三相異步電動機損耗、效率和負(fù)載率分析

陳黎明

（馬鋼電氣修造有限公司，安徽馬鞍山243000）

三相異步電動機損耗、效率和負(fù)載率分析

陳黎明

（馬鋼電氣修造有限公司，安徽馬鞍山243000）

對三相異步電動機在不同負(fù)載率下的損耗和效率進(jìn)行了分析，敘述了電動機是否經(jīng)濟(jì)運行的判別方法，以計算實例論證了電動機匹配性更換與高效再制造的節(jié)能效果。

損耗；效率；負(fù)載率；固定損耗；可變損耗

1 前言

電動機是風(fēng)機、泵、壓縮機、機床、傳輸帶等各種設(shè)備的驅(qū)動裝置，廣泛應(yīng)用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設(shè)施等多個行業(yè)和領(lǐng)域，是用電量最大的耗電機械。據(jù)統(tǒng)計測算，2011年，我國電機保有量約17億kW，總耗電量約3萬億kW·h，占全社會總用電量的64%，其中工業(yè)領(lǐng)域電機總用電量為2.6萬億kW·h，約占工業(yè)用電的75%。近年來在國家政策的支持下，我國電機能效水平逐步提高，但總體能效水平仍然較低，因此更換與負(fù)載相匹配的高效電動機或進(jìn)行電動機高效再制造在越來越多的工業(yè)企業(yè)開展起來。但如何有效地開展電動機更換或改造以取得較好的經(jīng)濟(jì)效℃，首先我們必須對電動機各種損耗和效率進(jìn)行分析。

2 三相異步電動機的損耗與效率

對三相異步電動機，總損耗∑P可表示為：

式中，Pcu1——定子繞組中電流通過所產(chǎn)生的銅耗；

Pcu2——轉(zhuǎn)子繞組中電流通過所產(chǎn)生的銅（鋁）耗；

PFe——鐵芯中磁場所產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗；

PFw——由于風(fēng)扇和軸承轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的通風(fēng)和摩擦損耗；

Ps——由于氣隙磁場多次諧波產(chǎn)生的負(fù)載雜散損耗。

電動機效率?可表示為：

式中，P2——電動機輸出功率；

P1——電動機輸入功率。

對電動機各種損耗進(jìn)一步分析可以看出：PFe是與電源電壓有關(guān)的損耗，PFw是與電機轉(zhuǎn)速有關(guān)的損耗，而交流電動機一般電源電壓和轉(zhuǎn)速是不變的，因此該部分損耗又稱為固定損耗P0，P0=PFe+PFw；Pcu1、Pcu2、Ps是隨負(fù)載的變化而改變的損耗，該部分損耗稱為可變損耗Pr，Pr=Pcu1+Pcu2+Ps；可變損耗Pr隨著負(fù)載電流I2或負(fù)載率β2關(guān)系而改變（其中負(fù)載率β=P2/PN，PN為電機額定功率）。因此電動機總損耗∑P又可以表示為∑P=P0+Pr。

3 電動機功率、效率與損耗、負(fù)載率的關(guān)系

對電動機，輸入輸出功率有如下關(guān)系式：

式中，PrN為額定功率下可變損耗，即額定可變損耗：PrN=ΣPN-P0，ΣPN為額定功率下總損耗：ΣPN=PN（1/?N-1）。

代入整理可得電動機損耗、功率、效率和負(fù)載率之間的關(guān)系：

4 計算實例

一臺負(fù)載為100 kW的設(shè)備由180 kW電機驅(qū)動，有“大馬拉小車”的現(xiàn)象存在，現(xiàn)欲更換為115 kW電機，以改變這種現(xiàn)象。通過計算，我們看是否能達(dá)到節(jié)能的目的。

原電機JS117-4，180 kW，查其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（實際產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)與之差別不大）：Pcu1=4.76 kW，Pal2= 2.87 kW，PFe=2.96 kW，Ps=1.26 kW，PFw=1.44 kW，?N=93.14%

（異步電動機最高效率點不一定在額定工作狀態(tài)）

如更換為115 kW電機，其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)為：Pcu1= 4.34 kW，Pal2=2.26 kW，PFe=2.04 kW，Ps=0.806 kW，PFw=0.92 kW，?N=91.7%

可見更換后電機的損耗反而比不換更大，起不到節(jié)能的效果。

如果負(fù)載為50 kW，將180 kW換成115 kW電機，則：

這種負(fù)載情況下，更換電動機可實現(xiàn)節(jié)電2.05 kW，并且效率有所提高。

由以上電動機功率、損耗、效率與負(fù)載率之間的關(guān)系及計算實例可以看出，解決電機“大馬拉小車”現(xiàn)象以取得節(jié)能效果，不是簡單地提高負(fù)載率能實現(xiàn)的，因為負(fù)載率的提高使電機固定損耗降低（額定功率下降，鐵損必然降低），但可變損耗將增大，其結(jié)果可能會造成損耗更大、效率更低。在負(fù)載不變情況下，由電機節(jié)約電能的計算公式△P=P(1/?1-1/?2)可知，要實現(xiàn)電動機的節(jié)能降耗，關(guān)鍵是提高電機的效率，即更換高效電機或進(jìn)行電機高效再制造。但上述分析也表示，有時更換與負(fù)載更匹配的電動機也能起到節(jié)電的效果，這就有必要對電動機是否處于經(jīng)濟(jì)運行進(jìn)行判別，具體可按照《三相異步電動機經(jīng)濟(jì)運行》（GB/T12497-2006）標(biāo)準(zhǔn)。在實際工作中，可用輸入電流和額定電流之比來進(jìn)行判斷：工作電流低于額定電流的15%以內(nèi)屬經(jīng)濟(jì)使用范圍，一般改造或更換節(jié)電效果不大；15%~35%以內(nèi)屬允許使用范圍，有一定的改造或更換價值；低于35%屬于非經(jīng)濟(jì)使用范圍，有較大的節(jié)電空間和經(jīng)濟(jì)效℃。

5 結(jié)束語

高效電機的使用及電機高效再制造工作正在推行過程中，電機效率提高幾個百分點就會取得良好的節(jié)電效℃。但開展這個節(jié)電項目時必須對電動機的損耗、效率與負(fù)載率的關(guān)系以及電動機運行的實際工況有一個綜合的分析與判斷，以取得較短的投資回收期和良好的經(jīng)濟(jì)效℃。

Analysis of the Wear and Tear,Efficiency and Load Factor of Three-phase Asynchronous Motors

CHEN Liming
(Masteel Electrical Equipment Manufacturing and Repair Company,Maanshan,Anhui 243000,China)

The wear and tear and efficiency of three-phase asynchronous motors under different load factors are analyzed,the methods for determining the operating economy of motors are described and the energy saving performance of motor matching replacement and high-efficiency reconstruction are demonstrated through case calculations.

wear and tear;efficiency;load factor;fixed loss;changeable loss

TM3

B

1006-6764(2014)11-0004-02

2014－08－05

陳黎明（1964－），男，1986年畢業(yè)于西安交通大學(xué)，高級工程師，現(xiàn)從事電氣設(shè)備檢修和管理工作。