ГОСТ Р МЭК 60034-2-1-2009 Машины электрические вращающиеся. Часть 2-1. Стандартные методы определения потерь и коэффициента полезного действия вращающихся электрических машин (за исключением машин для подвижного состава).
ГОСТ Р МЭК 60034-2-1-2009
Группа Е60
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МАШИНЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ВРАЩАЮЩИЕСЯ
Часть 2-1
Стандартные методы определения потерь и коэффициента полезного действия вращающихся электрических машин (за исключением машин для подвижного состава)
Rotating electrical machines. Part 2-1. Standard methods for determining losses and efficiency from tests (excluding machines for traction vehicles)
ОКС 29.160
Дата введения 2011-01-01
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Государственным образовательным учреждением высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ (ТУ)")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 333 "Вращающиеся электрические машины"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 декабря 2009 г. N 638-ст.
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Настоящий стандарт является идентичным международному стандарту МЭК 60034-2-1:2007* "Машины электрические вращающиеся. Часть 2-1. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия по результатам испытаний (кроме машин для тягового транспорта)" (IEC 60034-2-1 Rotating electrical machines - Part 2-1: Standard methods for determining losses and efficiency from tests (excluding machines for traction vehicles)).
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в обязательном приложении ДА
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы испытаний для определения потерь и коэффициента полезного действия машин электрических (далее - машин). Стандарт распространяется на машины постоянного тока, синхронные и асинхронные всех типоразмеров в рамках МЭК 60034-1.
Примечание - Данные методы могут быть применены к другим типам машин, таким как электромашинные преобразователи, коллекторные двигатели и однофазные асинхронные двигатели.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты*:
МЭК 60027-1:1992 Обозначения буквенные, применяемые в электротехнике. Часть 1. Основные положения
МЭК 60034-2А:1974 Машины электрические вращающиеся. Часть 2. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия вращающихся электрических машин (за исключением машин для подвижного состава). 1-е дополнение: Измерение потерь калориметрическим методом
МЭК 60034-4:2008 Машины электрические вращающиеся. Часть 4. Методы экспериментального определения параметров синхронных машин
МЭК 60034-19:1995 Машины электрические вращающиеся. Часть 19. Специальные методы испытаний для машин постоянного тока с обычной подачей электропитания и через выпрямитель
МЭК 60034-29:2008 Машины электрические вращающиеся. Часть 29. Эквивалентные методы нагрузки и наложения. Косвенное определение повышения температуры
МЭК 60044 (части 1-8) Трансформаторы измерительные
МЭК 60051-1:1997 Приборы аналоговые, электроизмерительные, показывающие, прямого действия и части к ним. Часть 1. Определения и основные требования, общие для всех частей
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины с соответствующими определениями, установленными в МЭК 60034-1, МЭК 60051-1.
3.1 коэффициент полезного действия (КПД): Отношение выраженных в одинаковых единицах выходной мощности к входной, обычно выражаемое в процентах.
3.2 Испытания для прямого измерения КПД
3.2.1 общее определение: Испытания, при которых КПД определяется методами прямых измерений входной и выходной мощности.
3.2.2 испытание для определения механической мощности на валу: Испытание, при котором механическая выходная мощность машины, работающей в двигательном режиме, определяется по результатам измерений вращающего момента на валу и скорости вала с помощью датчиков. Испытание для машины, работающей в генераторном режиме, проводится аналогичным способом.
3.2.3 динамометрическое испытание: Испытание в соответствии с 3.2.2 при измерении вращающего момента посредством динамометра.
3.2.4 испытание при двойном питании с двухмашинным агрегатом: Испытание, при котором две идентичные машины соединены механически и суммарная мощность потерь обеих машин измеряется как разность между электрической мощностью на входе одной из машин и электрической мощностью на выходе другой.
3.3 Испытания для косвенного определения КПД
3.3.1 общее определение: Испытание, при котором КПД определяется косвенно путем измерения входной или выходной мощности и мощности потерь. Мощность потерь добавляется к выходной мощности, чтобы получить входную, или вычитается из входной мощности для определения выходной.
3.3.2 испытание с двухмашинным агрегатом при питании от одной сети: Испытание, при котором две идентичные машины соединены механически и питаются от одного источника. Сумма потерь обеих машин равна мощности, суммарно потребляемой от источника питания.
3.3.3 испытание без нагрузки: Испытание, при котором машина в двигательном режиме работает на холостом ходу (без нагрузки на валу) или в генераторном режиме с разомкнутыми выходными клеммами.
3.3.4 испытание с нулевым коэффициентом мощности (синхронные машины): Испытание перевозбужденной синхронной машины без нагрузки на валу, которая работает с близким к нулю коэффициентом мощности.
3.3.5 метод схемы замещения (асинхронные машины): Испытание, при котором потери определены с помощью эквивалентной схемы замещения.
3.3.6 испытание с вынутым ротором и обратным вращением (асинхронные машины): Комплексное испытание, при котором потери определены сначала при испытании с вынутым ротором, а затем при испытании с ротором, вращающимся в направлении, противоположном полю.
3.3.7 испытание коротким замыканием (синхронные машины): Испытание, при котором машина работает как генератор с короткозамкнутыми выходными клеммами.
3.3.8 испытание с заторможенным ротором: Испытание, при котором ротор заблокирован и не вращается.
3.3.9 испытание по схеме "звезда": Испытание при питании несимметричным напряжением обмотки статора, соединенной в звезду.
3.4 Потери
3.4.2 Постоянные потери
3.4.2.3.1 потери трения: Потери на трение в подшипниках и щеточно-коллекторном узле (если они не зависят от скорости), исключая любые потери в независимой системе смазки. Потери в подшипниках должны быть установлены отдельно, независимо от того, поставляются ли они с машиной. Потери в подшипниках зависят от их рабочей температуры, типа масла и его температуры.
Примечание 1 - Когда имеются потери в независимой системе смазки, они должны быть учтены отдельно.
Для вертикальных машин потери в упорных подшипниках должны быть определены без учета внешних осевых нагрузок.
Примечание 2 - Дополнительные потери от внешней осевой нагрузки могут быть определены отдельным соглашением, которое должно включать величину осевой нагрузки, температуру подшипников, тип масла и его температуру.
Примечание 3 - Потери трения от осевой нагрузки могут быть определены отдельным соглашением.
Если в испытуемой машине используется прямое охлаждение подшипников, потери распределяются между данной машиной и другой, соединенной с ней механически, например турбиной, пропорционально массам их вращающихся деталей. Если нет прямого охлаждения, то распределение потерь должно быть определено эмпирическими формулами по отдельному соглашению.
3.4.2.3.2 вентиляционные потери: Суммарные потери от аэродинамического трения во всех частях машины, включая энергию, потребляемую вентиляторами, установленными на валу, и двигателями независимой вентиляции, установленными на машине.
Примечание 1 - Потери в независимой вентиляционной системе должны быть приведены отдельно.
Примечание 2 - Для машин, косвенно или непосредственно охлаждаемых водородом, см. МЭК 60034-1.
3.4.3 Потери в цепи возбуждения
а) возбудитель на валу машины
Если возбудитель может быть отсоединен и испытан отдельно, то его потери могут быть определены в соответствии с 5.3.
Если возбудитель использует отдельные вспомогательные источники питания, то их потребляемая мощность должна быть включена в потери возбудителя, если только она не учтена уже в потреблении основной машины;
б) бесщеточный возбудитель
Во всех случаях, когда возбудитель использует отдельные вспомогательные источники питания, их потребляемая мощность должна быть включена в потери возбудителя, если только она не учтена уже в потреблении основной машины.
Если возбудитель может быть отсоединен и испытан отдельно, то его потери могут быть определены в соответствии с 5.3;
в) независимый электромашинный возбудитель
Потери в возбудителе - разница между суммарной мощностью, потребляемой приводным двигателем, всеми вспомогательными источниками питания приводного двигателя и возбудителя, и полезной мощностью возбуждения согласно 3.4.3.2 и 3.4.3.4. Потери возбудителя могут быть определены согласно 5.3;
г) статическая система возбуждения (статический возбудитель)
Потери системы возбуждения - разница между суммарной мощностью, потребляемой от основного и вспомогательных источников системы возбуждения, и мощностью, подаваемой на возбуждение, согласно 3.4.3.2 и 3.4.3.4.
При питании системы возбуждения от трансформатора его потери также должны быть учтены;
д) возбуждение с помощью дополнительной обмотки (самовозбуждение)
Потери в цепи возбуждения - потери в меди вспомогательной (вторичной) обмотки и дополнительные потери в стали, производимые высшими гармониками потока. Дополнительные потери в стали определяются как разница между потерями, возникающими при нагруженной и ненагруженной вспомогательной обмотке.
Ввиду сложности разделения составляющих потерь возбуждения рекомендуется рассматривать их как часть потерь в статоре при определении суммарных потерь.
В случаях в) и г) необходимо учитывать потери в источнике питания цепи возбуждения, в соединениях между источником и щетками (для синхронной машины) или между источником и клеммами обмотки возбуждения (для машины постоянного тока).
Если система возбуждения содержит компоненты, перечисленные в случаях б)-д), потери возбуждения будут включать составляющие, представленные в приложении В.
Типы возбудителя должны соответствовать 3.4.3.3.
3.4.4 Потери нагрузки
- в якорной обмотке машины постоянного тока;
- в статорных и роторных обмотках асинхронных машин;
- в статорных обмотках синхронных машин.
Примечание - Добавочные потери под нагрузкой не включают добавочные потери на холостом ходу по 3.4.2.2.
3.5 Экспериментальные параметры (для многофазных машин переменного тока)
3.5.1 линейное напряжение: среднее арифметическое значение линейных напряжений.
3.5.2 линейный ток: среднее арифметическое значение линейных токов.
3.5.3 линейное сопротивление: среднее арифметическое сопротивлений между всеми клеммами фаз питания.
Примечание 1 - Для трехфазных машин при соединении в звезду сопротивление фазы равно половине линейного сопротивления. Для соединения в треугольник сопротивление фазы равно полутора линейного сопротивления.
Примечание 2 - В разделах 7, 8 и 9 пояснения и уравнения приведены для машин с тремя фазами, если иное не оговорено.
4 Символы и обозначения
4.1 Символы
|
|
 | - коэффициент мощности  ; |
_______________ Определение справедливо при синусоидальных токе и напряжении. | |
 | - частота питающей сети, Гц; |
 | - средний линейный ток, А; |
 | - температурный коэффициент; |
 | - частота вращения, об/мин; |
 | - число пар полюсов; |
| - мощность, Вт; |
 | - потребляемая мощность на холостом ходу, Вт; |
 | - потребляемая мощность, без учета возбуждения , Вт; |
_______________ В данном документе при испытаниях двигателя под и  подразумеваются потребляемая мощность и выходная мощность соответственно, если не оговорено иное. | |
| - выходная мощность, Вт; |
| - щеточные потери, Вт; |
| - потери в цепи возбуждения, Вт; |
| - мощность цепи возбуждения, питаемой от отдельного источника, Вт; |
| - потери в возбудителе, Вт; |
 | - электрическая мощность без учета возбуждения, Вт; |
| - потери в обмотках возбуждения, Вт; |
| - потери в стали, Вт; |
| - потери на трение и охлаждение, Вт; |
 | - постоянные потери, Вт; |
 | - потери от нагрузки, Вт; |
 | - остаточные потери, Вт; |
| - дополнительные потери от нагрузки, Вт; |
 | - механическая мощность, Вт; |
| - потери короткого замыкания, Вт; |
| - суммарные потери, Вт; |
 | - потери в обмотках, Вт, при этом подстрочный индекс w обычно заменяется на a, f, е, s или r; |
 | - сопротивление обмоток, Ом; |
 | - фактическое значение дополнительного резистора, используемого в испытании по схеме "звезда" (см 6.4.5.5), Ом; |
 | - расчетное значение добавочного резистора, Ом; |
 | - сопротивление обмотки возбуждения, Ом; |
 | - среднее значение линейного сопротивления, Ом; |
 | - среднее значение фазного сопротивления, Ом; |
 | - скольжение; |
 | - вращающий момент машины, Н·м; |
 | - измеренное значение вращающего момента, Н·м; |
 | - поправка вращающего момента, Н·м; |
 | - среднее значение напряжения на зажимах, В; |
 | - напряжение на зажимах без нагрузки, В; |
 | - номинальное напряжение на зажимах, В; |
 | - реактивное сопротивление, Ом; |
 | - полное (комплексное) сопротивление; |
 | - полное сопротивление, Ом; |
 | - коэффициент полезного действия; |
 | - исходная температура обмотки, °С; |
 | - температура окружающей среды, °С; |
 | - начальная температура охлаждающей среды, °С; |
 | - температура обмотки, °С; |
 | - постоянная времени, с. |
4.2 Дополнительные обозначения
Следующие обозначения могут быть добавлены к символам для уточнения режима работы машины и назначения символов.
Компоненты машины:
а - якорь;
е - возбуждение;
f - обмотка возбуждения;
r - ротор;
s - статор;
w - обмотка;
Типы машин:
В - стартер, вспомогательный машинный агрегат;
D - динамометр;
Е - возбудитель;
G - генератор;
М -двигатель.
Условия эксплуатации:
0 - без нагрузки;
1 - вход;
2 - выход;
av - среднее значение;
d - рассеиваемый;
el - электрический;
i - внутренний;
L - испытательная нагрузка;
Lr - заторможенный ротор;
mech - механическое;
N - номинальный;
red - при пониженном напряжении;
t - испытательный;
zpf - испытание с нулевым коэффициентом мощности;
Примечание - Встречающиеся впоследствии дополнительные обозначения разъясняются в соответствующих подпунктах.
5 Общие требования
5.1 Прямое и косвенное измерение КПД
Испытания с целью определения КПД могут быть сгруппированы по трем категориям:
а) испытание одной машины, подразумевающее измерение электрической (на клеммах) или механической (на валу) мощности на входе и механической или электрической мощности на выходе машины;
б) измерение электрической мощности на входе и выходе двух механически связанных идентичных машин, что позволяет устранить измерение механической мощности;
в) измерение фактических потерь в машине в специально организованных режимах; обычно при этом измеряются различные компоненты потерь, а затем вычисляются суммарные.
Определение суммарных потерь может быть выполнено одним из следующих методов:
- измерение суммарных потерь;
- определение составляющих потерь и дальнейшее их суммирование.
Примечание - Методы определения КПД машин базируются на ряде допущений, поэтому не следует сравнивать значения КПД, полученные различными методами.
5.2 Погрешности
Погрешности в данном стандарте имеют отношение к определению истинной величины КПД. Они отражают влияние процедуры испытаний и испытательного оборудования на результат.
Для определения погрешности в численном виде требуются соответствующие испытания, полученные результаты должны быть представительны и сопоставимы. В данном стандарте используются следующие, относящиеся к погрешности, термины:
- "низкая погрешность" - относится к определению КПД, основанному исключительно на результатах испытаний;
- "средняя погрешность" - относится к определению КПД, основанному на ограниченных приближениях;
- "высокая погрешность" - относится к определению КПД, основанному на существенных допущениях.
5.3 Предпочтительные методы
Выбор метода испытания для определения КПД зависит от требуемой точности, типа и размера испытуемой машины, доступного испытательного оборудования (питание, нагружающий или приводной двигатель).
В таблицах 1-3 приведены предпочтительные методы для разных типов машин. Выбираемый метод должен обладать наименьшей погрешностью.
Таблица 1 - Машины постоянного тока
|
|
|
|
|
Метод | Раздел | Рекомендуемое применение | Необходимая аппаратура | Погреш- ность |
Прямой метод измерения | ||||
Испытание методом тарированной машины | Приложение Г |
| Тарированная машина | См. приме- чание 3 |
Прямое измерение вращающего момента | 7.1.1 | Высота оси  180 мм | Измеритель момента или динамометр на полную нагрузку | Низкая |
Метод суммарных потерь | ||||
Испытание в двухмашинном агрегате при питании от одной сети | 7.2.1.1 |
| Две одинаковые машины. Вольто-добавочный генератор | Низкая |
Метод суммирования составляющих потерь с испытанием под нагрузкой | ||||
Измерение в двухмашинном агрегате при питании от одной сети | 7.2.2.6.1 |
| Две одинаковые машины. Вольто-добавочный генератор | Низкая |
Приближенная оценка по мощности | 7.2.2.6.3 |
|
| Средняя |
Измерение при питании машины в схеме со специальным выпрямителем | 7.2.2.6.2 | Высота оси  180 мм | Специальный выпрямитель | Средняя |
Метод суммирования составляющих потерь без испытания под нагрузкой | ||||
Потери на возбуждение определяются в зависимости от тока возбуждения под нагрузкой и на холостом ходу.
Приближенная оценка по мощности | 7.2.2.5 |
| Если отсутствует оборудование для испытаний под нагрузкой | Высокая |
Примечание 1 - Применение прямого метода измерений из-за инструментальной погрешности ограничено величиной КПД 95%-96%. Данный стандарт рекомендует прямые методы испытания для машин с высотой вала 180 мм, так как они обычно не превышают 95%-ный уровень. Машины большего размера, имеющие КПД ниже 95%-96%, могут также быть проверены прямым методом испытаний.
Примечание 2 - В графе "Погрешность" термин "Низкая" соответствует процедуре, определяющей все компоненты потерь путем испытаний; "Средняя" - процедуре, которая основана на упрощенной физической модели машины; "Высокая" - процедуре, которая определяет не все компоненты потерь путем испытаний.
Примечание 3 - Необходимо определение погрешности. | ||||
Таблица 2 - Асинхронные машины
|
|
|
|
|
Метод | Раздел | Рекомендуемое применение | Необходимая аппаратура | Погреш- ность |
Прямой метод измерения | ||||
Прямое измерение вращающего момента | 8.1.1 | Все однофазные и многофазные машины до 1 кВт | Измеритель момента или динамометр на полную нагрузку | Низкая |
Испытание методом тарированной машины | Приложение Г |
| Тарированная машина | См. приме- чание 4 |
Испытание в двухмашинном агрегате при питании от двух сетей | 8.1.2 |
| Две одинаковые машины на полную нагрузку | Низкая |
Метод суммарных потерь | ||||
Калориметрический метод | Приложение Г |
| Специальная термокамера | См. приме- чание 4 |
Испытание в двухмашинном агрегате при питании от одной сети | 8.2.1 |
| Две одинаковые машины (фазный ротор) | Низкая |
Метод суммирования составляющих потерь с испытанием под нагрузкой и без нее | ||||
, определяемое из остаточных потерь | 8.2.2.5.1 | Трехфазные машины от 1 до 150 кВт | Динамометр/измеритель момента на 1,25 полной нагрузки | Низкая |
Назначенное значение по мощности | 8.2.2.5.3 |
|
| От средней до высокой |
, определяемое при испытании с вынутым ротором и обратным вращением | 8.2.2.5.2 |
| Вспомогательный двигатель мощностью не более 5-кратных общих потерь | Высокая |
, определяемое при испытании в схеме "звезда" | 8.2.2.5.4 | См. примечание 3 | Резистор на 150% номинального фазового тока | Средняя |
Метод суммирования составляющих потерь без испытания под нагрузкой | ||||
Токи мощности и скольжение определяются по методу схемы замещения. Назначенное значение по мощности | 8.2.2.4.3 |
| Если отсутствует оборудование (нет возможности приложить нагрузку и нет второй машины эквивалентной мощности) | Средняя/ высокая |
Примечание 1 - Из-за погрешностей измерения определение методом остаточных потерь ограничено коэффициентами корреляции (см. 8.2.2.5.1.2), большими, чем 0,95, и погрешность измерения КПД может превысить ±0,5 %. Примечание 2 - В графе "Погрешность" термин "Низкая" соответствует процедуре, определяющей все компоненты потерь путем испытаний; "Средняя" - процедуре, которая основана на упрощенной физической модели машины; "Высокая" - процедуре, которая определяет не все компоненты потерь путем испытаний.
Примечание 3 - Данный метод применяется для двигателей мощностью от 1 до 150 кВт; применение еще больших мощностей - на рассмотрение. Метод предусматривает соединение обмотки по схеме "звезда".
Примечание 4 - Необходимо определение погрешности. | ||||
Таблица 3 - Синхронные машины
|
|
|
|
|
Метод | Раздел | Рекомендуемое применение | Необходимая аппаратура | Погреш- ность |
Прямой метод измерения | ||||
Прямое измерение вращающего момента | 9.1.1 | Высота оси 180 мм | Измеритель момента или динамометр на полную нагрузку | Низкая |
Испытание методом тарированной машины | Приложение Г |
| Тарированная машина | См. приме- чание 3 |
Испытание в двухмашинном агрегате при питании от двух сетей | 9.1.2 |
| Две одинаковые машины на полную нагрузку | Низкая |
Метод суммарных потерь | ||||
Калориметрический метод | Приложение Г |
| Специальная термокамера | См. приме- чание 3 |
Испытание в двухмашинном агрегате при питании от одной сети | 9.2.1.1 |
| Две идентичные машины | Низкая |
Испытание с нулевым коэффициентом мощности и током возбуждения по диаграмме Потье/ASA/Шведской | 9.2.1.2 |
| Источник питания на полное напряжение и ток | Средняя |
Метод суммирования составляющих потерь с испытанием под нагрузкой | ||||
Суммирование за исключением | 9.2.1 |
| Двухмашинный агрегат на полную нагрузку | Высокая |
из испытания при коротком замыкании | 9.2.2.6 | Высота оси 180 мм |
| Низкая |
Метод суммирования составляющих потерь с испытанием без нагрузки | ||||
Ток возбуждения по диаграмме Потье/ASA/ Шведской
из испытания при коротком замыкании | 9.2.2.4 9.2.2.6 |
| Если отсутствует оборудование (нет возможности приложить нагрузку и нет второй машины эквивалентной мощности) | Средняя |
Примечание 1 - Из-за инструментальной погрешности прямой метод испытаний ограничен измеряемой величиной КПД до 95%-96%. Данный стандарт рекомендует прямые методы измерений для машин с высотой вала до 180 мм, так как они вряд ли превзойдут 95%-ный уровень КПД. Машины большего размера и КПД ниже 95%-96% могут также быть успешно испытаны с применением прямого метода измерений.
Примечание 2 - В графе "Погрешность" термин "Низкая" соответствует процедуре, определяющей все компоненты потерь путем испытаний; "Средняя" - процедуре, которая основана на упрощенной физической модели машины; "Высокая" - процедуре, которая определяет не все компоненты потерь путем испытаний.
Примечание 3 - Необходимо определение погрешности.
Примечание 4 - В данной таблице  - высота оси (расстояние от геометрической оси вала до основания лап) в миллиметрах (предпочтительные числа приведены в МЭК 60072-1). | ||||
5.4 Питание
5.4.1 Напряжение
Напряжение должно соответствовать 7.2 (и 8.3.1 для тепловых испытаний) по МЭК 60034-1.
5.4.2 Частота
Частота во время измерений должна находиться в пределах ±0,3% от номинального значения.
Примечание - Это требование не применяется при использовании метода эквивалентной схемы (6.4.4.4).
5.5 Средства измерений
5.5.1 Общие сведения
Поскольку точность измерительных приборов обычно выражается в процентах от максимального деления шкалы, диапазон измерений прибора желательно выбирать наименьшим из практически возможных.
Примечание - Показания аналоговых приборов должны находиться в верхней трети шкалы измерения.
5.5.2 Приборы для измерения электрических величин
Измерительные приборы должны иметь класс точности 0,2 (точность ±0,2%) в соответствии с МЭК 60051.
Примечание - При типовых испытаниях в соответствии с МЭК 60034-1, п. 9.1, достаточен класс точности 0,5. Если иное не указано в настоящем стандарте, должно использоваться среднее арифметическое значение трех измеренных значений линейных токов или напряжений.
5.5.3 Измерительные трансформаторы
Измерительные трансформаторы согласно МЭК 60044-1 должны иметь такой класс точности, чтобы их ошибки при испытаниях методом суммирования потерь с дополнительным определением потерь от нагрузки в соответствии с 8.2.2.5.1 не превышали ±0,5% или ±0,3% - для асинхронных машин.
5.5.4 Измерения вращающего момента
Приборы для измерения вращающего момента должны иметь класс точности 0,2. Если вращающий момент на валу измеряется посредством динамометра, необходимо провести измерение момента потерь. Это также следует сделать, если какой-нибудь подшипниковый узел или муфта размещены между валом двигателя и прибором, измеряющим момент.
5.5.5 Измерение частоты вращения и скорости
Инструменты для измерения частоты должны иметь класс точности 0,1. Измерение частоты вращения должно быть проведено с точностью не хуже ±0,1% или ±1 об/мин в зависимости от того, что дает наименьшую ошибку.
Примечание 2 - Измерение скольжения подходящим методом может заменить измерение частоты вращения или угловой скорости.
5.5.6 Измерение температуры
Приборы для измерения температуры обмотки должны иметь точность не хуже ±1 °С.
5.6 Единицы измерения величин
Если иное не указано, единицы измерения величин указываются в системе СИ, что соответствует МЭК 60027-1.
5.7 Сопротивления
5.7.1 Измеряемое сопротивление
Если сопротивление обмотки (под нагрузкой) не может быть измерено прямым методом, величина сопротивления должна быть рассчитана по измеренному сопротивлению в холодном состоянии и разнице между температурой при этом измерении и температурой, полученной согласно 5.7.2, а)-д).
5.7.2 Температура обмотки
Измеряемая температура обмотки должна быть определена одним из следующих методов, перечисленных в порядке предпочтения:
б) температура определяется непосредственно электронным термометром или термопарой;
в) температура определяется согласно а) на другой машине аналогичного типа и конструкции;
г) в случае, если невозможно обеспечить нагрузку, температуру определяют согласно МЭК 61986;
Таблица 4 - Нормативная температура
|
|
Класс нагревостойкости изоляции | Нормативная температура, °С |
130 (B) | 95 |
155 (F) | 115 |
180 (H) | 135 |
Если номинальное превышение температуры или номинальная температура будут заявлены для более низкого класса изоляции, чем используется в двигателе, то нормативная температура должна соответствовать заявленному классу.
5.7.3 Приведение к температуре охлаждающей среды
Значения сопротивления обмотки, измеренные при испытании, должны быть приведены к нормативной температуре 25 °С. Коэффициент приведения сопротивления обмотки (а также скольжения в случае асинхронных машин) к нормативной температуре 25 °С может быть рассчитан по формуле
235 - температурная постоянная.
Примечание - Температурная постоянная "235" для медной обмотки должна быть заменена на "225" для алюминиевой обмотки.
Для машин, в которых в качестве первичного или вторичного хладагента используется вода, нормативная температура должна быть принята 25 °С, что согласуется с МЭК 60034-1. Другие значения могут быть определены дополнительным соглашением.
6 Методы испытаний для определения КПД
6.1 Установка машины и процедура испытаний
Испытания должны проводиться на собранной машине, установленной и укомплектованной таким образом, чтобы обеспечить условия, наиболее приближенные к нормальным условиям эксплуатации.
Примечание 1 - Рекомендуется, чтобы машина была выбрана случайным образом из серийной продукции.
Примечание 2 - Уплотняющие элементы могут быть устранены в ходе испытаний, если дополнительные испытания на машинах аналогичной конструкции показали, что трение остается незначительным после достаточно длительной работы.
Процедура испытаний должна состоять из операций, выполняемых в определенной последовательности. Нет необходимости выполнять данные операции немедленно одна за другой. Однако если они будут выполнены с задержкой или по отдельности, то необходимо предварительно обеспечить требуемые тепловые условия испытаний.
На машинах с регулируемым щеточным узлом щетки должны быть установлены в положение, соответствующее технической документации. На асинхронных двигателях с фазным ротором, имеющих подъемный щеточный механизм, щетки во время испытания должны быть подняты, а обмотка ротора замкнута накоротко. Для измерений на машинах постоянного тока без нагрузки щетки должны быть расположены на нейтральной оси.
6.2 Измерения в цепи возбуждения
- на клеммах обмотки возбуждения машин постоянного тока;
- в области контактных колец обмоток синхронных машин.
б) для машин с бесщеточными возбудителями (см. 3.4.3.3, б)) применимы следующие способы:
Сопротивление обмотки возбуждения измеряется после выключения машины с использованием процедуры экстраполяции в соответствии с 5.7.1;
Напряжения и токи должны измеряться при постоянной температуре.
6.3 Прямые измерения
6.3.1 Измерение вращающего момента
6.3.1.1 Общие указания
Входными и выходными мощностями являются:
Рисунок 1 - Схема измерения момента
Примечание - Для получения более точных результатов рекомендуется провести несколько измерений всех величин при каждой нагрузке в течение короткого промежутка времен, а в качестве результата использовать их средние значения.
6.3.1.2 Испытание с помощью измерителя вращающего момента
При испытании двигатель соединяется с нагрузочной машиной или генератор с приводным двигателем через измеритель вращающего момента. К испытуемой машине прикладывается требуемая нагрузка.
При каждом испытании регистрируются значения:
Измерения в цепи возбуждения проводятся согласно 6.2.
6.3.1.3 Испытание с помощью динамометра
Испытуемая машина соединяется с динамометром, который калибруется таким образом, чтобы его показание было равно нулю, когда вращающий момент вала также равен нулю (см. 5.5.3). К испытуемой машине прикладывается требуемая нагрузка.
При каждом испытании регистрируются значения:
Измерения в цепи возбуждения проводятся согласно 6.2.
6.3.2 Испытания с двухмашинным агрегатом
6.3.2.1 Общие сведения
Две одинаковые машины соединяются механически, как показано на рисунке 2.
Питание машин при испытании можно менять, однако приборы и измерительные преобразователи должны оставаться в цепи одной и той же машины.
6.3.2.2 Асинхронные машины
Клеммы питания испытуемого асинхронного двигателя (или генератора) подключаются к электромашинному или полупроводниковому преобразователю с низкими гармоническими искажениями, способному поставлять реактивную мощность и поглощать активную. Питание испытуемой машины производится номинальным напряжением и частотой; вторая машина должна питаться более низкой частотой для работы в генераторном режиме (испытуемая - в двигательном) или более высокой, когда работает в двигательном. Напряжение второй машины должно быть таким, чтобы соблюдалось необходимое для нее соотношение напряжения к частоте.
Далее источники питания двигателя и генератора меняются местами и испытание повторяется.
При каждом испытании регистрируются значения:
6.3.2.3 Синхронные машины
Значения напряжения и тока обеих машин должны быть одинаковыми, и испытуемая машина должна иметь номинальный коэффициент мощности. Это можно осуществить с помощью агрегата из машины постоянного тока и синхронной, отводящей энергию генератора в сеть.
Примечание - Коэффициент мощности и поток возбуждения второй машины будут отличаться от номинальных значений из-за потерь в двухмашинном агрегате.
Далее источники питания двигателя и генератора меняются местами, и испытание повторяется.
При каждом испытании регистрируются значения:
Измерения в цепи возбуждения проводятся согласно 6.2.
6.4 Косвенные измерения
6.4.1 Суммарные потери
6.4.1.1 Двухмашинный агрегат с питанием от одной сети
6.4.1.1.1 Общие сведения
Это испытание применимо к машинам постоянного тока, асинхронным машинам с фазным ротором и синхронным машинам. Две одинаковые машины соединяются механически, электрическое подключение осуществляется к одной сети питания так, что обе работают при номинальной скорости и номинальном напряжении - одна как двигатель, а другая как генератор.
Примечание - Как вариант, потери могут быть скомпенсированы тарированным приводным двигателем, вспомогательным агрегатом или комбинацией этих способов.
6.4.1.1.2 Машины постоянного тока
Нагрузочная машина подключается к напряжению питания последовательно с вольтодобавочным генератором, как показано на рисунке 3. Обе машины настраиваются таким образом, чтобы ток и напряжение соответствовали режиму, при котором требуется оценить КПД. Для испытания в двигательном режиме питание должно обеспечить номинальное напряжение и необходимую нагрузку на двигатель. Для испытания генератора, которому надо обеспечить номинальное напряжение и необходимую нагрузку, напряжение должно быть отрегулировано вольтодобавочным источником. Питающая сеть главным образом компенсирует потери холостого хода, а вольтодобавочный источник - нагрузочные потери.
Рисунок 3 - Схема двухмашинного агрегата постоянного тока при питании от одной сети
Если отсутствует вольтодобавочный источник, общее значение напряжения на зажимах машин устанавливается таким, чтобы среднее значение их токов было равно номинальному.
При каждом испытании регистрируются значения:
Измерения в цепи возбуждения проводятся согласно 6.2.
6.4.1.1.3 Асинхронные двигатели с фазным ротором
Фазный ротор испытуемой машины должен быть короткозамкнут, а ротор нагрузочной подключен к источнику, способному обеспечить номинальный ток при номинальной частоте скольжения. Регулировкой частоты и тока данного низкочастотного источника обеспечивается требуемая мощность двигателя.
При каждом испытании регистрируются значения:
6.4.1.1.4 Синхронные двигатели
Две одинаковые машины соединяются механически, как показано на рисунке 4, с таким угловым сдвигом роторов, что одна из машин работает с заданной нагрузкой, при которой измеряется КПД, а другая - с тем же самым абсолютным значением статорного тока.
Рисунок 4 - Схема двухмашинного синхронного агрегата с общим питанием
При каждом испытании регистрируются значения:
Измерения в цепи возбуждения проводятся согласно 6.2.
6.4.1.2 Испытание с нулевым коэффициентом мощности (синхронные машины)
Перед проведением испытания необходимо ознакомиться с предварительными результатами испытаний насыщенной машины на холостом ходу в режиме многофазного короткого замыкания и перевозбужденной машины с нулевым коэффициентом мощности в соответствии с разделами 25, 26 и 28 МЭК 60034-4.
Перевозбужденная машина со свободным концом вала работает на номинальной скорости. Значение напряжения питания устанавливается таким, чтобы электродвижущая сила Е оставалась без изменения, а значение тока соответствовало требуемой нагрузке. При этом машина работает с нулевым коэффициентом мощности.
Примечание 1 - Е - векторная сумма напряжения на зажимах и реактивного падения напряжения в соответствии с разделами 30 и 31 МЭК 60034-4.
Испытание должно проводиться при температуре, близкой к установившейся температуре в номинальном режиме. Коррекции температуры обмотки при этом не требуется.
Примечание 2 - В данном испытании значение напряжения питания должно быть таким, чтобы потери в стали были такими же, как при номинальном напряжении и номинальном коэффициенте мощности под нагрузкой. Если значение напряжения питания не устанавливается и равно номинальному, это означает, что активные потери в стали значительно отличаются от таковых при полной нагрузке. В принципе, реактивная мощность может вырабатываться (при перевозбужденной машине), но когда это невозможно из-за ограниченного напряжения возбудителя, испытание может проводиться при потреблении реактивной мощности (недовозбужденная машина), если возможен устойчивый режим работы.
Потери в обмотке возбуждения при заданной нагрузке могут быть найдены по значению тока возбуждения согласно пункту 31 МЭК 60034-4 (диаграмма Потье), пункту 32 (диаграмма ASA) или пункту 33 (Шведская диаграмма). Определение потерь возбудителя производится согласно разделу 6.4.3.3. Когда ЭДС Е при нулевом коэффициенте мощности отличается от таковой при требуемой нагрузке, изменение потерь в стали может быть найдено из кривой потерь (см. 6.4.2.3) и двух значений величины Е.
Примечание 3 - Точность данного метода зависит от точности ваттметра и измерительных трансформаторов при малом коэффициенте мощности.
При каждом испытании регистрируются значения:
Измерения в цепи возбуждения проводятся согласно 6.2.
6.4.2 Постоянные потери
6.4.2.1 Общие сведения
Машина постоянного тока или синхронная машина может быть испытана как при работе со свободным концом вала, так и при соединении с приводным двигателем, работая в генераторном режиме (получая мощность с вала, к которому приложен момент, измеряемый согласно 6.3.1.2 или 6.3.1.3).
6.4.2.2 Условия испытания на холостом ходу
Потери холостого хода должны быть установлены при следующих условиях:
- обеспечивается номинальная скорость и напряжение машины постоянного тока (добиться установкой тока возбуждения);
- обеспечивается номинальная частота и напряжение асинхронной машины;
- обеспечивается номинальная частота и напряжение синхронной машины (добиться установкой тока возбуждения) и единичный коэффициент мощности (минимальный ток) при работе со свободным концом вала.
Примечание 1 - Машина постоянного тока или синхронная машина с возбудителем на валу (см. 3.4.3.3, а)) должна быть возбуждена от отдельного источника, а возбудитель отсоединен от источника питания и обмотки возбуждения.
Потери холостого хода считают установившимися, если подводимая мощность, измеряемая дважды с интервалом 30 мин, изменяется не более чем на 3%.
Примечание 2 - Потери холостого хода также считают установившимися, если испытание на холостом ходу выполняется сразу после испытания под нагрузкой.
6.4.2.3 Потери трения и вентиляционные, потери в стали
Испытание проводится как минимум при семи значениях напряжения, включая номинальное, так, чтобы:
- не менее четырех значений располагались с приблизительно одинаковым интервалом в пределах от 125% до 60% от номинального напряжения;
- не менее трех значений располагались с приблизительно одинаковым интервалом в пределах от 50% до 20% от номинального напряжения или (для машины со свободным концом вала) до напряжения, при котором ток перестает уменьшаться.
Для машин постоянного тока со свободным концом вала скорость должна поддерживаться постоянной путем регулировки тока возбуждения.
Испытание должно быть выполнено как можно быстрее с изменением значения напряжения в сторону убывания.
При каждом испытании регистрируются значения:
Измерения в цепи возбуждения проводятся согласно 6.2.
Примечание 2 - Для больших синхронных машин рекомендуется записать и другие величины, влияющие на КПД. Например, температуру хладагента, чистоту и давление газа, температуру и вязкость смазки подшипниковых узлов.
6.4.3 Потери цепи возбуждения
6.4.3.1 Испытание под нагрузкой
Машина испытывается при номинальной нагрузке, как описано в 6.4.4.1, до достижения установившегося температурного режима. Записываются значения величин согласно 6.2.
6.4.3.2 Определение потерь без испытания под нагрузкой
Примечание - Для машин, у которых не могут быть выполнены вышеупомянутые испытания, вычисление потерь возбуждения проводится по величине тока, заявленной изготовителем.
6.4.3.3 Потери возбудителя
Возбудитель отсоединяется, если это возможно, от основной машины и присоединяется к:
а) измерителю вращающего момента для определения подводимой механической мощности согласно 6.3.1;
б) тарированному двигателю для измерения потребляемой им электроэнергии.
При каждом испытании регистрируются значения:
Примечание - В случае соединения возбудителя с валом тарированного двигателя регистрируется потребляемая двигателем электрическая мощность.
Если возбудитель не может быть отсоединен от машины, потери возбудителя должны быть сообщены изготовителем.
6.4.4 Потери при испытаниях под нагрузкой
6.4.4.1 Испытание на нагрев при номинальной нагрузке
Машина должна работать с номинальной нагрузкой до тех пор, пока не установится тепловое равновесие (допустимый перепад температуры 2 °С в час).
В конце испытания с номинальной нагрузкой регистрируются значения:
Регистрируемые величины для определения потери в обмотках возбуждения и дополнительных потерь при испытании под нагрузкой определяются в соответствии с 6.4.3.1 и 6.4.5.3.
6.4.4.2 Испытание по нагрузочной характеристике
Примечание 1 - Это испытание применяется главным образом для определения дополнительных потерь в асинхронных двигателях.
Машина должна быть нагружена и испытана при шести значениях нагрузки. Четыре значения нагрузки должны быть равномерно распределены в диапазоне от 25% до 100% номинальной нагрузки включительно. Два значения приблизительно с таким же интервалом устанавливаются выше 100%, но не более 150% номинальной нагрузки. Испытание следует начинать с задания самой высокой нагрузки, затем ее уменьшая. Это испытание должно быть выполнено по возможности быстро, чтобы минимизировать изменение температуры машины.
Примечание 2 - В машинах переменного тока сопротивления могут также быть определены путем измерения температуры обмотки статора с помощью установленных на ней датчиков. Сопротивления для каждого значения нагрузки могут тогда быть определены в зависимости от температуры обмотки относительно сопротивления и температуры, измеренной перед началом испытания.
Для каждого значения нагрузки регистрируются:
6.4.4.3 Испытание под нагрузкой с пониженным напряжением (асинхронные машины)
В данном методе предполагается, что при пониженном напряжении и поддержании постоянной скорости, значения тока уменьшаются пропорционально напряжению, а значения мощности - квадрату напряжения.
При пониженном напряжении регистрируются значения:
При номинальном напряжении регистрируются значения:
6.4.4.4 Метод схемы замещения (асинхронные машины)
6.4.4.4.1 Общие сведения
Применение данного метода к асинхронным машинам требует знания следующих величин:
Примечание 1 - При использовании метода схемы замещения в 6.4.4.4 и 8.2.2.4.3 все напряжения, токи и полные сопротивления являются фазными для трехфазной машины в схеме "звезда", активные и реактивные мощности относятся к машине в целом.
Примечание 3 - Метод определения параметров схемы замещения описан в 8.2.2.4.3.
6.4.4.4.2 Испытания на пониженной частоте
Машина с заторможенным ротором питается от трехфазного регулируемого преобразователя частоты, способного устанавливать частоты до 25% от номинальной при номинальном токе. Среднее значение сопротивления должно быть получено по результатам измерений при различных положениях ротора относительно статора.
Примечание 1 - Во время испытаний преобразователь частоты, будь он электромашинный или статический, должен на выходе обеспечивать практически синусоидальный ток.
Примечание 2 - Обмотка ротора машины с фазным ротором должна быть при испытании короткозамкнута.
При испытании машина питается номинальным током при трех, по крайней мере, частотах: первой - не менее чем 25%, а второй и третьей - между 25% и 50% от номинальной частоты. Во время этого кратковременного испытания температура статорной обмотки не должна повыситься более чем на 5 °С.
При испытаниях для трех значений частот регистрируются значения:
6.4.4.4.3 Испытания при номинальной частоте
Значение полного сопротивления может быть определено с помощью следующих испытаний:
а) реактивное сопротивление определяется при испытании при заторможенном роторе, номинальных частоте и токе и пониженном напряжении. Регистрируются значения напряжения, тока, мощности, частоты и температуры;
б) сопротивление ротора определяется одним из двух испытаний:
1) при номинальной частоте и номинальном напряжении с уменьшенной нагрузкой регистрируются значения напряжения, мощности, тока, скольжения и температуры для каждого значения нагрузки;
2) при отключении от сети двигателя, работающего на холостом ходу при номинальной частоте и номинальном напряжении, регистрируются значения напряжения разомкнутой цепи статора и температуры обмотки в функции времени.
Примечание - Данное испытание предполагает относительно низкий ток вытеснения в роторе.
6.4.5 Дополнительные потери от нагрузки
6.4.5.1 Двухмашинный агрегат при питании от одной сети (машины постоянного тока)
Этот метод позволяет определить дополнительные потери при наличии двух идентичных машин постоянного тока. Обе машины должны быть соединены механически и питаться от одного источника постоянного тока, причем последовательно с машиной, работающей в генераторном режиме, включается вольтодобавочный генератор (см. рисунок 6).
Рисунок 6 - Схема двухмашинного агрегата при питании от одной сети (машины постоянного тока)
Если машина предназначена для работы в двигательном режиме, ее питание должно осуществляться номинальными для нее напряжением и током. Машины, разработанные как генераторы, должны питаться номинальным для генератора напряжением и током. Управляя возбуждением, следует добиться соответствия ЭДС испытательной нагрузке.
Примечание - Питающая сеть главным образом покрывает потери холостого хода, а вольтодобавочный источник - потери от нагрузки.
При испытании машины с возбудителем на валу ее обмотка возбуждения должна питаться от отдельного источника.
При достижении теплового равновесия регистрируются значения:
6.4.5.2 Потери при питании машины постоянного тока от выпрямителя, вызванные пульсациями тока
Данные потери определяются при испытании нагруженной машины, питаемой соответствующим выпрямителем (см. МЭК 60034-19).
При испытании регистрируются значения:
Примечание - Для двигателей с последовательным возбуждением при малых нагрузках пульсации тока приводят к увеличению вращающего момента (этим увеличением можно пренебречь).
6.4.5.3 Испытание под нагрузкой с измерением вращающего момента (асинхронные машины)
Для определения добавочных потерь испытание под нагрузкой проводится согласно 6.4.4.2 с измерителем вращающего момента, удовлетворяющим требованиям 5.5.4.
Для каждого значения нагрузки дополнительно регистрируется вращающий момент Т.
6.4.5.4 Испытание с вынутым ротором и обратным вращением поля (асинхронные машины)
6.4.5.4.1 Общие сведения
Определение добавочных потерь производится на основе двух испытаний:
а) с вынутым ротором (для определения добавочных потерь от основной частоты);
б) с машиной, принудительно вращающейся на синхронной скорости против поля (для определения высокочастотных добавочных потерь).
6.4.5.4.2 Испытание с вынутым ротором
При данном испытании все элементы конструкции, в которых могут индуцироваться токи, например подшипниковые щиты, должны оставаться на месте.
Для каждого значения тока нагрузки регистрируются с индексом rm:
6.4.5.4.3 Испытание с вращением против поля
При данном испытании полностью собранная машина соединяется с приводным двигателем мощностью не меньше чем общая сумма номинальных потерь и не больше чем пятикратные номинальные потери испытуемой машины. Если для определения мощности на валу используется измеритель вращающего момента, максимальный измеряемый момент не должен превышать в десять раз момент, соответствующий номинальным суммарным потерям испытуемой машины. Для машин с фазным ротором клеммы ротора должны быть замкнуты накоротко.
Испытуемая машина вращается с синхронной скоростью в направлении, противоположном нормальному чередованию фаз:
б) к статору двигателя прикладывается напряжение, при котором величина тока статора равна значениям, полученным при испытании с вынутым ротором.
Для каждого значения тока нагрузки регистрируются с индексом rr:
Примечание - Низкий коэффициент мощности при испытании может потребовать коррекции показаний ваттметра.
6.4.5.5 Испытание по схеме "звезда" (асинхронные машины)
|
|
|
- для схемы "звезда"
|  , | (5) |
- для схемы "треугольник" |  . | (6) |
Рисунок 7 - Схема испытания "звезда"
|
|
|
- для схемы "звезда" |  , | (7) |
- для схемы "треугольник" |  . | (8) |
|
|
|
- для схемы "звезда" |  , | (9) |
- для схемы "треугольник" |  . | (10) |
Чтобы избежать чрезмерного и неравномерного нагревания трех фаз, испытание должно быть проведено на холодной машине как можно быстрее.
При каждом испытательном напряжении регистрируются значения:
Примечание 1 - При данном испытании недопустимо усреднение значений сопротивления фаз.
Примечание 2 - Значения сопротивления также могут быть определены при измерении температуры обмотки статора; для чего используются датчики температуры, установленные на обмотке. Значения сопротивления для каждого испытательного тока в этом случае могут быть определены по соотношению температуры в данной точке и температуры, измеренной перед началом испытания.
Примечание 3 - Широко применяемые ваттметры симметрируют три фазы двигателя, образуя виртуальную звезду. Однако при данном испытании используется принципиально несимметричное питание. Поэтому важно гарантировать, что отсутствует заземление нуля звезды и не установлена виртуальная звезда. Должна быть собрана цепь в точном соответствии с рисунком 7.
6.4.5.6 Испытания при коротком замыкании и на холостом ходу (синхронные машины)
6.4.5.6.1 Испытание при коротком замыкании в двухмашинном агрегате
Испытуемая машина с короткозамкнутой обмоткой якоря (статора) соединена с приводным двигателем, при этом регистрируется вращающий момент с помощью измерителя момента (см. 6.3.1.2) или динамометра (см. 6.3.1.3). Машина работает на номинальной скорости при таком возбуждении, чтобы значение тока в короткозамкнутой обмотке было равно номинальному.
Примечание - Машина с возбудителем на валу (см. 3.4.3.3 а)) должна быть возбуждена от независимого источника, а возбудитель отключен от питания и обмотки возбуждения.
Предполагается, что сумма потерь от нагрузки и добавочных потерь не зависит от температуры и приведение к нормативной температуре не требуется. Предполагается также, что добавочные потери изменяются в функции квадрата тока статора.
При проведении испытания регистрируются значения:
Измерения в цепи возбуждения проводятся согласно 6.2.
6.4.5.6.2 Испытание на холостом ходу
Машина работает в режиме синхронного двигателя при неизменном напряжении величиной 1/3 от номинального или ниже, если возможна устойчивая работа. Ток якоря (статора) регулируется изменением значения тока возбуждения в пределах 125% и 25% от номинального. Измерения проводятся при шести значениях тока статора в данном диапазоне и должны включать одно или два измерения при наименьшем значении тока. Максимальное значение тока при испытании, обычно составляющее 125% от номинального, должно быть заявлено изготовителем, хотя иногда обмотка ротора может не допускать превышения 100% от номинального тока. Начинать испытание следует с измерений при наибольшем значении тока, чтобы обеспечить более постоянную температуру обмотки статора во время испытания.
При испытании регистрируются значения:
Измерения в цепи возбуждения проводятся согласно 6.2.
Примечание - Для машин большой мощности значение максимального тока может быть ограничено 60%-70% от значения номинального тока ротора.
7 Определение КПД машины постоянного тока
7.1 Определение КПД прямыми измерениями
7.1.1 Испытание путем измерения вращающего момента
При испытании, проведенном согласно 6.3.1, КПД рассчитывается по формуле:
7.1.2 Испытание в двухмашинном агрегате
Если две одинаковые машины работают в номинальном режиме, КПД вычисляется по половине общих потерь и средней входной мощности двигателя и генератора следующим образом
7.2 Определение КПД косвенным методом
7.2.1 Суммарные потери
7.2.1.1 Двухмашинный агрегат с питанием от одной сети
Если две одинаковые машины работают в номинальном режиме, КПД вычисляется исходя из того, что потери в каждой машине равны половине суммарных.
КПД рассчитывается по формуле
7.2.2 Суммирование отдельных потерь
7.2.2.1 КПД
КПД определяется по формуле
Примечание 1 - Обычно первая часть равенства применяется для двигателя, вторая - для генератора.
7.2.2.2 Суммарные потери
Общие потери вычисляются как сумма отдельных потерь по 7.2.2.3-7.2.2.6:
7.2.2.3 Постоянные потери
7.2.2.3.1 Определение постоянных потерь
Постоянные потери определяются по формуле
7.2.2.3.2 Трение и вентиляционные потери (дополнительно)
7.2.2.3.3 Потери в стали (дополнительно)
|
|
|
для двигателя: |  ; | (20) |
для генератора: |  , | (21) |
Потери в стали определяются по формуле
7.2.2.4 Потери от нагрузки
7.2.2.4.1 Потери в обмотках цепи ротора
Для каждой заданной нагрузки определяются потери в обмотках цепи ротора
7.2.2.4.2 Электрические потери в щетках
Потери в щетках определяются с использованием справочного падения напряжения на щетке по формуле
1,0 В - для угольных, электрографитных или графитных щеток;
0,3 В - для металлоуглеродных щеток;
7.2.2.5 Потери в цепи возбуждения
При испытании под нагрузкой согласно 6.4.3.1 потери в обмотке возбуждения рассчитываются по формуле
Во всех других случаях потери должны вычисляться.
7.2.2.6 Добавочные потери от нагрузки
7.2.2.6.1 Потери от постоянной составляющей тока (испытание в двухмашинном агрегате при питании от одной сети)
Дополнительные потери в каждой машине определяются при номинальном токе по измеренным величинам по 6.4.5.1:
Для определения потерь при других режимах работы используется поправочный коэффициент в соответствии с таблицей 5.
Таблица 5 - Поправочные коэффициенты
|
|
Отношение максимальной частоты вращения к номинальной | Поправочный коэффициент |
1,5:1 | 1,4 |
2:1 | 1,7 |
3:1 | 2,5 |
4:1 | 3,2 |
7.2.2.6.2 Потери от переменной составляющей тока
Дополнительные потери в якорной цепи от переменной составляющей напряжения питания рассчитываются по формуле
7.2.2.6.3 Приближенная оценка добавочных потерь от постоянной и переменной составляющих
Предполагается, что потери постоянного тока изменяются как квадрат тока и что их суммарная величина при номинальном токе составляет:
а) для машин без компенсации
- 1% номинальной подводимой мощности для двигателей,
- 1% номинальной отдаваемой мощности для генераторов;
б) для машин с компенсацией
- 0,5% номинальной входной мощности для двигателей,
- 0,5% номинальной выходной мощности для генераторов.
Для машин с неизменной частотой вращения номинальная мощность - мощность с номинальным током и номинальным напряжением.
Для двигателей с частотой вращения, регулируемой изменением приложенного напряжения, номинальная подводимая мощность определяется для каждой частоты вращения как произведение напряжения, соответствующего этой частоте вращения, на максимальный номинальный ток, взятый из всего диапазона.
Для двигателей с частотой вращения, регулируемой ослаблением поля, номинальная подводимая мощность определяется как произведение номинального напряжения на максимальный номинальный ток. Для генераторов с изменяющейся скоростью и стабилизацией напряжения полем номинальная отдаваемая мощность определяется как произведение номинального напряжения на максимальный номинальный ток. Добавочные потери при скорости, соответствующей полному потоку, должны определяться по пунктам а) и б). Добавочные потери при других скоростях вычисляются умножением этой величины на соответствующий поправочный коэффициент из таблицы 5.
Для отношений максимальной частоты вращения к номинальной, отличающихся от приведенных в таблице 5, соответствующие поправочные коэффициенты определяются интерполяцией.
Для двигателей, питающихся от полупроводниковых преобразователей, если коэффициент пульсаций тока якоря превышает 0,1, добавочные потери от переменной составляющей должны быть определены согласно 7.2.2.6.2 дополнительно к рассчитанным выше.
8 Определение КПД асинхронных машин
8.1 Определение КПД прямыми измерениями
8.1.1 Испытание с измерением вращающего момента
Для испытаний, проведенных в соответствии с 6.3.1, КПД вычисляется по формуле
8.1.2 Измерение в двухмашинном агрегате при питании от двух сетей
Если две одинаковые машины работают в номинальном режиме, КПД может быть рассчитан по половине суммарных потерь и средней потребляемой мощности двигателя и генератора по формуле
8.2 Определение КПД косвенным методом
8.2.1 Суммарные потери в двухмашинном агрегате при питании от одной сети
Если две одинаковые машины работают в номинальном режиме, КПД может быть рассчитан по половине суммарных потерь по формуле
8.2.2 Суммирование составляющих потерь
8.2.2.1 КПД
КПД определяется из следующих равенств по формуле
Примечание - Первое равенство используется для двигателя, второе - для генератора.
8.2.2.2 Суммарные потери
Суммарные потери рассчитываются как сумма постоянных потерь по 8.2.2.3, потерь от нагрузки по 8.2.2.4 и дополнительных потерь от нагрузки по 8.2.2.5:
8.2.2.3 Постоянные потери
8.2.2.3.1 Общие сведения
8.2.2.3.2 Потери трения и вентиляционные
Примечание - Предполагается, что найденные потери трения и вентиляционные постоянны при любом значении нагрузки.
8.2.2.3.3 Потери в стали
8.2.2.4 Потери от нагрузки
8.2.2.4.1 Испытание под нагрузкой
8.2.2.4.1.1 Общие сведения
Потери от нагрузки для определения номинального КПД определяются по данным, полученным по 6.4.4.1. Дополнительные потери от нагрузки определяются по данным, полученным по 6.4.4.2.
8.2.2.4.1.2 Потери в обмотке статора и температурная поправка
Потери в обмотке статора при заданной нагрузке определяются по формуле
Приведенные к номинальной температуре хладагента 25 °С потери обмотки статора при заданной нагрузке определяются по формуле
8.2.2.4.1.3 Потери в обмотке ротора и температурная поправка
Потери в обмотке ротора при заданной нагрузке определяются по формуле
Приведенные к номинальной температуре хладагента 25 °С потери обмотки ротора при заданной нагрузке определяются по формуле
8.2.2.4.1.4 Электрические потери в щеточном узле (только для фазного ротора)
Данные потери включены в состав потерь, описанных в 8.2.2.4.1.3. Потери в щеточном узле на фазу определяются по формуле
1,0 В - для угольных или графитных щеток,
0,3 В - для металлографитных щеток;
8.2.2.4.2 Потери при испытании под нагрузкой с пониженным напряжением
По результатам испытания, описанного в 6.4.4.3, вычисляются значения тока под нагрузкой и потребляемой мощности при номинальном напряжении
|
|
|
где |  , | (43) |
|  . | (44) |
Примечание - Символы с чертой сверху обозначают векторы (см. рисунок 8).
8.2.2.4.3 Потери по методу схемы замещения
8.2.2.4.3.1 Измеряемые величины
Метод основан на Т-образной схеме замещения (см. 6.4.4.4 и рисунок 5).
Примечание - При использовании данного метода все напряжения, токи и полные сопротивления являются фазными для трехфазной машины, включенной по схеме "звезда"; активные и реактивные мощности относятся к машине в целом.
Данная процедура основана на методе, описанном в 6.4.4.4.2. При использовании метода, описанного в 6.4.4.4.3, необходимо учесть следующее:
а) реактивные сопротивления вычислены согласно 8.2.2.4.3.2;
б) приведенное сопротивление ротора определено:
Реактивные мощности определяются при
- испытании с заторможенным ротором с уменьшающейся частотой (6.4.4.4.2)
8.2.2.4.3.2 Параметры схемы замещения
Параметры схемы замещения определяются в несколько этапов.
Расчет проводится с использованием следующих величин в качестве исходных:
Сопротивление, характеризующее потери в стали на фазу при номинальном напряжении, рассчитывается по формуле
Сопротивление ротора рассчитывается для каждого измерения реактивного сопротивления при проведении испытаний с заторможенным ротором при различных частотах по формуле
Примечание - Температура обмотки ротора может сильно отличаться от температуры обмотки статора, поэтому метод неточен.
Сопротивление ротора приводится к нормативной температуре (см. 5.7.2, и таблицу 4) для каждой частоты и рассчитывается по формуле
Для каждого заданного промежуточного значения нагрузки вычисляются значения полного, активного, реактивного сопротивлений и проводимости (см. рисунок 9) в зависимости от скольжения:
Рисунок 9 - Упрощенная схема замещения асинхронной машины
Затем вычисляются значения сопротивлений относительно клемм по формулам:
8.2.2.4.3.3 Токи и потери
В следующей последовательности рассчитываются:
|
|
- ток фазы статора  ; | (61) |
- ток фазы ротора  ; | (62) |
- мощность, передаваемая в ротор через зазор,  ; | (63) |
- потери в стали  ; | (64) |
- потери в обмотках статора и ротора  ,  ; | (65) |
Суммарные потери рассчитываются по формуле
КПД в двигательном режиме рассчитывается по формуле
8.2.2.5 Добавочные потери от нагрузки
8.2.2.5.1 Испытание под нагрузкой с измерением вращающего момента
Остаточные потери определяются для каждой нагрузки путем вычитания из потребляемой мощности отдаваемой мощности, потерь в обмотках статора, потерь в стали, потерь трения и вентиляционных, а также потерь в обмотках ротора, соответствующих определенному скольжению
8.2.2.5.1.2 Сглаживание данных по остаточным потерям
Экспериментальные значения остаточных потерь должны быть аппроксимированы прямой с использованием линейного регрессионного анализа (см. рисунок 10), зависимости потерь от квадрата вращающего момента рассчитываются по формуле
Рисунок 10 - Аппроксимация экспериментальных значений остаточных потерь
Коэффициент корреляции рассчитывается по формуле
Когда постоянная А установлена, величина добавочных потерь под нагрузкой для каждого значения нагрузки рассчитывается по формуле
8.2.2.5.2 Испытание с вынутым ротором и обратным вращением поля
Сглаженные значения мощностей, таким образом, будут следующими:
Если данные получены правильно, соотношения между мощностью и током имеют квадратичный характер.
Добавочные потери под нагрузкой рассчитываются по формуле
Для каждого значения тока добавочные потери на основной частоте рассчитываются по формуле
Дополнительные потери под нагрузкой в требуемом режиме работы могут быть определены путем выполнения следующих процедур:
8.2.2.5.3 Приближенная оценка добавочных потерь по мощности
Рисунок 11 - График для определения добавочных потерь
Для асинхронных машин приведенный график описывается следующими формулами
|
|
|
для  1 кВт |  , | (80) |
для 1 кВт  10000 кВт |  , | (81) |
для  10000 кВт |  . | (82) |
Для нагрузок, отличных от номинальных, можно считать, что дополнительные потери под нагрузкой определяются разностью квадратов первичного тока и тока без нагрузки.
Примечание - Данный метод дает результат, превышающий, как правило, результаты более точных методов оценки добавочных потерь согласно 8.2.2.5.1 или 8.2.2.5.2.
8.2.2.5.4 Испытание по схеме "звезда"
8.2.2.5.4.1 Определение промежуточных величин
При каждом испытании согласно 6.4.5.5 определяются промежуточные величины по уравнениям в соответствии с приложением Б.
8.2.2.5.4.2 Сглаживание данных добавочных потерь под нагрузкой
9 Определение КПД синхронных машин
9.1 Определение КПД прямым методом измерений
9.1.1 Определение КПД по вращающему моменту
При испытании согласно 6.3.1 КПД рассчитывается по формуле
9.1.2 Измерение в двухмашинном агрегате при питании от двух сетей
Если две соединенные машины работают в номинальных условиях, КПД должен быть рассчитан, исходя из учета половины суммарных потерь и средней потребляемой мощности двигателя и генератора, по формуле
9.2 Определение КПД методами косвенных измерений
9.2.1 Суммарные потери
9.2.1.1 Измерение в двухмашинном агрегате при питании от одной сети
Если две соединенные машины работают в номинальных условиях, КПД должен быть рассчитан, исходя из учета половины суммарных потерь каждой машины, по формуле
9.2.1.2 Испытание с нулевым коэффициентом мощности
Для каждого значения нагрузки рассчитывается КПД в соответствии с 6.4.1.2:
Суммарные потери определяются в зависимости от типа возбуждения:
а) для машин с типом возбуждения в) и г) в соответствии с 3.4.3.3 по формуле
б) для машин с типом возбуждения а) и б) по 3.4.3.3:
Примечание - Уравнения приведены для работы в двигательном режиме.
9.2.2 Суммирование составляющих потерь
9.2.2.1 Определение КПД
КПД рассчитывается по формуле
Примечание 1 - Как правило, первое выражение чаще используется для двигателя, а второе - для генератора.
9.2.2.2 Суммарные потери
Суммарные потери, включая потери в цепи возбуждения, рассчитываются по формуле
9.2.2.3 Постоянные потери
9.2.2.3.1 Общие сведения
Для каждого значения напряжения, заданного в 6.4.2.3, постоянные потери рассчитываются по формуле
Для машин с бесщеточными возбудителями потери в цепи возбуждения рассчитываются по формуле
9.2.2.3.2 Потери на трение и вентиляционные
Примечание - Предполагается, что найденные потери трения и вентиляционные постоянны при любом значении нагрузки.
9.2.2.3.3 Потери в стали
9.2.2.4 Потери в цепи возбуждения
9.2.2.4.1 Общие сведения
Для каждого значения нагрузки потери в цепи возбуждения рассчитываются по формуле
9.2.2.4.2 Испытание под нагрузкой
9.2.2.4.3 Испытание без нагрузки
9.2.2.4.4 Электрические потери в щеточном узле
Потери в щетках рассчитываются по формуле
1,0 В - для угольных, электрографитных или графитных щеток;
0,3 В - для металлоуглеродных щеток;
9.2.2.5 Потери под нагрузкой
9.2.2.5.1 Испытание под нагрузкой
При каждой нагрузке потери в обмотке статора рассчитываются по формуле
9.2.2.5.2 Испытание без нагрузки
Потери в обмотке статора рассчитываются по формуле
9.2.2.6.1 Испытание в двухмашинном агрегате
Для машин с бесщеточным возбудителем потери рассчитываются по формуле
Для отличных от номинального значений нагрузки дополнительные потери рассчитываются по формуле
9.2.2.6.2 Испытание на холостом ходу с пониженным напряжением
Дополнительные потери под нагрузкой определяются по 6.4.5.6.2.
Приложение А
(обязательное)
Коррекция результатов динамометрического измерения вращающего момента
Примечание - Данный метод коррекции применяется при наличии подшипников между устройством измерения вращающего момента и валом двигателя.
А.1 Коррекция по результатам испытания двигателя на холостом ходу
А.1.1 Динамометр присоединен к двигателю
А.1.2 Динамометр отсоединен от двигателя
А.1.3 Коррекция результатов измерения динамометром
А.2 Коррекция по результатам испытания с отсоединенным двигателем
Примечание - Это испытание невозможно при нагрузочных устройствах, действующих только в тормозных режимах, например при использовании электромагнитных тормозов.
Приложение Б
(обязательное)
Расчеты для метода соединения "звезда"
По результатам испытаний значения напряжений и токов рассчитываются по формулам:
