三相異步電動機(jī)能效的不確定度評定

鞏銳 陳峰

摘 要：能效是三相異步電動機(jī)的重要指標(biāo)，能效測試是確定電機(jī)能效等級的前提。不確定度是對測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，對電機(jī)能效測試結(jié)果進(jìn)行不確定度評定具有重要意義。

關(guān)鍵詞：三相異步電動機(jī)；能效測試；不確定度評定

1 引言

研發(fā)高效率電動機(jī)，能效測試是關(guān)鍵一環(huán)。IEC60034-30規(guī)定對高效、超高效電機(jī)的效率測試方法必須采用低不確定度的方法。所謂“測量不確定度”是對測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，以確定測量結(jié)果的可信程度。測量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小，所以測量結(jié)果必須附有不確定度說明。

本文以某電機(jī)為例，對基于B法（輸入輸出損耗分析法）的三相異步電動機(jī)能效測試結(jié)果進(jìn)行測量不確定度分析。

2 三相異步電動機(jī)能效測試

利用江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院無錫分院（國家橋門式起重機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）研制的三相異步電動機(jī)能效測試系統(tǒng)，對某企業(yè)制造的一臺三相異步電動機(jī)作為樣機(jī)進(jìn)行能效測試。該電機(jī)的參數(shù)如下：額定功率PN=3.0kW；額定電壓UN=380VAC；額定電流IN=6.0A；額定轉(zhuǎn)速ne=1450r/分鐘；額定頻率f=50Hz；極數(shù)2p=4；接線形式Y(jié)；絕緣等級F級；工作制S1；防護(hù)等級IP54。

符號說明：P1為輸入功率（W）；P0為空載輸入功率（W）；P2為輸出功率（W）；PFe為鐵耗（W）；Pfw為風(fēng)摩耗（W）；PS為負(fù)載雜散損耗（W）；P0culs為空載定子I02R0損耗（W）；Pculs為規(guī)定溫度下定子繞組I2R損耗（W）；Pcu2s為規(guī)定溫度下轉(zhuǎn)子繞組I2R損耗（W）；PT為總損耗（W）；η為效率；k為包含因子，本文取P=2。

采用B法（測量輸入和輸出功率的損耗分析法）測量電機(jī)效率。試驗測得：P1=2664.4W，P0=176.9W，P2=2200W，P0culs=38.9W，Pcu1s=164.6W，Pcu2s=143.7W，PS=18.1W，Pfw=37.6W，PFe=100.4W。為簡便起見，除特別說明外，以下各式中相同變量的含義與前文一致。

3 測量不確定度評定

在能效測試中，被測量的各個參數(shù)有的可以通過儀表直接測量，有的為間接測量，直接測量和間接測量兩種情況下的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的合成方法如下：

（1）直接測量參數(shù)的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度用其相關(guān)影響因素

的單項B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的“方和根”法合成，即，其中，u（x）為B類合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度；uxi為各參數(shù)相關(guān)因素的單項B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度；n為相關(guān)因素數(shù)。

（2）間接測量參數(shù)u（y）的B類合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度符合

“不確定度傳播律”：，其中，u（xi）為直接測量參數(shù)的B類合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

綜合（1）、（2）得到B類合成相對不確定度uref（y）的計

算公式：，其中，為間接測量參數(shù)，是多個直接測量參數(shù)的函數(shù)；uref（xj）為直接測量參數(shù)的B類合成相對不確定度。

（3）根據(jù)，

（4）uref（P1）為輸入功率P1的B類合成相對不確定度，由于P1是直接測量得到，其不確定度是由電參數(shù)儀決定，此次試驗采用的是YOKOGAWA的WT1800的電參數(shù)儀，根據(jù)其校準(zhǔn)證書，其不確定度為0.2%，k=2，所以由計量標(biāo)準(zhǔn)引入的不確定度分量為0.1%。由于采用電流互感器，儀器在（380×10）W時為0.04%，則功率計不確定度uref（P1）=0.11%。

（5）定子I2R損耗的B類合成相對不確定度為

根據(jù)WT1800校準(zhǔn)證書上，電流不確定度0.08%，k=2，所以由計量標(biāo)準(zhǔn)引入的不確定度分量為0.04%；此次測量電流<5A，由證書標(biāo)準(zhǔn)值4A，1路示值3.9998A，2路示值3.9999A，3路示值3.9979A，則儀器測量不確定度分量為0.02%，電參數(shù)測量電流時不確定度為0.04%。

對uref（R）產(chǎn)生影響的是電阻儀，此次試驗采用的是杭州威格電子科技有限公司生產(chǎn)的直流低電阻測試儀，根據(jù)其校準(zhǔn)證書，其不確定度為0.1%，k=2，所以由計量標(biāo)準(zhǔn)引入的不確定度分量為0.05%。由證書輸入值10.00?，示值10.001?，則儀器引入的不確定度分量為0.01%，所以電阻測試儀不確定度為0.05%。由此可得到：

（6）轉(zhuǎn)子I2R損耗的B類合成相對不確定度uref（Pcu2s）為：

其中，=2399.4W。uref（Pst）為轉(zhuǎn)差率的B類合成相對不確定度，按電機(jī)轉(zhuǎn)速不確定度計算，此次試驗采用的是HBM的50Nm轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，由于此次測得轉(zhuǎn)速>1000r/分鐘，根據(jù)其校準(zhǔn)證書，其不確定度為0.03%，k=2，所以由計量標(biāo)準(zhǔn)所引入的不確定度分量為0.015%。

（7）定義，uref（P0）為電動機(jī)鐵耗和風(fēng)摩耗的B類合成相對不確定度，uref（P0cu1s）為空載定子I02R0損耗的B類合成相對不確定度，且，從而可得：

（8）求取電動機(jī)雜散損耗的B類合成相對不確定度uref（Ps）。此次試驗采用的是HBM的50Nm轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器，根據(jù)其校準(zhǔn)證書，其不確定度為0.14%，k=2，所以由計量標(biāo)準(zhǔn)引入的不確定度分量為0.07%。由于此次測得轉(zhuǎn)矩<10Nm，由證書輸入值10.00Nm，示值10.008Nm，則儀器的引入不確定度分量為0.08%，所以。最終可得：

此臺電機(jī)效率測量的B類相對不確定度為

電機(jī)效率測量的B類相對擴(kuò)展不確定度為

4 小結(jié)

本文對某電動機(jī)能效測試結(jié)果進(jìn)行不確定評定，對影響電動機(jī)能效測試結(jié)果的每一個因素逐一建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，并以各自的方式向最終能效測試結(jié)果傳遞，按照數(shù)理統(tǒng)計原理進(jìn)行分析計算，給出了詳細(xì)的能效不確定度評定過程。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 18613-2012 中小型三相異步電動機(jī)能效限定值及能效等級[S].中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，2012.

[2]倪育才.實用測量不確定度評定[M].北京：中國質(zhì)檢出版社，2014.

（作者單位：江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗研究院無錫分院）