Чем измерить кпд двигателя

Испытательные устройства для контроля параметров-двигателей и измерения мощности

Испытательный стенд для проверки двигателей внутреннего сгорания

Измерение крутящего момента, скорости и вычисление мощности – основная задача при испытаниях двигателей. Измерительной единицей на испытательном стенде является датчик крутящего момента. В модели, показанной на рисунке, используется датчик момента T40B, присоединенный к 3-фазному асинхронному двигателю. Цифровой датчик T40B предназначен для прецизионных измерений крутящего момента даже при низких оборотах и мониторинга направления вращения. Датчик T40B не чувствителен к пылевым и масляным загрязнителям, благодаря чему может применяться в стендах для испытаний двигателей. Сигналы скорости и крутящего момента усиливаются при помощи измерительного усилителя MGCplus. Все сигналы с испытательных стендов, например, вычисление мощности по величинам скорости и крутящего момента, обрабатываются компьютером. Но эту операцию может выполнить и сам усилитель MGCplus.

Испытательный стенд для рулевого механизма

На рисунке изображена система отладки работы рулевого механизма. Рулевой механизм испытывается в ненагруженном состоянии, поэтому датчик крутящего момента T5, находящийся между рулевым механизмом и двигателем, измеряет только внутреннее трение. Оба направления вращения руля тестируются в течение приблизительно 1 минуты для определения величины трения, которая должна находиться в определенны пределах. Эти измерения можно производить, например, на станциях техобслуживания, имеющих ряд таких испытательных стендов. Усилитель MGCplus разработан для работы в промышленных условиях. Усилитель поддерживает все основные типы датчиков, синхронный сбор данных осуществляется по Ethernet, USB, CANBus, ProfibusDP.

Дополнительные преимущества: Датчик момента Т5 имеет номинальные крутящие моменты 10 Н·м . 200 Н·м и класс точности 0,1.

Измерение КПД дифференциального механизма

Определение КПД дифференциального механизма является одной из сложных измерительных задач. Потеря мощности в дифференциале сравнительно мала, то есть мощность, отдаваемая мотором, приблизительно равна мощности, которую получает нагрузка. Для определения КПД необходимо измерить разницу между этими мощностями с высокой точностью. На представленном рисунке используются прецизионные цифровые датчики крутящего момента T40B. В качестве усилителя используется измерительный усилитель MGCplus, который выводит на индикатор скорость вращения, крутящий момент и мощность по трем каналам. Для вычисления КПД через интерфейс можно подсоединить компьютер.

Дополнительные преимущества: Характеристики датчика Т40B: диапазон номинальных крутящих моментов: 50 Н·м. 10 кН·м, класс точности 0,05, небольшой вес и момент инерции ротора.

Универсальное испытательный стенд для двигателей внутреннего сгорания

При разработке двигателей внутреннего сгорания требуется проводить многочисленные измерения различных параметров состояния двигателя с их последующей обработкой на компьютере. Основными параметрами являются: крутящий момент, давление, скорость, температура и потребление топлива. На представленном рисунке показан выбор наиболее важных точек измерения. Обычные расходомеры топлива не используются из-за низкой точности. Вместо этого предлагается взвешивать топливный бак с помощью тензодатчика веса C2 и отслеживать потери веса в определенные интервалы времени. Для измерения параметров используются усилитель MGCplus с двенадцатью каналами. Результаты обработки передаются на компьютер. Компания НВМ предлагает также разработанное для различных измерительных задач профессиональное программное обеспечение.

Дополнительные преимущества: Вы можете воспользоваться всеми преимуществами полной измерительной цепи от HBM: от тензорезисторов и датчиков до тензометрических измерительных систем и программного обеспечения.

Проверка работы маслораспределительного блока в автоматической коробке передач

Центральное место в автоматической коробке передач занимает маслораспределительный блок, который представляет собой отлитый из алюминия лабиринт, имеющий заданные размеры. С помощью клапанов он распределяет поток масла, созданный конвертором. Для функционального испытания данный блок устанавливается в коробку переключения передач. В блоке имеются 24 отверстия, которые позволяют измерять давление на различных стадиях переключения передач. Датчики давления P3MB размещаются в панели управления и соединяются с отверстиями через гибкие шланги. Панель управления может быть оборудована также измерительным усилителем MGCplus.

Дополнительные преимущества: Датчики Р3MB предназначены для применения в системах с постоянным и переменным давлением. Датчик отличает коррозионная устойчивость и степень защиты IP65 или IP67. Измерительный усилитель MGCplus поддерживает стандартные интерфейсы USB, Ethernet, RS232C, CANBus, ProfibusDP.

Испытание систем антиблокировки

На рисунке представлена измерительная система, используемая для контроля давления тормозной жидкости до и после прохождения ею через систему антиблокировки. Входное и выходное давление измеряется при помощи 2-х датчиков давления РЗМВ. Высокая резонансная частота этого датчика дает возможность замерять быстроизменяющееся давление без погрешностей. Измерительный усилитель MGCplus используется для одновременного усиления и обработки полученных результатов с передачей их на компьютер. Синхронные измерения необходимы для сравнения результатов измерения давления в течение определенного промежутка времена по двум каналам.

Дополнительные преимущества: Датчика P3MB работает в диапазонах 0…1 – 0…5 бар с пьезорезистивным принципом измерения (возможно измерение избыточного давления), в диапазонах 0…10 – 0…3000 бар с тензорезистивным принципом измерения; степень защиты датчика IP65 или IP67. Возможно искробезопасное исполнение.

Испытание двигателей стиральной машины

Стиральные машины, подобно другому оборудованию, имеют электрические двигатели. При разработке и производстве двигателей стиральной машины требуется определение скорости, крутящего момента и мощности двигателя в диапазоне высоких скоростей. Для решения этой задачи может использоваться датчик момента Т20WN. Данный датчик может использоваться для измерения крутящего момента во вращающихся и неподвижных элементах конструкций. В датчик интегрирована система измерения угла поворота и скорости вращения.

Дополнительные преимущества: Характеристики датчика Т20WN: вращающийся аналоговый датчик момента с бесконтактным способом передачи сигнала, номинальный диапазон крутящих моментов: 0,1 Н·м. 200 кН·м, класс точности 0,2.

Физика. Информатика. Портфолио.

Нашёл ошибку!?

Кто здесь?

Сейчас на сайте 20 гостей и нет пользователей

Читать еще: Вакуум тормозов троит двигатель

Последние слова

Timurasfdc

Информатика

Информатика 5
Информатика 6
Информатика 7
Информатика 8
Информатика 9
Информатика 10
Информатика 11

Глобус

Статистика

Пуск
Физика 8
Лабораторные работы
Измерение КПД электродвигателя

Измерение КПД электродвигателя

» onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
E-mail

Лабораторная работа №

Тема: Измерение КПД электродвигателя.

Цель работы: оценить эффективность преобразования электродвигателем электрической энергии в механическую.

Оборудование:

источник электропитания;
амперметр;
вольтметр;
электродвигатель постоянного тока;
переменный резистор;
ключ;
металлический планшет;
груз с крючком;
весы с разновесами;
нить с петлями на концах;
измерительная лента с миллиметровыми делениями;
часы с секундной стрелкой или секундомер.

Указания к работе

1. Зарисуйте в тетрадь электрическую схему установки, изображенной на рисунке.

2. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

m, кг	h₁, м	h₂, м	h, м	А_п, Дж	I, А	U, В	t, с	А_з, Дж	η, %
значение

3. Соберите установку, как показано на рисунке. Электродвигатель установите у кромки металлического планшета. Планшет
разместите на рабочем столе так, чтобы вал двигателя выступал на 1-2 см за край стола.

4. Измерьте массу груза m.

5. Отрегулируйте длину нити так, чтобы груз, подвешенный к валу двигателя, находился на высоте в 2-3 см от пола.

6. Проведите несколько пробных пусков. С помощью переменного сопротивления установите такой режим работы двигателя, при котором груз поднимался бы равномерно и с минимальной скоростью.

7. Измерьте высоту центра груза в нижнем положении h₁.

8. Измерьте высоту центра груза при полностью намотанной нитке h₂.

9. Вычислите высоту, на которую будет поднят груз с помощью двигателя h = h₂ — h₁.

10. Включите двигатель и определите величину тока, который протекает в двигателе при подъеме груза I.

11. Включите двигатель и определите величину напряжения, приложенного к двигателю при подъеме груза U.

12. Включите двигатель и определите время t подъема груза из нижней точки в верхнюю.

13. По данным измерений вычислите полезную работу, совершенную двигателем при подъеме груза: А_п = mgh, где g = 9,8 м/с 2 , а также работу, затраченную двигателем на подъем груза: А_з = IUt.

14. Вычислите коэффициент полезного действия электродвигателя η = А_п/А_з х 100%.

Коэффициент полезного действия

Коэффицие́нт поле́зного де́йствия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии, полученному системой; обозначается обычно η («эта») [1] . КПД является безразмерной величиной и часто выражается в процентах.

Содержание

1 Определение
2 Другие похожие показатели
- 2.1 КПД котлов
- 2.2 Тепловые насосы и холодильные машины
3 Литература
4 Примечания

Определение [ править | править код ]

Математически КПД определяется как

η = A Q , >,>

где А — полезная работа (энергия), а Q — затраченная энергия.

Если КПД выражается в процентах, эту формулу иногда записывают в виде

η = A Q × 100 % >times 100%> .

Здесь умножение на 100 % не несёт содержательного смысла, поскольку 100 % = 1 . В связи с этим второй вариант записи формулы менее предпочтителен (одна и та же физическая величина может быть выражена в различных единицах независимо от формул, где она участвует).

В силу закона сохранения энергии и в результате неустранимых потерь энергии КПД реальных систем всегда меньше единицы, то есть невозможно получить полезной работы больше или столько, сколько затрачено энергии.

КПД теплово́го дви́гателя — отношение совершённой полезной работы двигателя к энергии, полученной от нагревателя. КПД теплового двигателя может быть вычислен по следующей формуле

η = Q 1 − Q 2 Q 1 -Q_<2>>>>> ,

где Q 1 > — количество теплоты, полученное от нагревателя, Q 2 > — количество теплоты, отданное холодильнику. Наибольшим КПД среди циклических машин, оперирующих при заданных температурах нагревателя T₁ и холодильника T₂, обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно; этот предельный КПД равен

η k = T 1 − T 2 T 1 =-T_<2>>>>> .

Другие похожие показатели [ править | править код ]

Не все показатели, характеризующие эффективность энергетических процессов, соответствуют вышеприведённому описанию. Даже если они традиционно или ошибочно называются «коэффициент полезного действия», они могут иметь другие свойства, в частности, превышать 100 %.

КПД котлов [ править | править код ]

КПД котлов на органическом топливе традиционно рассчитывается по низшей теплоте сгорания; при этом предполагается, что влага продуктов сгорания покидает котёл в виде перегретого пара. В конденсационных котлах эта влага конденсируется, теплота конденсации полезно используется. При расчёте КПД по низшей теплоте сгорания он в итоге может получиться больше единицы. В данном случае корректнее было бы считать его по высшей теплоте сгорания, учитывающей теплоту конденсации пара; однако при этом показатели такого котла трудно сравнивать с данными о других установках.

Тепловые насосы и холодильные машины [ править | править код ]

Достоинством тепловых насосов как нагревательной техники является возможность получать больше теплоты, чем расходуется энергии на их работу. Холодильная машина может отвести от охлаждаемого конца больше теплоты, чем затрачивается энергии на организацию процесса.

Эффективность машин характеризует холодильный коэффициент [en]

ε X = Q X / A >=Q_ >/A> ,

где Q X >> — тепло, отбираемое от холодного конца (в холодильных машинах холодопроизводительность); A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

Для тепловых насосов используют термин коэффициент трансформации

ε Γ = Q Γ / A =Q_/A> ,

где Q Γ > — тепло конденсации, передаваемое теплоносителю; A — затрачиваемая на этот процесс работа (или электроэнергия).

Читать еще: Высокие обороты двигателя qr20

В идеальной машине Q Γ = Q X + A =Q_ >+A> , отсюда для идеальной машины ε Γ = ε X + 1 =varepsilon _ >+1>

Наилучшими показателями производительности для холодильных машин обладает обратный цикл Карно: в нём холодильный коэффициент

ε = T X T Γ − T X > over -T_ >>>> ,

где T Γ > , T X >> — температуры горячего и холодного концов, K [2] . Данная величина, очевидно, может быть сколь угодно велика; хотя практически к ней трудно приблизиться, холодильный коэффициент может превосходить единицу. Это не противоречит первому началу термодинамики, поскольку, кроме принимаемой в расчёт энергии A (напр., электрической), в тепло Q идёт и энергия, отбираемая от холодного источника.

Методы определения потерь и коэффициента полезного действия электрических машин — ГОСТ 25941-83 — Методы определения потерь и КПД

Содержание материала

3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ И КПД

3.1. Классификация методов определения потерь и КПД
По технике выполнения испытания делятся на три группы:
— измерение мощности, подводимой к машине и отдаваемой ею.
Как правило, оно включает в себя измерение механической мощности на валу машины, подводимой к машине или отдаваемой ею;
— измерение подводимой и отдаваемой мощности двух машин, объединенных механически, например, двух одинаковых машин или испытуемой машины с тарированной машиной. Этим устраняется измерение механической мощности, подводимой к машине или отдаваемой ею;
— измерение действующих потерь в машине при определенном режиме ее работы. Измеряемые потери могут не обязательно быть полными, но содержать определенные отдельные потери; однако метод может быть применен для определения как полных, так и отдельных потерь.
Испытания первой группы проводятся для непосредственного определения КПД; испытания второй группы в зависимости от применяемого метода могут проводиться как для непосредственного, так и для косвенного определения КПД; испытания третьей группы проводятся только для косвенного определения КПД. Они могут быть выполнены:
— с определением отдельных составляющих потерь для их последующего суммирования;
— с определением одновременно всей суммы потерь.
Если нет иных указаний, то косвенное определение КПД обязательно для машин с гарантированным значением КПД 85 % и выше; косвенное определение может быть применено и для машин с гарантированным значением КПД менее 85 %.
3.2. Методы непосредственного определения КПД.
Испытание для определения КПД непосредственными методами должно проводиться при температуре машины, по возможности более близкой к той, которая достигается в конце периода работы, установленного номинальным режимом. Не следует вводить никаких поправок на изменение сопротивления обмоток от нагревания.
3.2.1. Метод измерения механической мощности — метод непосредственного определения КПД, при котором механическая мощность на валу машины, отдаваемая в случае двигателя или подводимая в случае генератора, определяется как произведение измеренного вращающего момента на угловую частоту вращения, а электрическая мощность, подводимая в случае двигателя или отдаваемая в случае генератора, измеряется электроизмерительными приборами. Измерение вращающего момента проводится при помощи динамометра, а в случае испытания двигателя — также тормоза, электромагнитного, механического или гидравлического.
3.2.2. Метод измерения электрической мощности — метод непосредственного определения КПД, при котором две одинаковые машины механически соединяются друг с другом и одна работает в режиме двигателя от соответствующего источника, а другая — в режиме генератора на реостат или на сеть. Полные потери в двух машинах определяются как разность между электрической мощностью, подводимой к первой машине, и электрической мощностью, отдаваемой второй, машиной.
Температура, при которой проводится испытание, должна быть как можно более близкой к рабочей температуре; никакие другие поправки не должны делаться. Потери в обеих машинах покрываются сетью, к которой присоединены обе машины.
Частота вращения синхронных машин и машин постоянного тока устанавливается равной номинальному значению.
Среднее значение токов якоря машин постоянного тока устанавливается равным номинальному току, среднее напряжение на двух якорях должно быть выше или ниже номинального на падение напряжения в цепи якоря в зависимости от того, как предполагается использовать обе машины — соответственно в качестве генератора или двигателя.
Две асинхронные машины должны быть механически соединены устройством, регулирующим частоту вращения, как, например, редуктор, чтобы обеспечить правильную передачу мощности. Передаваемая мощность зависит от разности частот вращения. Для подведения электрической мощности, покрывающей потери в обеих машинах, и намагничивающей реактивной мощности необходимо подключение к электрической системе.
Когда две синхронные машины соединены электрически и механически, то механическое соединение должно быть сделано с правильным соотношением углов нагрузки. Передаваемая мощность зависит от суммы абсолютных значений углов нагрузки обеих машин.

(Измененная редакция, Изм. № 2)

3.2.3. Метод тарированной вспомогательной машины — метод непосредственного определения КПД, при котором испытуемая машина механически соединяется с тарированной машиной, генератором в случае испытания двигателя и двигателем в случае испытания генератора. В случае испытания двигателя КПД определяется как отношение суммы мощности, отдаваемой тарированной машиной, и потерь в ней, к мощности, подводимой к испытуемой машине; в случае испытания генератора КПД определяется как отношение мощности, отдаваемой испытуемой машиной, к разности между мощностью, подводимой к тарированной машине, и потерями в ней.
3.2.4. КПД, %, при непосредственных методах его определения, вычисляют по формуле
, (1)
где Р1 и Р2 — подводимая и отдаваемая мощности, Вт или кВт.
3.3. Методы косвенного определения КПД
3.3.1. Метод взаимной нагрузки — метод косвенного определения КПД, при котором две одинаковые машины соединяются механически и электрически так, что одна из них работает в режиме двигателя и передает всю развиваемую ею механическую мощность второй машине, работающей в режиме генератора и возвращающей всю генерируемую ею электрическую мощность первой машине.
3.3.2. Метод динамометра или тарированного двигателя — метод косвенного определения КПД, при котором испытуемая машина приводится во вращение при помощи динамометра или тарированного двигателя с номинальной частотой вращения и нагружается суммой механических потерь и потерь в стали и добавочных потерь холостого хода или суммой механических потерь и потерь короткого замыкания (только для синхронных машин). При применении динамометра искомые потери определяются произведением вращающего момента на частоту вращения. При применении тарированного двигателя искомые потери определяются как разность между мощностью, подводимой к тарированному двигателю, и потерями в нем. В случае необходимости отделения механических потерь от измеряемой суммы проводится измерение подводимой мощности при невозбужденной испытуемой машине: в случае необходимости отделения потерь на трение щеток этот же опыт повторяется при полностью поднятых щетках. В случае необходимости получения зависимости потерь в стали и добавочных потерь холостого хода от напряжения или потерь короткого замыкания от его тока, такая зависимость определяется при понижении тока возбуждения от наибольшего допустимого значения до нулевого. Для машин, охлаждаемых газом при различном давлении, полные вентиляционные потери могут быть отделены от потерь на трение посредством испытания при различных плотностях охлаждающего газа. Возбуждение испытуемой машины рекомендуется производить от независимого источника, чтобы не осложнять опыт необходимостью учета потерь на возбуждение. Для асинхронных машин этим методом могут быть определены только механические потери.
3.3.3. Метод ненагруженного двигателя — метод косвенного определения КПД, при котором испытуемая машина работает в режиме ненагруженного двигателя при питании от источника соответствующего напряжения (и частоты в случае машины переменного тока). Искомая сумма механических потерь, потерь в стали и добавочных потерь холостого хода определяется как разность между мощностью, подводимой к испытуемой машине, и основными потерями в цепях ее рабочих обмоток при температуре опыта, а также потерь в переходных контактах щеток, если последние входят в рабочую цепь машины. В случае необходимости отделения механических потерь опыт проводится при понижении напряжения источника питания от наибольшего допустимого значения до наименьшего, при котором еще возможно устойчивое вращение испытуемой машины с данной частотой. Экстраполяция нижней прямолинейной части зависимости измеренных таким образом потерь от квадрата приложенного напряжения отсекает на оси ординат механические потери.
Измерение мощности при испытании асинхронных двигателей рекомендуется проводить ваттметрами, предназначенными для измерения при низких значениях коэффициента мощности.
В случае синхронной испытуемой машины возбуждение должно быть от независимого источника. Ток возбуждения надлежит регулировать так, чтобы ток в цепи якоря был минимальным. Если при сильно пониженном напряжении питания наблюдается отклонение определяемой зависимости от прямолинейной, дальнейшая часть этой зависимости во внимание не принимается.
При испытании крупных машин переменного тока с большими моментами инерции вращающейся части допускается заменять измерение подводимой мощности измерением энергии, израсходованной за определенный промежуток времени и измеряемой счетчиками энергии. При этом предпочтительным является определение продолжительности заданного числа оборотов счетчика.
Для машин переменного тока, питаемых от преобразователя, сумма механических потерь, потерь в стали, добавочных потерь холостого хода и дополнительных потерь определяется аналогично вышесказанному. При этом основные потери рассчитываются по току холостого хода, равному среднеквадратическому значению тока при напряжении, первая гармоническая которого равна номинальному напряжению, а R1 — сопротивление постоянному току обмотки статора. Для определения дополнительных потерь холостого хода проводят дополнительно опыт ненагруженного двигателя при питании испытуемой машины от источника синусоидального напряжения. При этом величина синусоидального напряжения должна быть равна первой гармонической напряжения при питании от преобразователя в предыдущем опыте. Дополнительные потери холостого хода определяются как разность между мощностью, подводимой к испытуемой машине при питании от преобразователя, и мощностью, подводимой к машине при питании синусоидальным напряжением. При этом механические потери, потери в стали и добавочные потери холостого хода в обоих случаях принимаются равными по величине.

Читать еще: Шевроле авео двигатель на холостых трясет

(Измененная редакция, Изм. № 2)

3.3.4. Метод самоторможения — метод косвенного определения КПД, при котором испытуемая машина подвергается свободному выбегу и затормаживается потерями в ней или какой-либо нагрузкой, поддающейся достаточно точному измерению. Потери определяются отрицательным ускорением самоторможения в момент прохождения частоты вращения через номинальное значение.
3.3.5. Калориметрический метод — метод косвенного определения КПД, при котором потери в испытуемой машине определяются по количеству тепла, выделяемого ими в объеме машины. Потери вычисляются как произведение расхода охлаждающей среды на ее теплоемкость и на превышение ее температуры с учетом тепла, рассеиваемого в окружающую среду, или измеряются тарированием.
Примечание к пп. 3.3.4 и 3.3.5. Метод самоторможения и калориметрический метод, как более сложные и имеющие ограниченную область применения, рассматриваются ниже более подробно.

3.3.6. КПД, %, при косвенных методах его определения вычисляют по формулам:
— для генераторов
, (2)
— для двигателей
, (3)
где Р1 — подводимая мощность (с учетом потерь на возбуждение для электродвигателей с независимым возбуждением), кВт;
Р2 — отдаваемая мощность, кВт;
SР — сумма потерь в машине при данной нагрузке, кВт.
При определении потерь методом взаимной нагрузки сумма потерь определяется по формуле
. (4)