Недавно задался вопросом, каким образом можно измерить КПД электродвигателя?
Пока на ум ничего не пришло...(

p.s. имеется вииду, кто с работал с подобным оборудование для измерения? есть какие-либо рекомендации?

Сообщение отредактировал TigerSHARC - Sep 8 2012, 15:42

Замерить мощность, подводимую к двигателю из сети, потом замерить мощность, снимаемую с вала, и поделить вторую на первую. Тут двумя днями раньше была очень похожая тема. Один из вариантов - использовать балансирную машину:
http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=105807

P.S.
По дороге домой придумал еще один вариант. Если у вас есть еще один такой же двигатель. то связываем двигатели валами, непосредственно, без редуктора, чтобы один двигатель вращал другой, работающий в генераторном режиме. Обмотки получившегося генератора нагружаем на известное сопротивление и измеряем на нем мощность. Дальше просто - делим потери между двигателем и генератором поровну и вычисляем КПД ...

Так , в связке двух машин, КПД в принципе вычислить можно. Когда-то вычислял практически для коллекторных машин.
Но если поделить поровну КПД будет занижен. Предположим, подвели 10 ватт к такой связке и получили с генератора 5. Если потери поровну, то в генераторе потеряно 2.5 ватта, на его входе 7.5 и КПД 0.66.
А если подумать внимательнее, то мы имеем произведение двух КПД по 0.707. В двигателе потеряно 2.93 ватта и выдано 7.07. В генераторе потеряно 2.07 и выдано 5.

А нельзя ли попробовать по методу пивовара Джоуля Джеймса Прескотта?
В калориметрический сосуд наливаем точно известное количество воды и мешаем несколько минут насадкой на валу двигателя. Измерив разность температур до размешивания и после можем вычислить работу. Ну а мощность потребляемую во время размешивания мы записали.
Кстати, таким методом и очень могучие машины испытывали. По температуре проточной воды на выходе мешалки.

Вот именно что могучие, а так ведь ещё будут теплопотери от охлаждения и испарения воды.

Наверное лучше каким-либо образом добиться того чтобы двигатель поднимал груз с помошью механических приспособлений.

З Ы КПД наверное немного разный в зависимости от нагрузки бывает.

А я поддержу уважаемого Microwatt. Неужели Вы полагаете, что инженеры при измерениях калориметрическим методом забыли про теплоизоляцию и испарение? А про механический способ написал уважаемый Kovigor. Вы прочитали материал по ссылке?

Про зависимость КПД от нагрузки вопрос не стоял, видимо у ТС есть определенная нагрузка.

P.P.S. TigerSHARC Думал втупую погуглить измерители механической мощности, но не нашел ничего подходящего.

Непосредствено на вал двигателя закрепляете маховик, с известным механическим моментом инерции. Еще потребуется датчик для измерения мгновенной скорости вращения (лучше какой-нибудь оптический энкодер, чтобы поменьше влиял на механику). При разгоне вся полезная мощность на валу двигателя будет расходоваться на увеличение кинетической энергии маховика. Аэродинамическими потерями можно пренебречь (при правильной форме маховика).
Подключаете двигатель к источнику питания и снимаете кривую разгона от нуля до максимальных (номинальных) оборотов - фиксируете мгновенные значения подводимой электрической мощности и мгновенные значения угловой скорости. Вычисляете мгновенные угловые ускорения и, по известному моменту инерции, определяете мгновенную механическую мощность. Путем несложных расчетов определяете КПД, в зависимости от скорости вращения.
После завершения разгона, можно вместо источника питания подключить внешнюю электрическую нагрузку, и аналогичным способом определить КПД двигателя уже в генераторном режиме.

Метод, несомненно, остроумный и достаточно точный при огромной массе маховика и какой-то его начальной скорости.
Но если разгон будет идти секунды, то замерять точно время и обороты достаточно трудно, нужно делать это автоматически. Кроме того, электродвигатель имеет очень разный КПД в зависимости от скорости вращения. При старте с нуля он будет очень низким.
С некоторыми статическими погрешностями КПД маломощного двигателя можно, наверное, определить, наматывая на тонкую спицу-вал нить с подвешенным грузом за определенное время или поднимая груз через хорошо смазанную пару винт-гайка.
Похоже, у нас открывается тема "101 способ измерения КПД"

Сосчитать потери, поделить на затраты.
Получим коэффициент бесполезного действия. Осталось вычесть из единицы - вот и КПД.

Огромная масса маховика совсем не обязательна. Требуемый момент инерции маховика можно достаточно точно оценить по номинальной мощности двигателя, как правило, заранее известной. Разгоняется же двигатель в реальных механизмах под нагрузкой - здесь та же ситуация, только механическая нагрузка достигается немного иным способом. Преимущество такого подхода в том, что полезная механическая мощность ни куда не теряется и полностью переходит в кинетическую энергию маховика, исключая ничтожные аэродинамические потери. Поэтому, определить ее можно очень точно по динамике разгона - измеряя угловую скорость.
Конечно, потребуется полная автоматизация процесса измерения. Однако, не вижу особой проблемы в организации синхронного измерения тока, напряжения и угловой скорости, с дискретностью, скажем, 1мс, например. Мне думается, что все это мероприятие, даже с изготовлением измерителя и вытачиванием и балансировкой маховика, обойдется несколько дешевле закупки специальных тормозных стендов для этих целей. А результат будет не хуже.

КПД электродвигателя на разных оборотах существенно отличается.
Особенно для трехфазных.
Поэтому фокус с маховиком не пройдет.

Пишите, даже не разобравшись в сути дела...
В процессе разгона получите значения КПД для всех значений угловой скорости - от нуля до номинала.

Можно сделать тормозной стенд из шкива со скользящим ремнем, который натягивается двумя динамометрами.
По разности их показаний получаем силу, умножаем на радиус = момент.
Меняя натяжение, можно менять момент нагрузки.
Далее, измеряем скорость, напряжение и ток - получаем КПД. Желательно это все усреднить хотя бы за нексолько оборотов.
КПД действительно зависит от оборотов и нагрузки.
Например, для асинхроных двигателей при частоте вращения ниже 80% или выше 98% от частоты питания - КПД падает в разы (цифры условные, но близкие к реальности).
Также, при малой нагрузке КПД снижается. Т.е. есть зона макс. КПД, которая и соответствует номинальным условиям эксплуатации.
Кстати, знаете ли Вы, что у асинхронных двигателей при понижении нпар. питания повышается потр. ток (при той же нагрузке на валу)?

Вы правы.

Если есть данные о скорости вращения вала и потребляемой электрической мощности, можно ли замерить КПД в таком случае? и как?

p.s. я думал изначально что КПД можно измерить поделив потребляемую мощность на мощность указанную в паспорте.

В общем случае, для определения КПД этой информации не достаточно. Но достаточно в случае, который описан мною выше.