新型旋轉(zhuǎn)電磁熱機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的研究
陳磊，裴宇龍，柴鳳，程樹康
（哈爾濱工業(yè)大學(xué)電氣工程系，哈爾濱市150001）
摘要：文章首先搭建了電磁熱機(jī)機(jī)電熱測(cè)試系統(tǒng)，通過測(cè)試熱機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩測(cè)試其熱功率特性。在線測(cè)試熱機(jī)的出入水溫升和流量，以及熱機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，用測(cè)試數(shù)據(jù)可以求得熱機(jī)的熱轉(zhuǎn)換效率。而后搭建了電磁熱機(jī)對(duì)水媒質(zhì)磁化作用測(cè)試系統(tǒng)，在線測(cè)試水媒質(zhì)在通過電磁機(jī)時(shí)電導(dǎo)率、ph值、離子濃度等物化性質(zhì)的變化。并針對(duì)一臺(tái)樣機(jī)對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果證明了測(cè)試系統(tǒng)的可行性，其將對(duì)電磁熱機(jī)的理論研究有重要作用。
關(guān)鍵詞：電磁熱機(jī)；熱功率；熱轉(zhuǎn)換效率；物化性質(zhì)；測(cè)試
中圖分類號(hào)：tm359. 9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848( 2010) 04-0073-04
0引言
在傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)電系統(tǒng)中，主要存在兩種能量轉(zhuǎn)換過程，一是電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；二是電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。在能量轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生了損耗，即電阻損耗、機(jī)械損耗、鐵耗以及附加損耗等。對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)來(lái)說(shuō)，損耗消耗了有用的能量，引發(fā)電機(jī)的溫升，使其效率減低。而電機(jī)損耗與溫升的逆問題，提供了研究與開發(fā)新型旋轉(zhuǎn)電磁熱機(jī)的思路，即利用電磁理論和旋轉(zhuǎn)電機(jī)中損耗與溫升的概念，將輸入的能量（電能、風(fēng)能、水能、其它機(jī)械能等）完全、充分、有效地轉(zhuǎn)換為熱能，即將輸入的能量全部作為“損耗”轉(zhuǎn)化為有效熱能輸出。該新型旋轉(zhuǎn)電磁加熱裝置，既具有逆問題的研究?jī)r(jià)值，又拓寬了傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的功能和應(yīng)用，無(wú)疑在電機(jī)領(lǐng)域具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際工程應(yīng)用意義。
文獻(xiàn)[3]介紹了熱機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理，研究了其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩特性、熱功率特性、熱轉(zhuǎn)換效率等，對(duì)其內(nèi)水媒質(zhì)的磁化作用機(jī)理也進(jìn)行了相關(guān)研究。本文在電磁熱機(jī)大量理論研究的基礎(chǔ)上，提出了一整套電磁熱機(jī)測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試方法，對(duì)電磁熱機(jī)的理論研究將具有重大的意義。
1 電磁熱機(jī)機(jī)電熱測(cè)試系統(tǒng)
1.1測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成
新型旋轉(zhuǎn)電磁熱機(jī)機(jī)電熱測(cè)量系統(tǒng)按功能分為四個(gè)部分：拖動(dòng)部分、水路部分、傳感器部分和數(shù)據(jù)部分。拖動(dòng)部分：拖動(dòng)電機(jī)與熱機(jī)同軸安放，控制器控制拖動(dòng)電機(jī)恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行，這樣電機(jī)可拖動(dòng)熱機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。水路部分：水流注入恒溫水箱后，通過水泵以一定的流速通過電磁熱機(jī)。傳感器部分：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器拖動(dòng)電機(jī)和熱機(jī)之間，用來(lái)測(cè)試熱機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩；在熱機(jī)的出入水口分別安放溫度傳感器，在出水口前安放流量傳感器。數(shù)據(jù)部分：傳感器測(cè)試的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡采集后輸入計(jì)算機(jī)，通過相應(yīng)程序處理后顯示并儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)中。機(jī)電熱測(cè)試系統(tǒng)的示意圖見圖1，實(shí)物照片見圖2。利用該系統(tǒng)可進(jìn)行電磁熱機(jī)熱功率特性和熱轉(zhuǎn)換效率的測(cè)試。
1.2 電磁熱機(jī)熱功率特性測(cè)試
解析電磁熱機(jī)的熱功率是解析電磁熱機(jī)內(nèi)部綜合物理場(chǎng)的重要環(huán)節(jié)，通過電磁場(chǎng)對(duì)電磁熱機(jī)的熱功率進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算將為溫度場(chǎng)和流體場(chǎng)的計(jì)算提供基礎(chǔ)。因此對(duì)電磁熱機(jī)的熱功率行測(cè)試十分必要。
電磁熱機(jī)將輸入的能量均轉(zhuǎn)換為熱功率，因此用電機(jī)拖動(dòng)熱機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器測(cè)試電機(jī)的轉(zhuǎn)速n及輸出轉(zhuǎn)矩肘，由式(1)即可算得電機(jī)的輸出功率p，也即熱機(jī)的熱功率。拖動(dòng)電機(jī)由控制器實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)速控制，這樣可以測(cè)得不同轉(zhuǎn)速下電磁熱機(jī)的熱功率特性。
測(cè)試時(shí)熱機(jī)外瑞包裹隔熱層，將恒溫的水流通過電磁熱機(jī)，并監(jiān)測(cè)出入水口的溫度，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間出入水口溫度一致且不發(fā)生變化，則認(rèn)為熱機(jī)內(nèi)部達(dá)到了熱平衡，各部分溫度與水流的溫度一致。此時(shí)用電機(jī)拖動(dòng)熱機(jī)旋轉(zhuǎn)幾十秒鐘后停下，認(rèn)為剛開始的一段時(shí)間，熱機(jī)內(nèi)各部件的溫度尚未發(fā)生變化，因此測(cè)得的熱功率即為各部溫度與水流溫度一致時(shí)的熱功率。圖3為各部件溫度為10度時(shí)電磁熱機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩曲線，從圖中可以看出在熱機(jī)運(yùn)行后短時(shí)間內(nèi)其轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩都相對(duì)穩(wěn)定，即這段時(shí)間內(nèi)熱機(jī)的熱功率也一定，反映了熱機(jī)內(nèi)各部件溫度尚未發(fā)生變化，證明了這種測(cè)試方法是可行的。圖4為電磁 |
