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柴油发电机功率测量器具的工作原理 |
有效功率是表明标志柴油发电机性能的主要指标，可通过在测定有效扭矩及输出轴的转速后得出有效功率。其功率试验通常采用测功器来测量，一般由制动器、测力机构及测速装置等部分组成。测功器按制动器工作原理的不同来分类，分为水力测功器、电涡流测功器、机械测功器和空气动力测功器等。
一、测功机工作原理
工作时，通过控制器提供激磁电流给磁滞测功机，磁滞测功机内部线圈通电时则产生磁力线，通过定子齿极、气隙、转子磁滞杯，形成一闭合磁路，由于磁力线在齿凸极部分分布较密，齿间分布较稀，当转子旋转时，磁滞杯上感应电势并产生涡流，涡流和磁场相互作用而产生转矩，该转矩即为负载力矩。该力矩的大小只与控制器加在测功机线圈上的电流大小有关，而与被试电机拖动测功机旋转的速度基本无关。
测功机的主要区别也是原理的不一样，具体的性能上也有差异。举个例子说，像磁滞测功机主要应用于微小功率高转速的电机加载测试，如一些微小电机；而磁粉测功机适用于低速大扭矩，中小功率的加载测试，如小型电机或者减速机的加载；电涡流测功机则适用于中高转速，功率范围适用更大一些的加载测试，如电机、减速机、发动机等，所用于发动机试验。
水力、电涡流测功机的基本原理是将柴油机产生的机械能转化为热能由水冷却后把热量带走，柴油机发出的能量不能回收，转换过程中亦需耗费能量。而电力测功机却可以把柴油机产生的机械能转换为电能回馈到内部电网，供其他设备使用。
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二、测功器的分类
1、水力测功器
水力测功机机体部分的功能是吸收驱动机的有效转矩，其结构如图1所示，主要由转子、定子、轴、外壳等组成。定子直接与外壳铸造为一体，接受转子产生的反作用力矩产生摆动，转子轴端采用联轴器与被测传动设备相连接。根据转子结构形式的不同，水力测功机主要有叶轮式、孔盘式和光盘式。其中叶轮式的测功机比功率（功率与重力之比）最大，同等功率等级，该形式的测功机尺寸更小，转子惯量也小，控制系统响应速度快，适用于涡轴发动机测试中的加减速试验。由于其结构特点，水流在壳体内部叶轮之间产生强烈的湍流现象，在将测功机的输入能量转换为水的内能过程中，由于水温的升高和局部压力的降低容易出现气蚀现象。气蚀会产生高频噪声和压力脉动，进而引起高速水力测功机运行不稳定，直接导致运行寿命明显缩短。
（1）孔盘式测功机
与叶轮式测功机相比，孔盘式测功机比功率较小，尺寸质量相对较大，其耗功原理与叶轮式类似，但气蚀风险大大降低。孔盘式测功机转子结构如图3所示。
（2）光盘式测功机
与叶轮式和孔盘式测功机相比，光盘式测功机是通过黏性剪切而非湍流作用吸收动力，使其在抗气蚀能力方面具有更大的优势，寿命相对较长。由于光盘式吸收功率的原理，使其比功率较小，同等功率等级的测功机，光盘式尺寸更大，转动惯量大，对外界的控制敏感度相对较低，控制响应较慢。
（3）叶轮式测功机
叶轮式测功机通常为单向旋转，对于存在双向测试需求的情况，可选用轴两端均可连接被测设备的测功机，通过调转测功机位置[3]，实现不同旋向的试验需要；也可通过额外配置转盘的方式实现双向旋转。孔盘式和光盘式测功机可用于双向测功，不需掉转方向，也无须配置额外的转盘。
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水力测功机结构示意图 |
2、电涡流测功器
电涡流测功器由电涡流制动器和测力机构组成。
（1）电涡流制动器由转子部分、摆动部分和固定部分组成。转子部分是以转子轴带动转子盘转动。摆动部分有涡流环、励磁线圈和外环。固定部分有底座和支架。
（2）当励磁线圈中通入直流电时，产生磁场，磁力线通过转子盘、涡流环、摆动体外环和它们之间的空气隙而闭合。转子盘外圆上有均布的齿槽相间，转子盘外圆上的空气隙宽窄间隔均布。因此，转子盘外缘产生疏密相间的磁力线。当转子盘转动时，疏密相间的磁力线与转子盘同步旋转。对于涡流环内表面上的任一固定点，穿过它的磁力线发生周期性变化，就产生了电涡流。
（3）电涡流在励磁磁场作用下，受力方向与转动方向相同，使摆动体向转子转动方向偏转，摆动体对转子产生制动扭矩。此制动扭矩由摆动体通过测力臂架作用在扭矩传感器上，将扭矩值信号输出。
（4）转速信号是由装在电涡流制动器转轴上的测速齿盘产生脉冲信号，一般有60个齿，与之对应安装的转速传感器接收脉冲信号，输出转速信号。
（5）柴油发电机输出的功率，可由测得的扭矩、转速，经测控系统“计算”后，由显示系统标出。
（6）涡流环和转子盘都采用高磁导率，高电导率的纯铁制造，转子尺寸和质量比相同功率容量的直流电机要小得多，其结构简单，可在高转速下运行。
（7）电涡流测功器的工作特性，在低转速范围内，制动力矩随励磁电流和转速的增加而迅速增大。当I值一定时，在达到一定转速后，扭矩几乎不再增加；当转速不变时，扭矩随i值增加而增大，在i值增大到励磁线路的磁通饱和时，扭矩则不再增加。
（8）测功器控制系统
在进行柴油发电机试验时，柴油发电机扭矩曲线随转速上升至某一转速区间，单纯增减励磁电流i来保持转速一定进行试验是很困难的。因此，电涡流测功器，除了用手动调整励磁电流的控制方式外，多附加自动控制装置，使励磁电流随转速自动变化。
电涡流测功器所消耗的励磁功率很小，只需变动几个安培励磁电流就能自由控制吸收的扭矩，这样，便能方便地实现控制自动化，有利于实现按预定规范试验和耐久性试验时无人操纵运转。
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电涡流测功器结构示意图 |
三、测功机主要特点
1、节能（像水力、电涡流测功机）
2、紧急保护特性
测功机本身具有过流，断相等保护功能，配合控制系统的超速保护功能，有效的避免了因柴油机故障而引起的测功机损坏和柴油机故障的扩大。
电涡流测功机可以双向加载，但在低速时加载性能比水力测功机还差，不能作为反拖设备，在需要做发动机机械效率试验时需要另外配置拖动设备。
3、瞬态加载特性
像水力测功机的加载反应时间基本上在秒级，电力测功机的加载反应主时间为ms级，这主要取决与变频器的阶跃响应和系统的惯性
4、加载方式
像水力测功机只能在一个方向加载，同时转速低于一定值时加载性能变差；不能作为反拖设备，在需要做发动机机械效率试验时需要另外配置拖动设备。
5、可靠性
普莱德测功机的负载电机、转矩转速传感器、变频器均经国家权威部门严格检测，完全符合相关的行业标准。
6、反拖特性
水力测功机和电涡流测功机本身只消耗柴油机能量，不能提供驱动动力，因此不能作为反拖设备。电力测功机可以方便的转换成电机拖动模式，从电网吸收能量，作为动力机械倒拖柴油机。
7、可维护性
由于采用了完全符合行业标准/国家标准的配套件，用户在维护时不必依赖制造商，完全可以自行进行日常的维护保养，甚至在需要更换主机和传感器时亦可独立完成，降低维护保养费用。
8、基建费用低
交流测功机本身带有风机冷却，无需水冷装置（包括水池和循环管道），节省基建费。
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