行日常的維護(hù)保養(yǎng)，甚至在需要更換主機(jī)和傳感器時(shí)亦可獨(dú)立完成，降低維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。
8、基建費(fèi)用低
交流測(cè)功機(jī)本身帶有風(fēng)機(jī)冷卻，無(wú)需水冷裝置（包括水池和循環(huán)管道），節(jié)省基建費(fèi)。
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