ГОСТ 25941-83 Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия.
ГОСТ 25941-83
(МЭК 34-2-72,
МЭК 34-2А-74)
Группа Е69
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ
Методы определения потерь и коэффициента полезного действия
Rotating electrical machines.
Methods for determining losses and efficiency
МКС 29.160.01
ОКП 33 0000
Дата введения 1984-01-01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности СССР
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 14.10.83 N 4975
Изменение N 2 принято Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 19 от 24.05.2001)
За принятие изменения проголосовали:
|
|
Наименование государства | Наименование национального органа по стандартизации |
Азербайджанская Республика | Азгосстандарт |
Республика Армения | Армгосстандарт |
Республика Беларусь | Госстандарт Республики Беларусь |
Грузия | Грузстандарт |
Республика Казахстан | Госстандарт Республики Казахстан |
Кыргызская Республика | Кыргызстандарт |
Республика Молдова | Молдова-стандарт |
Российская Федерация | Госстандарт России |
Республика Таджикистан | Таджикстандарт |
Туркменистан | Главгосслужба "Туркменстандартлары" |
Республика Узбекистан | Узгосстандарт |
Украина | Госстандарт Украины |
3. В стандарте введены международные стандарты МЭК 34-2-72 и МЭК 34-2А-74
4. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 3243-81
5. ВЗАМЕН ГОСТ 11828-75, разд.6
6. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
|
|
Обозначение НТД, на который дана ссылка | Номер пункта |
2.6, 6.2.3, 6.2.5 | |
1.4 | |
6.14 | |
6.3.4 | |
1.2 |
7. ИЗДАНИЕ (август 2003 г.) с Изменениями N 1, 2, утвержденными в октябре 1988 г., августе 2002 г. (ИУС 1-89, 11-2002)
Настоящий стандарт распространяется на вращающиеся электрические машины постоянного и переменного тока без ограничения мощности, напряжения и частоты и устанавливает методы определения потерь и коэффициента полезного действия (КПД).
Стандарт не распространяется на электрические машины, предназначенные для применения на подвижных средствах наземного, водного, воздушного и космического транспорта.
Стандарт пригоден для целей сертификации.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Состояние машины при испытаниях
Испытания должны проводиться на исправной машине со всеми закрытиями, установленными так, как это требуется для нормальной работы. Устройства для автоматического регулирования напряжения или частоты вращения, на составляющие неотъемлемых частей машины, должны быть выведены из действия, если иное не оговорено. Щетки на коллекторах при отсутствии других указаний должны находиться в положении, соответствующем нормальной эксплуатации машины; однако, при определении потерь в стали щетки должны быть поставлены в нейтральное положение, если это допускает конструкция машины.
Испытания следует проводить при практически установившейся температуре опор (подшипников и подпятников) испытуемой машины. В случае невозможности непосредственного измерения температуры опор машина должна до начала испытания вращаться без нагрузки при номинальной частоте вращения в течение времени, указанного в табл.1, если иное не установлено в стандартах или технических условиях на конкретные виды машин.
Таблица 1
|
|
|
Мощность машины, кВт (кВ·А) | Продолжительность вращения, мин | |
| при периодических испытаниях машин с подшипниками качения или приемосдаточных испытаниях машин с подшипниками скольжения | при приемосдаточных испытаниях машин с подшипниками качения |
До 1 | 10 | 5 |
Св. 1 до 10 | 30 | 15 |
" 10 " 100 | 60 | 30 |
" 100 " 1000 | 120 | 60 |
" 1000 | 240 | 120 |
При испытании на механизированных и автоматизированных испытательных устройствах допускается уменьшение времени по табл.1:
- до 1 мин - для машин мощностью до 10 кВт;
- до 2 мин " " " св. 10 кВт.
При испытаниях машин переменного тока, питаемых от полупроводниковых преобразователей (далее - преобразователей), должны применяться типы преобразователей, с которыми они будут эксплуатироваться.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1.2. Измерительные приборы и способы измерений - по ГОСТ 11828.
Примечание. При испытаниях машин переменного тока, питаемых от преобразователей, следует учитывать, что применяемые приборы должны быть способны работать в широком спектре (диапазоне) частот.
(Измененная редакция, Изм. N 1, 2).
1.3. КПД группы машин
В случае измерения общего КПД или общего значения потребляемой мощности группы машин, состоящей из двух электрических машин или одной машины и одного трансформатора, одного генератора и его приводной машины или одного двигателя и приводимой им машины, отдельные значения КПД указывать не требуется. Если отдельные КПД приводятся, то их следует рассматривать как ориентировочные.
75 °С - для классов изоляции А и Е;
95 °С " класса " В;
115 °С " " " F;
!30 °С " " " Н.
Классификация изоляции по нагревостойкости - по ГОСТ 8865.
Расчетная рабочая температура обмоток с непосредственным жидкостным охлаждением независимо от класса их изоляции устанавливается в стандартах или технических условиях на конкретные виды машин.
В стандартах или технических условиях на электрические машины конкретных видов допускается устанавливать другие значения расчетной рабочей температуры, по возможности близкой к средней температуре обмоток в номинальном режиме работы.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
1.5. Температура окружающей среды
Испытания по определению потерь и КПД следует проводить по возможности при температуре окружающей среды от 10 до 30 °С; при соблюдении этого условия никакие поправки к измеренным значениям отдельных потерь и КПД не вносятся. Температура подшипников и подпятников при испытаниях должна быть практически установившейся.
2. УЧИТЫВАЕМЫЕ ПОТЕРИ
Мощность, потребляемая независимыми смазочными и вентиляционными системами и насосами, а также потери в подшипниках и подпятниках, общих для электрической машины и сопряженного с нею механизма - первичного двигателя или приводимого машиной устройства - учитывают при вычислении КПД только по согласованию между изготовителем и потребителем. В случае, если это необходимо, должны указываться значения осевого и радиального усилий, температура опор и смазочного масла и его марка, соответствующие данному значению потерь.
В случае применения различного рода устройств, шунтирующих такие обмотки, как последовательные, компенсационные и добавочных полюсов машин постоянного тока, потери следует определять по полному току и результирующему сопротивлению.
2.4.1. Если обмотка возбуждения питается непосредственно от напряжения на выводах возбуждаемой машины, то потери на возбуждение вычисляются как произведение этого напряжения на ток возбуждения.
2.4.2. Если обмотка возбуждения питается от какого-либо возбудительного устройства, подключенного к выводам возбуждаемой машины, потери на возбуждение вычисляются как произведение квадрата тока возбуждения на сопротивление обмотки возбуждения, приведенное к расчетной рабочей температуре, плюс потери в возбудительном устройстве, вычисленные в соответствии с его системой.
2.4.3. Если обмотка возбуждения питается от электромашинного возбудителя постоянного или переменного тока, приводимого от вала возбуждаемой машины и служащего только для ее возбуждения, то потери на возбуждение вычисляются как произведение квадрата тока возбуждения на сопротивление обмотки возбуждения, приведенное к расчетной рабочей температуре, плюс потери в возбудителе, определяемые по общим правилам для машин того вида, к которому относится возбудитель, однако без учета механических потерь в возбудителе, которые причисляются к механическим потерям возбуждаемой машины. В случае возбудителя переменного тока к потерям в нем прибавляются потери в выпрямительном устройстве, определяемые в соответствии с его системой.
2.4.4. Если обмотка возбуждения питается от независимого нерегулируемого источника постоянного тока, как от батареи, выпрямителя или двигатель-генератора, то потери в источнике не принимаются в расчет, равным образом как и потери в соединительных проводах между источником и возбуждаемой машиной, если это не обусловлено иначе.
В случае применения иных контактов, например жидкометаллических, потери в них определяются по согласованию между изготовителем и потребителем.
Добавочные потери при нагрузке включают в себя:
1) потери в активной стали магнитопровода и других металлических частях, кроме проводников обмотки, обусловленные нагрузкой;
2) потери от вихревых и циркуляционных токов в проводниках;
3) потери в щетках, вызванные циркуляционными токами при коммутации (машин постоянного тока).
Для машин постоянного тока добавочные потери при номинальном режиме работы вычисляют условно как определенную долю электрической мощности, т.е. подводимой мощности для двигателя и отдаваемой мощности для генератора.
Для асинхронных машин добавочные потери при нагрузке определяют опытным путем по ГОСТ 7217. При необходимости определения потерь машин на месте установки добавочные потери при номинальном режиме работы по согласованию вычисляют как определенную долю электрической подводимой мощности для двигателя.
Если требуется вычислить добавочные потери при режимах работы, отличных от номинального, то при отсутствии других указаний они должны быть пересчитаны пропорционально квадрату тока нагрузки.
(Измененная редакция, Изм. N 2).
Помимо потерь, перечисленных в пп.2.1-2.6, машины, питаемые от преобразователей, имеют дополнительные потери, которые включают в себя:
1) дополнительные потери в обмотке статора;
2) дополнительные потери в обмотке ротора;
3) дополнительные потери в сердечнике статора;
4) дополнительные потери в сердечнике ротора.
Дополнительные потери определяют опытным путем: методом непосредственной нагрузки или методом взаимной нагрузки. При этом дополнительные потери рассчитывают как разность между измеренными полными потерями и всеми остальными составляющими потерь. По согласованию с заказчиком, а также при необходимости определения потерь машин на месте установки, дополнительные потери при номинальном режиме работы вычисляют как определенную долю электрической подводимой мощности.
Если требуется вычислить дополнительные потери при режимах работы, отличных от номинального, то при отсутствии других указаний они должны быть пересчитаны пропорционально квадрату тока нагрузки.
(Введен дополнительно, Изм. N 2).
3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ И КПД
3.1. Классификация методов определения потерь и КПД
По технике выполнения испытания делят 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 проводят 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.
Частоту вращения синхронных машин и машин постоянного тока устанавливают равной номинальному значению.
Среднее значение токов якоря машин постоянного тока устанавливается равным номинальному току, среднее значение напряжения 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, редуктором, 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. N 2).
3.2.3. Метод тарирования 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
.
3.3. Методы косвенного определения КПД
3.3.1. Метод взаимной нагрузки - метод косвенного определения КПД, при котором две одинаковые машины соединяют 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.
(Измененная редакция, Изм. N 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 определяют по количеству тепла, выделяемого ими в объеме машины. Потери вычисляют как произведение расхода охлаждающей среды на ее теплоемкость и на превышение ее температуры с учетом тепла, рассеиваемого в окружающую среду, или измеряют 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
- для двигателей
При определении потерь методом взаимной нагрузки сумму потерь определяют по формуле
(Измененная редакция, Изм. N 1).
4. ИЗМЕРЕНИЕ ПОТЕРЬ МЕТОДОМ САМОТОРМОЖЕНИЯ
4.1. Область применения
Методом самоторможения следует определять механические потери и сумму потерь в стали и добавочных потерь холостого хода синхронных машин и машин постоянного тока, преимущественно имеющих значительный момент инерции вращающейся части, а также сумму основных потерь в рабочей цепи и добавочных потерь при нагрузке (потери короткого замыкания) синхронных машин в тех случаях, если другие методы определения этих потерь не могут быть применены.
4.2. Затормаживающие потери
4.3. Определение ускорения самоторможения
Черт.1
Черт.2
Черт.3
Искомое значение производной частоты вращения по времени вычисляют по формуле
4.4. Состав опытов самоторможения
Из первого опыта могут быть вычислены механические потери испытуемой машины по формуле
Из второго опыта может быть вычислена сумма механических потерь, потерь в стали и добавочных потерь холостого хода по формуле
Из третьего опыта может быть вычислена сумма механических потерь, основных потерь в цепях рабочих обмоток и добавочных потерь при нагрузке по формуле
Сумму потерь в стали и добавочных потерь холостого хода следует определять как разность потерь, измеренных во втором и первом опытах. Сумму основных потерь в цепях рабочих обмоток и добавочных потерь при нагрузке следует определять как разность потерь, измеренных в третьем и первом опытах.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.