胡 浩, 楊斌文

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電機工作特性的計算方法

胡 浩*, 楊斌文

(湖南文理學院 機械工程學院, 湖南 常德, 415000)

電動機的工作特性通常要經(jīng)過試驗測得. 本文介紹了一種由產(chǎn)品目錄數(shù)據(jù)計算三相異步電動機工作特性的方法, 包括轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性、效率特性、功率因數(shù)特性和定子電流特性, 并舉一應(yīng)用實例說明其準確性.

三相異步電動機; 工作特性; 計算方法

三相異步電動機的工作特性是衡量電機運行性能好壞的重要指標. 對于電機工作特性的求取, 通常是按照國家標準GB/T1032-2005《三相異步電動機試驗方法》的要求進行測量, 測試時需要用到較多的器件與儀表, 且過程較長. 本文依據(jù)電機學方面的有關(guān)知識, 介紹了由電機產(chǎn)品目錄數(shù)據(jù)計算三相異步電動機工作特性的方法, 簡便實用, 準確度高.

1 計算方法

1.1 轉(zhuǎn)速特性

設(shè)電動機的輸出功率2與額定功率e之比為負載系數(shù). 由于電動機在額定負載附近運行時, 其轉(zhuǎn)差率≈e, 由轉(zhuǎn)速=0(1-)可得:

式中,0為電動機同步轉(zhuǎn)速,e為電動機額定轉(zhuǎn)差率.

1.2 轉(zhuǎn)矩特性

電動機的電磁轉(zhuǎn)矩等于空載損耗轉(zhuǎn)矩0與輸出轉(zhuǎn)矩2之和, 即:

=0+2,0= 9 550(W+D),2= 9 5502/.= 9 550(W+D+2)/. (2)

式(2)中,Ω為機械損耗, 約為(0.8%～1%)e;D為附加損耗, 對于大容量異步電動機取0.5%e, 中小容量異步電動機取(1%～2%)e.

1.3 效率特性

首先計算效率參數(shù):

式中,為電動機的不變損耗與可變損耗之比, 同步轉(zhuǎn)速在600 r/min及以下的電動機選取0.5; 750 r/min選取0.7; 1 000與1 500 r/min時, 選取1.0; 3 000 r/min選取2.0. 那么效率:

式中,e為電動機的額定效率.

1.4 功率因數(shù)特性

電動機的有功功率與無功功率的表達式為:

1=2/(5)

=0+ (e-0)2. (6)

1.5 定子電流特性

只要在負載系數(shù)在0.3～1.1之間選取5～6點值, 按照式(1)—(8)就可計算出電動機這5個方面工作特性數(shù)據(jù), 并繪成曲線.

2 應(yīng)用舉例

某一合成纖維板廠有一臺6極異步電動機,e= 40 kW,e= 380 V,e= 73.8 A,e= 90.5%, ce= 0.87,m= 1.8,I= 6.5,M= 1.4,e= 1.91%. 工作特性的計算如下: 取= 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.1共6點負載情況考慮, 當= 0.3時:

(a)=0(1 – 0.3e) = 1 000(1 – 0.3 × 1.91%) = 994 r/min.

(b)= 9 550(W+D+ 0.3e)/= 9 550 × (0.8% + 1% + 0.3) × 40/994 = 122 N·m.

(c)= (0.3 +/0.3)/(1 +) = (0.3 + 1/0.3)/(1 + 1) = 1.82,= 1/(1 + 1.82(1/0.905-1)) = 84%.

同理可計算出= 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.1時電動機工作特性5個方面的值. 按照GB/T1032-2005《三相異步電動機試驗方法》對該電動機的工作特性實際測量, 結(jié)果見表1. 從表1可知, 按產(chǎn)品目錄數(shù)據(jù)所計算的值與實際測量的值相接近.

表1 電機工作特性的計算值與測量值

注:的實測值用轉(zhuǎn)矩測量儀測得,的實測值通過測量2與1的值后計算出來的.

另外, 按計算值繪出該電動機工作特性5個方面的曲線(見圖1—5), 特性曲線直觀地體現(xiàn)出了轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)cos和定子電流1隨負載系數(shù)的變化情況.

圖1 轉(zhuǎn)速特性

圖2 轉(zhuǎn)矩特性

圖3 效率特性

圖4 功率因數(shù)特性

圖5 定子電流特性

3 結(jié)語

根據(jù)電機學方面的有關(guān)知識, 推導(dǎo)出了三相異步電動機工作特性所屬的轉(zhuǎn)速特性、轉(zhuǎn)矩特性、效率特性、功率因數(shù)特性和定子電流特性的相關(guān)計算公式. 然后在0.3～1.1之間取不同的負載系數(shù)值, 按照相關(guān)公式進行計算, 求得了電機的工作特性值, 并繪制出了工作特性曲線. 該計算方法與實際測量相比較, 兩者的準確性很接近, 但省去了測量所需器件儀表, 還節(jié)省了時間, 完全能滿足工程應(yīng)用的需要.

[1] 顧繩谷. 電機及拖動基礎(chǔ)[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2010: 147—149.

[2] 傅豐禮. 異步電動機設(shè)計手冊[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2008: 205—208.

[3] 王益全. 電動機原理與實用技術(shù)[M]. 北京: 科學出版社, 2007: 182—185.

Calculation method of the work characteristics for electrical machines

HU Hao, YANG Bin-wen

(College of Mechanical Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

The work characteristics for electrical machines is always obtained by examination. The method of calculating three-phase induction motor’ work characteristics with product catalog data is introduced, including Speed characteristicsand, torque characteristics, efficiency characteristics, power factor characteristics and Stator current characteristics. An applied example is given to illustrate its accuracy.

three-phase induction motor; work characteristics; calculation method

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.01.008

TM 343

1672-6146(2013)01-0031-04

email: hh0822@126.com.

2012-11-21

湖南文理學院教改項目(JGYB1221)

(責任編校:劉剛毅)