惯量测功机技术原理

电机机械方程：

Te=Tload J*dω/dt Kn

上式中：Te为电机瞬态电磁转矩，Tload为电机负载，J为电机自身转动惯量，ω为电机机械角速度，dω/dt为电机机械角加速度，J*dω/dt为电机惯性负载，K为电机阻尼系数，n为电机转速，Kn为电机阻尼转矩。

对于传统电机测试系统，令上式中的J*dω/dt——>0 即保持电机转速不变，进行定点测量。这样电机方程就变为

Te=Tload Kn

为了消除Kn的影响，通常在测量时事先测得额定点下Kn的数据。这样在测试过程中实际使用的方程为：

Te-Kn=Tload

Tload为通过刹车系统或者对拖系统测得的转矩值。

对于惯量测功系统，令上式中的Tload——>0，即不加负载，而利用电机的惯性负载进行测量。这样在测试中的实际使用方程为：

Te-Kn=J*dω/dt

对于利用上式进行测量的测功机，必须满足2个条件：1.测得电机自身转动惯量的准确数值。2.测得电机角加速度的准确数值。

只要上述两个条件满足，电机的特性测试将不会受到电机转速或转矩波动的影响，而对电机进行全范围、全转速段、多功能的测试。

惯量测功机(Inertial Dynamonmeter)就是利用电机自身转动惯量M.O.I.(moment of inertia)，测试电机各项性能的系统。他和传统对拖式测试系统测试原理不同，但是测试结果一样，都是电机在每个速度下所能提供的最大负载力矩，区别在于惯量测功机系统更方便，更减少人为误差及设备损耗。此测试系统广泛应用于电机生产企业，电机认证企业，电机研发单位等等。

惯量测功法的电机测试过程包括：电机加速、稳态运行、电机减速。

在加速的过程中可以测试：电机转矩VS转速、电机电流VS转速、电机电压VS转速、电机启动时间、电机输入功率VS转速、电机输出功率VS转速、电机效率VS转速、电机功率因素VS转速、控制器效率VS转速等。

在电机稳态运行过程中可以测试：电机转矩纹波、电机转速纹波、电机动态转矩、电机转速频谱、电机转矩频谱等。

在电机减速阶段可以测试：电机齿槽转矩、电机反电动势、电机轴承摩擦、风阻等机械损耗造成的阻力转矩。

测功机的误差主要包括：系统误差、电机状态误差和操作误差。

系统误差主要包含如下几个方面：设备电源波动超过范围引起的误差、设备非线性引起的误差、设备运行环境(气压、温度、湿度、水平等)引起的误差、设备自身引入的压降及相位差等。

上述误差在仪器之间会产生叠加。对于结构复杂的系统需要一一校验。

电机状态误差主要包括：电机输入频率、输入电压与标准值的差异超过限制或波动过大，电机的测试温度超过规定值或者无法稳定，电机运转时的转矩波动和转速波动超过限定值或者无法稳定。

操作误差包括：测试的步骤与设备要求不符产生的测试误差、不同操作人员在电机连接与安装过成中的手势差异造的误差、读数误差等。2100433B

根据测功机使用电流的不同，将测功机分类为：直流测功机、交流测功机、涡流测功机。

直流测功机

由直流电机、测力计和测速发电机组合而成。直流电机的定子由独立的轴承座支承，它可以在某一角度范围内自由摆动。机壳上带有测力臂，它与测力计配合，可以检测定子所受到的转矩。根据直流电机原理，电机的电磁转矩同时施加于定子和转子。定子所受到的转矩与转子所受到的转矩大小相等，方向相反，所以转轴上的转矩可以由定子上量测。运行中轴承、电刷和风致摩擦等引起的机械转矩，会使定子和转子所受的转矩不完全相等，这给测量所带来的误差需要加以考虑。

直流测功机可作为直流发电机运行，作为被测动力机械的负载，以测量被测机械的轴上输出转矩；也可以作直流电动机运行，拖动其他机械，以测量其轴上输入转矩。转矩与测速发电机测得的转速之积即轴功率。这就是测功机一名的由来。

交流测功机

通常由一台三相交流换向器电动机和测力计、测速发电机组合而成。它的测功原理与直流测功机相同。

涡流测功机

利用涡流产生制动转矩来测量机械转矩的装置。它由电磁滑差离合器（见电磁调速异步电动机）、测力计和测速发电机组成。被测动力机械与电磁滑差离合器的输入轴连接，带动电枢旋转，磁极则被安装其上的测力臂掣住,只能在一定范围内摆动一角度,配合测力计就可以由此摆动角直接读出电枢与磁极间作用的电磁转矩。略去风摩损耗等测量误差时，此电磁转矩就等于被测动力机械的输出转矩。涡流测功机只能产生制动转矩，不能作为电动机运行。一般用于测量转速上升而转矩下降，或转矩变化而转速基本不变的动力机械。

机械在转动时产生的惯量——转动惯量（Moment of Inertia）。

转动惯量是表征刚体转动惯性大小的物理量,它与刚体的质量、质量相对于转轴的分布有关。

转动惯量定义为：J=∑ Mi*Ri^2

（1）式中Mi表示刚体的某个质点的质量，Ri表示该质点到转轴的垂直距离。 刚体的转动惯量是由质量、质量分布、转轴位置三个因素决定的。

(2) 同一刚体对不同转轴的转动不同,凡是提到转动惯量,必须指明它是对哪个轴的才有意义。

转动惯量不是用在杠杆上，因为杠杆被认为是理想的，无质量，不弯折的刚性物体。转动惯量用来研究旋转的，有质量的刚体。