直流电机效率测试的计算与纹波因数及波形因数的计算

　　直流电机（direct current machine）是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。

　　直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

　　直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

　　感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。

　　导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。

　　直流电机的效率测试和计算方法

　　效率测试是所有电传动部件及系统重要检验项目，GB 755 旋转电机定额及性能标准中对各类电机设备效率检测方法进行了详细的介绍。旋转电机效率测试主要有直接测试法及损耗分析法，效率的直接测试方法是通过对直流电机输入输出功率的直接测试而求得效率的方式，下面本文对直流电机效率的直接测试相关试验方法及计算进行详细介绍。

　　一、直流电机输入功率和输出功率的测量

　　直接测定效率时，电动机的输入功率用电工仪表测量，输出功率的机械功率用测功机、转矩测量仪测量；发电机的输出功率用电工仪表测量，输入功率用测功机、转矩测量仪测量。

　　输入功率用电压乘电流来计算，试验电源为整流电源时要求采用真实读书瓦特表或指示电压、电流瞬时值乘积平均值的其他测量装置直接测取电枢回路输入功率，也可分别测量直流功率分量和交流功率分量然后求和。

　　测功机的功率，在与被试电机同样的转速下应不超过被试电机额定功率的三倍；转矩测量仪的标称转矩，应不超过被试电机额定转矩的三倍。测功机与被试电机之间应用弹性联轴器连接，连接应保证良好、同心。

　　二、直流电机效率直接测试方法

　　直流电机效率直接测试试验时，被试电机应在额定功率或额定转矩、额定电压及额定转速下运行至热稳定，读取输入或输出的电压、电流、功率、转速及转矩，并保存周围冷却空气温度，然后立即测定串励、并（他）励及电枢绕组的电阻，并将冷却空气温度换算至25℃。

　　三、直流电机效率直接测试相关计算

　　被试电动机的输出机械功率P2按照下式1计算：

　　式中：

　　TM——被试电动机输出转矩，N.m；

　　nM——被试电动机转速，r/min。

　　被试电动机的效率ηM按照下式2计算：

　　式中：

　　P1——被试电动机输入功率，W。

　　被试发电机的输入机械功率P1（W）按下式3计算：

　　式中：

　　TG——被试发电机输入转矩，N.m；

　　nG——被试发电机转速，r/min。

　　如被试发电机为他励，则输入功率中还应加入励磁功率。

　　被试发电机的效率ηG按照下式4计算：

　　式中：

　　P2——被试发电机输出电功率，W。

　　四、直流电机效率直接测试时温度换算

　　用直接法测定电机效率时，如试验时的冷却空气温度不是25℃，应按照下式5换算到25℃。

　　式中：

　　η25——冷却空气温度为25℃时电机的效率；

　　P2——效率测定时电机的额定输出功率，W；

　　P1（25）——冷却空气温度为25℃时电机的额定输入功率，W；

　　P1——效率测定时电机的额定输入功率，W；

　　Ia——效率测定时电机的额定电枢电流，A；

　　If——效率测定时电机的额定励磁电流，A；

　　R2a、R2c、R2f——效率测定后立即测得的电枢绕组、励磁绕组及并励绕组的电阻，Ω；

　　Δθa、Δθc、Δθf——额定输出功率时电枢绕组、串励绕组及并励绕组温升值，K；

　　θ2a、θ2c、θ2f——效率测定后立即测得的电枢绕组、串励绕组及并励绕组的温度，℃；

k——常数，对铜