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載率下的損耗和效率進行了分析，敘述了電動機是否經(jīng)濟運行的判別方法，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；負載率；固定損耗；可變損耗

1 前言

電動機是風機、泵、壓縮機、機床、傳輸帶等各種設備的驅動裝置，廣泛應用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設施等多個行業(yè)和領域，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，因此更換與負載相匹配的高效電動機或進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)濟效℃，首先我們必須對電動機各種損耗和效率進行分析。

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——由于風扇和軸承轉動產(chǎn)生的通風和摩擦損耗；

Ps——由于氣隙磁場多次諧波產(chǎn)生的負載雜散損耗。

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一步分析可以看出：PFe是與電源電壓有關的損耗，PFw是與電機轉速有關的損耗，而交流電動機一般電源電壓和轉速是不變的，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隨著負載電流I2或負載率β2關系而改變（其中負載率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、負載率的關系

對電動機，輸入輸出功率有如下關系式：

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、效率和負載率之間的關系：

4 計算實例

一臺負載為100 kW的設備由180 kW電機驅動，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，我們看是否能達到節(jié)能的目的。

原電機JS117-4，180 kW，查其標準數(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，其標準數(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。

如果負載為50 kW，將180 kW換成115 kW電機，則：

這種負載情況下，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、效率與負載率之間的關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，不是簡單地提高負載率能實現(xiàn)的，因為負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，其結果可能會造成損耗更大、效率更低。在負載不變情況下，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，關鍵是提高電機的效率，即更換高效電機或進行電機高效再制造。但上述分析也表示，有時更換與負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)濟運行進行判別，具體可按照《三相異步電動機經(jīng)濟運行》（GB/T12497-2006）標準。在實際工作中，可用輸入電流和額定電流之比來進行判斷：工作電流低于額定電流的15%以內(nèi)屬經(jīng)濟使用范圍，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)濟使用范圍，有較大的節(jié)電空間和經(jīng)濟效℃。

5 結束語

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、效率與負載率的關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，高級工程師，現(xiàn)從事電氣設備檢修和管理工作。