Тест Суинберна — это косвенный метод определения эффективности двигателей постоянного тока. Он работает путем экспериментального определения потерь холостого хода, а затем оценки дополнительных потерь на основе номинальных данных двигателя. Исходя из этой информации, эффективность может быть определена при любой приложенной нагрузке.

Во-первых, ток холостого хода и ток возбуждения шунта измеряются непосредственно с помощью амперметров при запуске двигателя без нагрузки, на его номинальной частоте вращения и при заданном напряжении питания. Измеряется ток холостого хода и обозначается I_o, а ток шунтирования измеряется и обозначается I_ш.

Входное напряжение: В

Ток холостого хода: I_o (получено с помощью измерения)

Ток шунтирующего поля: I_ш (получено с помощью измерения)

Входная мощность двигателя без нагрузки: P_o = V*I_o (1)

Ток якоря холостого хода определяется путем вычитания тока возбуждения шунта из тока питания холостого хода.

Ток якоря холостого хода: I_АО = Я_o – Я_ш (2)

Поскольку двигатель работает в режиме холостого хода, чистая мощность равна нулю. Это означает, что входная мощность обеспечивает только потери, включая:

Напомним, что сумма механических потерь и магнитных потерь называется потери при вращении.

Первыми потерями, которые необходимо рассчитать, являются потери меди якоря, основанные на токе холостого хода якоря и сопротивлении якоря.

Потери меди в арматуре: P_a = Я_АО²*R_a (3)

Теперь мы можем определить постоянные потери, P_c, которые включают механические потери, магнитные потери и потери полевой меди. Постоянные потери определяются путем вычитания потерь меди якоря (уравнение3) от входной мощности холостого хода (уравнение1).

Постоянные потери: P_c = V*I_o – Я_АО²*R_a(4)

При известных постоянных потерях КПД двигателя может быть рассчитан при любой нагрузке.

КПД двигателя: η_m = выходная мощность / входная мощность

Поскольку выходная мощность равна входной мощности минус потери, эффективность также может быть записана как:

КПД двигателя: η_m = (входная мощность –потери)/ входная мощность(5)

Постоянные потери, Р_c, были найдены выше и не изменяются (отсюда термин “постоянные” потери). Однако потери в якоре должны быть рассчитаны с учетом приложенной нагрузки.

Чтобы получить точное значение потерь якоря под нагрузкой, ток якоря умножается на сопротивление якоря под нагрузкой, или “горячее”. Чтобы определить значение “горячего” сопротивления, сопротивление измеряется при температуре окружающей среды и умножается на 1,17 при повышении температуры на 40°C или на 1,2 при повышении температуры на 50°C. При известном “горячем” сопротивлении можно рассчитать потери меди якоря.

Потери якоря при приложенной нагрузке: P_a = Я_a²*R_a

Ток якоря под нагрузкой равен току нагрузки,I (а не току холостого хода, I_o) минус ток шунтирования поля. Следовательно, потери в якоре могут быть переписаны как:

Потери якоря при приложенной нагрузке: P_a = (Я – Я_ш)²*R_a (6)

Эффективность теперь может быть рассчитана с помощью уравнения 5для двигателя с приложенной нагрузкой, исходя из входной мощности (подаваемое напряжение, В, умноженное на ток нагрузки, I), потерь якоря при нагрузке (уравнение6) и постоянные потери (уравнение4).

Двигательная эффективность: η_m = (V*I – (I – I_ш)²*R_a – П_c) / V*I

Тест Суинберна применим только для двигателей, где поток практически постоянен, включая постоянный ток шунт и составные двигатели. Тест не подходит для серийных двигателей, поскольку они не могут работать при небольших нагрузках, а также потому, что скорость и поток значительно различаются в серийных двигателях. И хотя этот метод обеспечивает хорошую оценку эффективности двигателя, он не учитывает изменение потерь железа от холостого хода до полной нагрузки или случайные потери в двигателе. Однако тест Суинберна особенно полезен для больших двигателей, где мощность, необходимая для непосредственной проверки эффективности двигателя, была бы значительной.