 |
Временной график изучения дисциплины
|
|
|
|
| № п/п | Наименование раздела | Продолжит. изучения (из расчета 4 часа в день) |
| Введение | 0,5 | |
| Раздел 1. Общие вопросы испытания электри- ческих машин | ||
| Раздел 2. Методы измерения потерь и КПД | ||
| Раздел 3. Методы измерения электромеханиче- ских и неэлектрических величин | ||
| Раздел 4. Измерение шума и вибрации | ||
| Раздел 5. Контроль и подавление радиопомех | ||
| Раздел 6. Общие вопросы автоматизации испы- таний электрических машин | ||
| Заключение | 0,5 | |
| Итого В том числе контрольная работа | 20 дней 2 дня |
Практический блок
2.5.1. Лабораторный практикум
| Номер и название раздела (темы) | Наименование лабораторной работы | Кол-во часов | |
| Ауд. | ДОТ | ||
| Раздел 2. Методы измере- ния потерь и КПД | №1. Определение эксплуатаци- онных показателей силового трансформатора | ||
| Раздел 3. Методы измере- ния электромеханических и неэлектрических вели- чин | № 2. Определение допустимого разброса значений номинальных параметров трехфазного асин- хронного двигателя с коротко- замкнутым ротором |
Балльно-рейтинговая система оценки знаний
Для успешного овладения дисциплиной при изучении теоретического материала рабочим учебным планом предусмотрено выполнение двух лабораторных работ и одной контрольной работы (для студентов очно-заочной и заочной форм обучения).
Базисные рейтинг-баллы равны 100, в том числе:
· 60 баллов – теоретический материал (по результатам тестирования);
· 20 баллов – лабораторные занятия;
· 20 баллов – контрольная работа (для очно-заочной и заочной форм обучения).
|
|
|
Оценка теоретических знаний производится по результатам контрольного мероприятия, которым является тестирование. Тестирование проводится по всем шести разделам изучаемой дисциплины. Тест по каждому разделу содержит 5 вопросов, каждый правильный ответ оценивается в 2 балла. Таким образом, максимальное количество баллов за тестирование составляет 5∙2∙6 = 60. Повторное тестирование в случае необходимости проводится по новому варианту тестов.
За успешное выполнение каждой лабораторной работы начисляется 5 баллов, всего за лабораторный практикум можно получить 5∙2 = 10 баллов.
Зачет по материалам лабораторных работ оценивается в 10 баллов.
Контрольная работа содержит одну задачу комплексного характера. За ее правильное выполнение начисляется 20 баллов.
Таким образом, максимальное количество баллов составляет
5∙2∙6 +2∙5+10 + 20 = 100
При наборе 54 и более баллов студент допускается к сдаче экзамена. Если же количество набранных баллов составляет 75 и более, то студент на экзамене получает возможность отвечать только на один вопрос вместо двух.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ ДИСЦИПЛИНЫ
Библиографический список
Основной:
1.Вольдек, А. И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: учебник для вузов/ А. И. Вольдек, В. В. Попов.– СПб.: Питер, 2008.– 319 с.
2. Вольдек, А. И. Электрические машины. Машины переменного тока: учебник для вузов / А. И. Вольдек, В. В. Попов. – СПб.: Питер, 2010. – 349 с.
Дополнительный:
3. Гольдберг,О.Д. Испытания электрических машин / О.Д. Гольдберг. – М.: Высш. шк., 1990. – 255 с.
4. Коварский, Е.М. Испытания электрических машин / Е.М. Коварский, Ю.И. Янко. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 327 с.
5. Котеленец, Н.Ф Испытания и надежность электрических машин / Н.Ф. Котеленец, Н.Л. Кузнецов. – М.: Высш. шк., 1988. – 232 с.
6. Кузьмичев, Д.А. Автоматизация экспериментальных исследований / Д.А. Кузьмичев, И.А. Радкевич, А.Д. Смирнов. – М.: Наука, 1983. – 212 с.
|
|
|
7. Кенио, Т. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами / Т. Кенио, С. Нагамори.– М.: Энергоатомиздат, 1989. – 181 с.
Опорный конспект
ВВЕДЕНИЕ
Процесс создания электрической машины состоит из двух этапов: проектирования и изготовления (производства). Проведение испытаний необходимо на любом из этих этапов.
На стадии проектирования проводятся испытания макетных и опытных образцов для проверки соответствия выходных показателей и характеристик требованиям технического задания. Кроме того, в процессе доводки опытных образцов или подготовки к проектированию новой машины или новой серии часто возникает необходимость в проведении исследовательских испытаний с целью уточнения математических моделей.
На стадии изготовления испытания отдельных узлов электрической машины проводятся после завершения соответствующих технологических операций. После сборки машины испытания проводятся с целью проверки соответствия ее выходных показателей требованиям технических условий (ТУ) или соответствующих ГОСТов.
При эксплуатации, помимо систематического контроля параметров, электрические машины подлежат текущему или капитальному ремонтам, после чего машина также должна быть испытана.
В любом из перечисленных случаев испытания проводятся в соответствии с определенной программой, которая должна быть составлена таким образом, чтобы можно было оценить все показатели и характеристики электрической машины, установленные техническими условиями или стандартами.
Очевидно, что точность (объективность) результатов испытаний в значительной степени зависит от методики испытаний. Практика показывает, что разные методы однотипных испытаний дают различные по точности результаты. Поэтому уже в первые государственные стандарты на электрические машины, кроме раздела “Технические требования”, был введен обязательный раздел “Методы испытаний”.
Раздел 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИСПЫТАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
1.1. Виды испытаний
1.1.1. Качество и показатели качества. Стандартизация методов испытаний
Качество электрической машины это – совокупность ее свойств, позволяющая удовлетворять определенные требования при использовании электрической машины по назначению. Поэтому показатели качества электрической машины представляют собой количественную характеристику ее свойств.
|
|
|
Показатели качества можно разделить на группы: по назначению, надежности, технологичности, стандартизации и унификации, транспортабельности, безопасности эксплуатации, а также – по эстетическим, патентно-правовым и экологическим признакам.
Из перечисленных групп в связи с необходимостью проведения испытаний наиболее значимыми являются такие показатели качества как назначения и надежности.
Показатели назначения определяют технические возможности электрической машины, а также – эффективность ее эксплуатации. В эту группу входят такие показатели, как мощность, скорость вращения, КПД, коэффициент мощности и т.п.
Показатели надежности характеризуют способность электрической машины сохранять в течение определенного времени значения всех параметров в установленных пределах, определяющих ее способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
Технические требования к показателям качества сформулированы в соответствующих стандартах. К ним относятся например такие, как надежность, уровень нагрева, энергетические показатели (КПД и коэффициент мощности), эксплуатационные показатели (максимальный и начальный пусковой моменты, начальный пусковой ток, скорость нарастания напряжения возбуждения и другие), требования к электрической прочности изоляции обмоток, механической прочности вращающихся частей, работе щеточного узла, способности выдерживать кратковременные перегрузки, способности длительной или кратковременной работы в аномальных условиях, уровням шума и вибрации, а также – создаваемых индустриальных радиопомех.
По всем перечисленным, а также по ряду других требований к качеству электрической машины, в стандартах установлены количественные требования, а в ряде случаев – и допуски на них.
|
|
|
При испытаниях проверяется соответствие измеренных и расчетных показателей качества требованиям стандартов. В связи с важностью объективного определения показателей качества в настоящее время действует 25 государственных стандартов (ГОСТов) только на методы испытаний электрических машин.
При этом существуют стандарты, являющиеся общими для всех видов электрических машин, например: ГОСТ 11828-86 регламентирует отдельные общие методы испытаний, ГОСТ 25000-81 устанавливает методы испытаний на нагревание, ГОСТ 25941-83 определяет методы определения потерь и КПД, ГОСТ 11929-87 устанавливает методы определения уровня шума, ГОСТ 12379-75 определяет методы оценки уровня вибрации и т.п.
Кроме перечисленных стандартов, распространяющихся на все виды электрических машин, разработаны стандарты на методы испытаний отдельных видов электрических машин, имеющих наибольшее распространение:
–ГОСТ 7217-79 устанавливает методы испытаний трехфазных асинхронных двигателей;
– ГОСТ 34784-77 определяет методы испытаний силовых трансформаторов;
– ГОСТ 10159-79 относится к методам испытаний электрических машин постоянного тока;
– ГОСТ 10169-77 регламентирует методы испытаний трехфазных синхронных машин.
Ряд испытаний электрических машин проводится только на предприятиях электротехнической промышленности, например испытания на надежность. В этих случаях в целях стандартизации методов испытаний разрабатываются так называемые отраслевые стандарты (ОСТы). Одним из таких стандартов является ОСТ 16-0.801.373-86 “Машины электрические вращающиеся средние свыше 56 до 355 габарита включительно. Двигатели асинхронные. Надежность. Методы ускоренных испытаний”.
1.1.2.Промышленные и исследовательские испытания
Их задачи и особенности
На сегодняшний день все существующие виды испытаний в соответствии с их целями условно разделяются на промышленные и исследовательские. В ходе первых подтверждаются (или нет) заложенные при проектировании качество и характеристики. Исследовательские же испытания позволяют уточнить физические процессы, происходящие в машине, и соответствующие им физические и математические модели.
В целях обеспечения процессов проектирования и производства электрических машин стандартами установлены следующие виды испытаний.
Приемосдаточные (контрольные) испытания (ПСИ), проводящиеся отделами технического контроля (ОТК) по каждой выпускаемой электрической машине для проверки соответствия ее по основным показателям требованиям ТУ, ГОСТ, ОСТ и т.п.
|
|
|
Периодические испытания, проводящиеся периодически (раз в 2 – 3 года) ОТК или лабораториями на определенной части электрических машин для проверки соответствия их требованиям ТУ, ГОСТ, ОСТ и т.п.
Типовые испытания, которые проводят только при изменениях конструкции, материалов или технологии, могущих повлиять на характеристики машины.
Приемочные испытания, которые проводят на опытном (опытных) образце (образцах) перед запуском в серийное производство.
Указанные виды испытаний предусмотрены ГОСТ 183-74 и относятся к промышленным.
Конструкторские испытания опытных или головных образцов новых типов электрических машин, проводящиеся лабораториями с целью определения соответствия образцов расчетным и конструктивным данным и выявления резервов конструкции.
Испытания на надежность предполагают получение надежностных характеристик электрической машины таких как вероятность безотказной работы, наработка на отказ, закон распределения отказов и т.п. Как правило, это весьма длительные испытания, которые проводятся до отказа большей части испытуемых машин. Это обстоятельство делает испытания на надежность дорогостоящими и им подвергается лишь малая часть выпускаемых машин.
Специальные (исследовательские) испытания, целью которых является выяснение физической природы и закономерностей различных процессов в электрической машине, например – потерь, нагрева, коммутации, вибро- и шумообразования и т.п.
Необходимо особо отметить тесную взаимосвязь указанных видов испытаний, поскольку исследование влияния на качество электрической машины ряда конструктивных и технологических факторов можно провести только путем соответствующей статистической обработки материалов промышленных испытаний большого количества изделий.
1.2. Методика проведения испытаний
1.2.1. Задачи методики и требования к ней
Методика испытаний призвана обеспечить необходимую и достаточную точность определения искомой величины.
Точность методики промышленных испытаний должна давать возможность уверенного определения отклонения значений контролируемых величин не хуже чем (1/5…1/10) допуска установленного на них. Так например, если допуск на сопротивление обмотки составляет 5 %, то точность измерения сопротивления должна быть не хуже 1 %.
Для исследовательских испытаний требуемая точность зависит от конкретных задач. В любом случае она определяется минимальным изменением исследуемого параметра, которое должно быть измерено.
Если искомая величина является функцией нескольких переменных, например Y = f (x 1, x 2, x 3), то в методике должно быть предусмотрено раздельное определение их влияния на эту функцию: все параметры должны быть контролируемыми и регулируемыми. Проводится серия опытов при изменении поочередно в заданных пределах одного из параметров и постоянстве остальных. Полученное в результате семейство кривых определяет Y для всех x.
В числе факторов, влияющих на исследуемый параметр, могут оказаться также и случайные (помехи), например связанные с условиями испытаний и вызывающие обусловленную ими погрешность. Методика должна предусматривать возможность сведения этой погрешности к минимальной одним из следующих способов.
Первый способ заключается в поддержании, если это возможно, влияния побочных факторов на неизменном уровне. Если это условие невыполнимо, то в изучении, например путем моделирования, влияния этих факторов на исследуемую величину, контроле их уровня и внесения соответствующих корректив в результаты измерения.
Примером второго способа уменьшения подобной погрешности является контроль температуры при измерении сопротивления обмоток в практически холодном состоянии и приведение его значений к единой стандартной температуре.
Наиболее сложным является планирование массовых испытаний в тех случаях, когда исследуемые параметры сами являются случайными величинами, например – результатом не поддающихся прямому контролю технологических факторов или воздействующих в процессе испытания побочных факторов, которые также носят случайный характер.
В этом случае при проведении испытаний может быть использована так называемая теория планирования эксперимента, являющаяся разделом теории математической статистики. Планирование эксперимента это – процедура определения числа опытов и условий их проведения, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью. “Эксперимент” и “опыт” здесь надо понимать в широком смысле как математическое исследование закономерностей изменения выходных параметров при заданном изменении воздействующих факторов.
Во всех случаях выбора методики должен быть проведен тщательный анализ предельных погрешностей, формирующих общую погрешность.
1.2.2. Точность методики
Точность методики характеризуется наибольшей относительной погрешностью – погрешностью метода (ПМ).
Под погрешностью метода понимается погрешность в определении искомой величины, которая состоит из погрешности, связанной со способом ее выявления (ПВ), и погрешности, которую дает применяемая измерительная система (ПИ), состоящая из датчика, измерительного тракта и измерительного прибора.
Погрешность способа выявления (ПВ) определяется влиянием на датчик измерительной системы посторонних воздействий, что связано с выбором режима испытаний, способом измерения и вычисления искомой величины (прямое или косвенное).
Важно подчеркнуть, что простое суммирование погрешностей дает необоснованно завышенную погрешность. Наиболее вероятное значение погрешности метода определяется уравнением
1.2.3. Требования к измерительному оборудованию
При испытаниях электрических машин возникает необходимость в измерении электрических и неэлектрических величин. Требования к измерительным приборам и способам измерения определяются ГОСТ 11828-86 “Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний”.
Для измерения электрических величин (напряжения, силы тока, мощности, сопротивления и т.п.) при частотах до 400 Гц включительно должны применяться электроизмерительные приборы класса точности не ниже 0,5, а для измерения сопротивления изоляции обмоток – класса точности не ниже 2,5. При частотах свыше 400 Гц класс точности измерительных приборов должен быть не ниже 2,5.
Необходимая точность измерений достигается при условии, что приборы, коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов тока и напряжения выбираются таким образом, чтобы измеряемые значения параметров электрических машин находились в пределах (30…95)% шкалы приборов.
При определении мощности трехфазных машин способом двух ваттметров измеряемые токи и напряжения должны быть не ниже 30 % от номинальных токов и напряжений применяемых приборов.
Если при испытаниях измерения производятся более чем одним прибором, то отсчеты по всем приборам для каждого измерения рекомендуется производить одновременно.
При проведении приемосдаточных испытаний машин массового выпуска стремятся максимально механизировать и автоматизировать процесс испытаний, используя автоматические схемы измерений. В этих случаях допускается применение отдельных электроизмерительных приборов с классом точности не ниже 1,5 при условии, что максимальная ошибка измерения не превысит 8 % от значения допускаемого отклонения на контролируемый параметр. Для измерения частоты до 60 Гц в этих случаях допускается применение частотомеров класса точности не ниже 2,0, а для измерения более высоких частот – класса точности 2,5.
Вопросы для самопроверки
1. Назовите причину, по которой возникла необходимость в стандартизации методов испытания электрических машин.
2. Что понимается под качеством электрической машины?
3. Перечислите основные группы показателей качества электрических машин.
4. Какие группы показателей качества электрических машин требуют проведения испытаний?
5. Назовите основные параметры, входящие в группу показателей назначения.
6. Дайте общую характеристику показателей надежности.
7. Какова цель проведения промышленных испытаний?
8. Назовите задачи исследовательских испытаний.
9. В чем заключается главная задача методики испытаний?
10. Назовите основное требование к точности промышленных испытаний.
11. Чем характеризуется точность методики проведения испытаний?
12. Какой класс точности должны иметь измерительные приборы при проведении промышленных испытаний?
Раздел 2. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ И КПД
2.1. Потери в электрических машинах
2.1.1. Характеристики электрических машин
Под характеристикой электрической машины понимается функциональная зависимость между величинами, определяющими ее свойства, как правило представляемая в наглядной графической форме.
Существует большое число различных характеристик. Наибольший интерес представляют характеристики, определяющие эксплуатационные свойства электрических машин – эксплуатационные характеристики. Эти характеристики могут быть определены непосредственно из опыта или получены аналитически, например на основании схем замещения. Основные их виды представлены в табл.1.
Таблица 1
| Режим работы | Название характеристики | Функциональная зависимость |
| Генераторный | Внешние Регулировочные Нагрузочные | U = f (I) I в = f (I) U = f (I в) |
| Двигательный | Механическая* Электромеханические* U – образные (для СД)* | n = f (M) I, cos φ = f (M) I = f (I в) |
| Генераторный и двигательный | Энергетическая* КПД* | P 1= f (P 2) η = f (P 2) |
Примечания:
1. При установлении функциональной связи между двумя параметрами остальные параметры должны оставаться постоянными.
2. Характеристики, отмеченные (*) в соответствии с ГОСТ 17154-71, входят в состав рабочих характеристик.
Перечисленные выше характеристики относятся к установившимся режимам работы.
К числу основных характеристик неустановившихся режимов работы двигателей относятся пусковые характеристики: M = f(t), n = f (t) и I = f (t).
Неустановившиеся режимы работы генераторов характеризуются изменением напряжения во времени U = f (t) при внезапном нагружении или отключении нагрузки и зависимостью тока от времени при внезапном коротком замыкании I к = f (t). Наряду с этим важным эксплуатационным показателем генераторов является качество энергии, характеризуемое в первую очередь, стабильностью по частоте, форме и амплитуде кривой напряжения (для генераторов переменного тока), а также – значением пульсационных составляющих напряжения (для генераторов постоянного тока).
2.1.2. Методы нагружения электрических машин
С целью уменьшения расхода электроэнергии во всех случаях, где это целесообразно, а для крупных машин – всегда, при испытаниях должна применяться система возврата энергии, прошедшей через испытуемую машину, в сеть. Различают системы возврата энергии и взаимной нагрузки.
В первом случае нагрузка испытуемой машины (или ее привод) могут реализовываться с помощью электрической машины другого типа или даже другого рода тока. При этом места потребления и возврата энергии отделены друг от друга относительно длинной энергетической цепочкой, в которой имеют место потери.
В случае взаимной нагрузки для испытания используются две близкие по мощности, а еще лучше – одинаковые электрические машины, из которых одна работает двигателем, а другая – генератором. Точки отбора и возврата энергии при этом совпадают, и из сети потребляется лишь мощность равная потерям в этих двух машинах.
2.1.3. Общая характеристика потерь
В электрических машинах можно выделить следующие составляющие потерь: механические (р мх), магнитные или потери в стали (р ст), электрические в основных обмотках (р м), электрические потери на возбуждение (р в), электрические потери в щеточных контактах (р щ), добавочные потери при нагрузке (р д).
Определение перечисленных составляющих известно из курса “Электрические машины”. Однако для нахождения потерь при испытаниях необходима конкретизация в их определении.
Механические потери обусловлены трением всех видов во вращающихся машинах, в частности: в подшипниках, подпятниках и уплотнениях вала, щеток о коллектор и контактные кольца, вращающейся части машины о среду заполняющую полость машины, в каналах вращающейся части обусловленных работой вентилятора, водяных и масляных насосов и иных механизмов, связанных с валом машины и предназначенных для ее обслуживания. Как следует из сказанного, точное аналитическое их определение практически исключено.
Магнитные потери (потери в стали) обусловлены гистерезисом и потерями от вихревых токов при перемагничивании сердечника якоря, а также – вихревыми токами на поверхностях сердечников от различного рода пульсаций магнитного поля и вихревыми токами от потоков рассеяния во всех прочих частях машины (активных и конструктивных). За исключением первой группы перечисленных потерь в стали, все остальные относятся к категории так называемых добавочных потерь в стали. Их точная оценка очень сложна, а порой просто невозможна.
Электрические потери в основных обмотках определяются как I 2∙ R, где R – суммарное сопротивление обмотки якоря и других обмоток, соединенных последовательно с обмоткой якоря, I – ток в цепи обмотки якоря. Сопротивление обмоток измеряется на постоянном токе и пересчетом приводится к расчетной рабочей температуре, которая составляет: 750 С для классов изоляции А,Е,В и 1150 С для классов изоляции F и Н.
В случаях, когда измерение сопротивления практически невозможно из-за малого его значения, допустимо вычисление сопротивления по геометрическим размерам соответствующих обмоток. Если же невозможность измерения обусловлена недоступностью (например, обмотки к.з. роторов асинхронных двигателей), применяются косвенные методы определения потерь в таких обмотках. Например, электрические потери в обмотке ротора асинхронного двигателя определяются как
,
где 
.
Потери на возбуждение определяются как I 2в∙ R в, где R в– сопротивление цепи обмотки возбуждения и создаются током возбуждения I в как в самой обмотке возбуждения, так и в постоянно соединенных с ней сопротивлениях, служащих для ограничения или регулирования тока возбуждения. Если же обмотка возбуждения питается непосредственно от напряжения на выводах возбуждаемой машины, то потери на возбуждение вычисляются как произведение этого напряжения на ток возбуждения.
Электрические потери в щетках выделяются в переходных контактах щеток на коллекторе или контактных кольцах и равны произведению тока на падение напряжения в переходном контакте (Δ U), условно принимаемом не- зависящем ни от тока ни от полярности контакта и равным (на один контакт): для угольных и графитных щеток 1В, для металлоугольных и металлографитных 0,3 В.
Добавочные потери при нагрузке связаны в основном с вихревыми токами в активных и конструктивных частях машины от полей рассеяния, создаваемых током нагрузки. Оценить точно эти потери достаточно сложно, а порой невозможно. Поэтому для всех машин эти потери в соответствии с ГОСТом оцениваются приближенно в процентах от номинальной электрической мощности – отдаваемой для генераторов и подводимой для двигателей. Они составляют: в машинах постоянного тока некомпенсированных 1 %, в компенсированных, синхронных и асинхронных − 0,5 %. При нагрузках, отличных от номинальной, добавочные потери устанавливают пропорционально квадрату тока в рабочих обмотках.
2.2. Измерение КПД
2.2.1. Физическое обоснование методов экспериментального определения КПД
Под коэффициентом полезного действия (КПД) любой машины понимается отношение полезной (отдаваемой) мощности (Р 2) к затрачиваемой (подводимой) активной мощности (Р 1) обычно выражаемое в процентах
%.
В случае генератора полезной мощностью является отдаваемая им электрическая мощность, которая легко поддается непосредственному измерению, а затрачиваемой мощностью – подводимая к нему механическая мощность, определение которой сопряжено со значительной погрешностью.
В случае двигателя полезной мощностью является трудно измеряемая механическая мощность, а затрачиваемой – подводимая электрическая мощность.
При любом направлении преобразования энергии неизбежны различного рода потери. Если обозначить общую величину потерь через Σ р, то полезная мощность будет равна
Р 2= Р 1─ Σ р
или же затрачиваемая мощность запишется как
Р 1= Р 2 + Σ р.
В таком случае можно получить следующие удобные для экспериментального определения уравнения для КПД:
– для двигателя 
(*)
– для генератора 
. (**)
В соответствии с уравнениями для КПД ГОСТ 25941-83 оговаривает два вида методов его определения:
1. Методы непосредственного определения, когда производится измерение как отдаваемой, так и подводимой мощностей.
2. Методы косвенного определения, когда измерению подвергается либо какая-нибудь из мощностей и потери (в сумме или порознь), либо только потери, а измерение мощностей вообще не производится.
Второй вид методов в принципе отличается большей точностью, чем первый, при котором КПД рассматривается как отношение двух более или менее близких друг к другу величин, одна из которых является к тому же механической мощностью “плохо” поддающейся измерению.
Поэтому методы непосредственного определения КПД могут применяться только в тех случаях, когда КПД настолько низок, что возможные ошибки измерения в особенности механической мощности перестают играть существенную роль.
Кроме того, найденное таким образом значение КПД зависит от состояния, в котором находилась машина в момент его определения, в частности, от температуры обмоток. Поэтому для одной и той же машины различные опыты могут дать различное значение КПД.
По указанным причинам стандарт предписывает применение методов первого вида для машин с гарантированным значением КПД не выше 50 %.
Как отмечалось выше потери, возникающие в электрической машине, зависят не только от режима ее работы, но в известной степени и от температуры ее частей.
Для возможности сравнения различных машин друг с другом при определении КПД косвенными методами принято относить КПД к некоторой условной температуре, называемой расчетной рабочей температурой.
Каким бы методом не производилось измерение КПД, машина при этом должна быть во вполне собранном и совершенно исправном состоянии.
От КПД определенного одним из указанных методов в качестве главного экономического показателя машин для номинальной нагрузки или некоторой ее части и являющегося, как было указано, величиной условной, следует отличать действительный КПД при произвольной нагрузке и фактической температуре частей машины в момент его определения.
2.2.2. Методы непосредственного определения потерь и КПД
Для непосредственного определения потерь и КПД используются следующие методы.
Метод измерения механической мощности. Механическая мощность на валу машины определяется как произведение измеренного вращающего момента на угловую скорость вращения. Эта мощность в случае двигателя является отдаваемой, а в случае генератора – подводимой. Вращающий момент и скорость вращения определяются одним из описанных ниже методов.
Метод измерения электрической мощности. Он применяется при определении потерь и КПД агрегата, состоящего как минимум из двух механически соединенных машин (двигатель – генератор). С помощью электроизмерительных приборов находят подводимую и отдаваемую электрические мощности. Их разность определяет полные потери в машинах.
Его частный случай, называемый методом двигатель – генератора (метод Г – Д), состоит в том, что две одинаковые машины сопрягаются на одном валу и одна из них работает двигателем, а другая – генератором.
Электрическая мощность, подводимая к двигателю и электрическая же мощность, отдаваемая генератором, измеряются электроизмерительными приборами. Тогда имеем:
– для КПД двигателя
;
– для КПД генератора
.
Общий КПД, очевидно, равен их произведению
.
В предположении, что КПД обеих машин примерно одинаковы, можно получить его значение в виде
.
Метод принципиально пригоден для машин всех видов, но практически наиболее удобен для машин постоянного тока.
Метод тарированной вспомогательной машины. Испытуемая машина соединяется с тарированной машиной. В зависимости от того двигателем или генератором является испытуемая машина, тарированная машина должна быть соответственно генератором или двигателем.
Тарирование вспомогательной машины, т.е. определение подводимой и отдаваемой ее мощностей, производится (для повышения точности) методом отдельных потерь.
При испытании двигателя его КПД находят как отношение мощности отдаваемой тарированной машиной и потерь в ней к мощности подводимой к испытуемой машине.
При испытании генератора его КПД определяется как отношение мощности отдаваемой испытуемой машиной к разности между мощностью подводимой к тарированной машине и потерями в ней.
2.2.3. Методы косвенного определения потерь и КПД
Косвенные методы определения потерь и КПД, называемые также методами отдельных потерь, основаны на том, что расчетным или опытным путем находят отдельно каждый вид потерь, суммируют их, а КПД определяют по уравнениям (*) или (**).
Используются следующие методы косвенного определения потерь и КПД.
Метод взаимной нагрузки. Данный метод состоит в том, что две одинаковые машины сопрягаются на одном валу и работают друг на друга, одна в режиме двигателя, другая – в режиме генератора.
Тогда сумма потерь в одной машине может быть найдена как
.
Метод пригоден главным образом для машин постоянного тока. В принципе он может быть использован и для синхронных машин, однако осуществление его в этом случае настолько сложно, что практически не применяется.
Метод отдельных потерь. Этот метод является наиболее точным из всех рассмотренных и пригоден для электрических машин всех видов.
Каждый вид потерь определяется отдельно способами специфическими для конкретного вида машины.
При этом, как правило, потери в стали и механические определяются из опыта холостого хода, основные потери в цепях рабочих обмоток вычисляются по измеренным значениям сопротивлений обмоток и токам заданным или определенным из опытов нагрузки и т.п.
С точки зрения вычислительной практики наиболее удобным и точным является вычисление КПД по уравнениям вида (*) и (**).
Преимущество косвенных методов определения КПД, особенно метода отдельных потерь, перед другими методами состоит в том, что вероятная относительная ошибка в измерении мощности имеет примерно одинаковый порядок как при непосредственном измерении отдаваемой и подводимой мощностей, так и при измерении отдельных потерь. Но поскольку отдельный вид потерь составляет лишь малую долю отдаваемой или подводимой мощности, то относительная ошибка при определении КПД косвенными методами может быть оценена по крайней мере во столько раз м
|
|
|
