3.測功器

在原動機的功率測量，特別是內燃機測量中廣泛使用測功器，此時測功器是作為負載。根據施加荷載的方式常將測功器分為三種形武：水力測功器、電力測功器和電渦流測功器。

測功器由制動器、測力機構和測速裝置等幾部分組成。制動器可調節原動機的負載，并把所吸收的原動機的功率轉化為熱能或電能。測力機構和測速裝置分別測量輸出的轉矩及相應的轉速。隨著電子技術的發展和微機的應用，現代測功器已具有自動調節和控制的功能。

對測功器的基本要求是：①在需要測量的原動機或動力機械的全部工作范圍內(包括轉速和負載)能穩定地工作;②能方便、平穩和精確地調節轉速和轉矩;③能準確地測量制動器消耗的功率;④操作簡單，安全可靠。

在采用測功器測量發動機功率時通常包括指示功率的測量和有效功率的測量。測量指示功率時，需先制取發動機某種工況下的示功圖，然后量出示功圖的面積，求出該工況下發動機的指示功率。測量有效功率時，測功器用來吸收試驗發動機發出的功，同時模擬實際使用的各種工況，測定發動機輸出扭矩和轉速，通過計算求出功率。

水力測功器是用水作為工作介質來產生制動力矩，主要由轉子和外殼兩部分組成。轉子在充滿水的定子中旋轉，水的摩擦阻力形成制動力矩，吸收原動機輸出的功率或代替動力機械吸收功率。

根據轉子結果的不同，水力測功器可分為盤式、柱銷式和渦流式。圖2-71所汞為盤式水力測功器結構簡圖。測功器轉子由轉軸及固定在其上的轉盤構成。轉子用軸承支承在定子內，定子則支承在擺動軸承上，它可以繞軸線自由擺動。水經過進水閥流入定子的內腔。當轉子在定子中旋轉時，由于轉盤和水的摩擦作用，水被拋向定子的外緣，形成旋轉的水環，而水環的旋轉運動被定子內壁的摩擦所阻。水與壁面的摩擦作用使原動機輸出的有效轉矩傳給定子，即水對測功器轉子產生制動力矩的同時，有一大小相等、方向相反的反作用力矩作用于測功器的定子上。在定子上固定有一個力臂，通過與力臂相連的測力機構測定扭矩。定子內腔中水量越多，即水環越厚，則水和轉子之間摩擦阻力越大，制動力矩也就越大。所以改變測功器定子內腔中的水量，即可調節測功器的制動力矩。水量由進水閥和排水閥進行控制。

水力測功器的缺點是測量精度低，不能進行反拖試驗，試驗中能量不能回收。但它具有價格便宜、結構簡單、操作簡便、便于維修、體積小等優點，因而得到廣泛應用。

電力測功器的工作原理和普通發電機或電動機基本相同。將原動機的功轉變成發電機的電能，或將電動機的電能轉變為動力機械的功。電動機的轉子和定子之間的作用力和反作用力大小相等、方向相反，所以只要將其定子做成自由擺動的，即可測定轉子的制動力矩或驅動力矩。

電力測功器由測功電動機(包括平衡電動機和測力電動機)、交流機組、激磁機組、負荷電阻等組成。圖2-72所示為電力測功器采用的平衡式電動機結構。直流電動機轉子由發動機帶動并在定子(外殼)磁場中旋轉。定子(外殼)支承在與轉子軸同心的滾動軸承上，可自由擺動。外殼與測力機構相連，依靠外殼擺動角度的大小來指示測力機構讀數。

發動機帶動轉子在定子磁場中轉動時，轉子線圈切割磁力線而產生感應電流。感應電流的磁場與定子相互作用產生方向相反的電磁力矩，定子外殼受到的電磁力矩與轉子旋轉方向相同，與發動機加于轉子的扭矩大小相等。因此，通過外殼角度經測力機構可反映發動機輸出功率的大小。在一定轉速下，改變定子磁場強度(通過改變激磁機組供給平衡電動機的激磁電流的大小)及負荷電阻即可調節負荷。

平衡式電力測功器的交流機組使平衡電動機作發電機運行時，吸收發動機扭矩，并將發出的直流電變成三相交流電輸入電網，回收電能。當需要平衡電動機反拖發動機時，交流機組又把三相交流電變為直流電輸入平衡電動機的電樞中，可以進行發動機機械損失測定、啟動、磨合試驗等。

盡管平衡式電動機結構復雜，價格昂貴，但可回收電能，反拖發動機，且工作靈活，精度高，因此也得到廣泛應用。

電渦流測功器由電渦流制動器、測力機構及控制柜組成。電渦流測功器因結構形式不同，分為盤式和感應子式兩類。現在應用最多的是感應子式電渦流測功器。

圖2-73所示為感應子式電渦流測功器結構。制動器由轉子和定子組成，制成平衡式結構。轉子為鐵制的齒狀圓盤。定子的結構較為復雜，由激磁繞組、渦流環、鐵芯組成。電渦流測功器吸收的發動機功率全部轉化為熱量，測功器工作時，冷卻水對測功器進行冷卻。電渦流測功器的原理是，當激磁繞組中有直流電通過時，在由感應子、空氣隙、渦流環和鐵芯形成的閉合磁路中產生磁通，當轉子轉動時，空氣隙發生變化，則磁通密度也發生變化。在轉子齒頂處的磁通密度大，齒根處磁通密度小，由電磁感應定律可知，此時將產生感應電動勢，力圖阻止磁通的變化，于是在渦流環上感應出渦電流，渦電流的產生引起對轉子的制動作用，從而使渦流環(擺動體)偏轉一定角度，由測力機構測出。渦流環吸收發動機的功率，產生的熱量由冷卻永帶走。調節激磁電流大小，可調節電渦流強度，從而調節吸收負荷的能力。

電渦流測功器具有精度高、振動小、結構簡單、體積小、耗電少等特點，并具有十分寬廣的轉速范圍和功率范圍，轉速可自1000～25000r/min甚至更高，功率可以達5000kW，但此種測功器只能將發動機的功率轉換成熱量消耗掉而不能發出電力，也不能作為電動機倒拖發動機。