鄭首印 白連平 張巧杰 任永祥 鄭應(yīng)偉

（1. 北京信息科技大學(xué)，北京 100192；2. 華北油田管理局節(jié)能監(jiān)測(cè)站，河北 任丘 062550）

電動(dòng)機(jī)的效率是衡量電動(dòng)機(jī)節(jié)能效果的最直觀標(biāo)準(zhǔn)。電動(dòng)機(jī)效率越低其能源浪費(fèi)就越嚴(yán)重。電動(dòng)機(jī)鐵損耗作為電機(jī)五大損耗之一，鐵損耗偏高會(huì)造成定子溫度升高和電動(dòng)機(jī)效率下降，因此準(zhǔn)確測(cè)量鐵損耗對(duì)分析電動(dòng)機(jī)效率有很重要的參考依據(jù)。電動(dòng)機(jī)鐵損耗對(duì)電壓波動(dòng)特別敏感。在測(cè)試電動(dòng)機(jī)參數(shù)時(shí)，電壓的波動(dòng)會(huì)對(duì)電動(dòng)機(jī)鐵損耗造成較大的影響。國(guó)標(biāo)GB/T 1032—2005中給出鐵損耗與電壓平方成正比關(guān)系的定義。但經(jīng)過多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明其誤差較大，因此在額定電壓附近利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)鐵損耗與電壓的關(guān)系進(jìn)行曲線擬合很有必要。

1 國(guó)標(biāo)值與實(shí)測(cè)值的誤差

1.1 測(cè)試方法

根據(jù)文獻(xiàn)[1]中鐵損耗PFe和風(fēng)摩耗Pfw的確定，空載輸入功率P0是電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)的總損耗。由P0減去測(cè)試溫度下的定子繞組 I2R損耗，得到鐵耗PFe和風(fēng)摩耗 Pfw之和 P′0。

式中，P0、I0、R0都是測(cè)試數(shù)據(jù)。P0為空載輸入功率，單位為瓦特（W）；I0為空載電流，電流為安培（A）；R0為空載試驗(yàn)溫度下端電阻的平均值，單位為歐姆（Ω）。

根據(jù)文獻(xiàn)[2]中風(fēng)摩耗（機(jī)械損耗）的測(cè)試方法，測(cè)試出電動(dòng)機(jī)的風(fēng)摩耗 Pfw，然后根據(jù)式（1）可求出電動(dòng)機(jī)的鐵損耗。

在測(cè)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)的電壓波動(dòng)會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的測(cè)試參數(shù)值。所以本文測(cè)試中，通過三相調(diào)壓器來使電網(wǎng)與電動(dòng)機(jī)相連，電動(dòng)機(jī)輸入電壓一直穩(wěn)定在其額定電壓，誤差不超過±0.5V。本文測(cè)試中采用 HIOKI3169-20電能質(zhì)量分析儀來測(cè)量電動(dòng)機(jī)的 P0、I0、U0等參數(shù)。在測(cè)試時(shí)要注意，電動(dòng)機(jī)空載試驗(yàn)在負(fù)載試驗(yàn)后進(jìn)行，以確定電動(dòng)機(jī)定子繞組在工作溫度下的阻值?？蛰d試驗(yàn)后，立即用雙臂直流電橋來測(cè)取定子繞組端電阻的平均值，將此電阻作為每個(gè)電壓點(diǎn)出的電阻值。分別對(duì)3臺(tái)相同型號(hào)（Y100L2-4）的三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了上述試驗(yàn)。各組數(shù)據(jù)在經(jīng)過重復(fù)性測(cè)試后的結(jié)果都保持不變，為后續(xù)理論分析提供了很重要的數(shù)據(jù)支持。

1.2 測(cè)試結(jié)果（見表1、表2、表3）

表1 1號(hào)電機(jī)（R0=3.827Ω）

表2 2號(hào)電機(jī)（R0=3.867 Ω）

表3 3號(hào)電機(jī)（R0=3.863Ω）

1.3 誤差分析

在電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中是根據(jù)磁化曲線來設(shè)計(jì)電機(jī)，在飽和點(diǎn)附近發(fā)現(xiàn)鐵耗近似地與磁密平方成正比變化。

式中，Bm為磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值；α為指數(shù)。

當(dāng)0.1＜Bm＜1T時(shí)，α =1.6；

當(dāng)1＜Bm＜1.6T時(shí)，αH2。

鐵心渦流損耗 Pe∝因而可以近似認(rèn)為鐵損PFe∝。磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm又近似正比于外施電壓U0。因而PFe近似與成正比。但是實(shí)際空載時(shí)電機(jī)的基波、諧波雜散耗包括在鐵損耗中。所以理論值與實(shí)際測(cè)量值有誤差。

2 曲線擬合

所謂曲線擬合是指設(shè)法找出某條光滑的曲線,它能最佳地?cái)M合數(shù)據(jù)。在曲線擬合時(shí),并不要求擬合曲線一定要經(jīng)過每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。其思想是使它能反映這些離散數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì),使數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差平方和最小。

圖1 1號(hào)電機(jī)一次和二次擬合曲線

圖2 2號(hào)電機(jī)一次和二次擬合曲線

圖3 3號(hào)電機(jī)一次和二次擬合曲線

3 結(jié)果驗(yàn)證

通過曲線擬合的方法能得到每個(gè)電機(jī)的曲線方程，重復(fù)本文 1.1節(jié)中所列測(cè)試方法，在電動(dòng)機(jī)額定電壓附近任意選取電壓，記錄測(cè)試的鐵損耗實(shí)際值。然后用該電壓值帶入擬合曲線方程和國(guó)標(biāo)中給出的鐵損耗與電壓比成正比的計(jì)算結(jié)果分別與測(cè)試的實(shí)際值做比較，可以得出由曲線擬合方程求出的鐵損耗誤差較小。

1）1號(hào)電機(jī)

二次曲線方程y=0.0179X2-5.9193X+585.4151

2）2號(hào)電機(jī)

二次曲線方程y=0.0163X2-5.2085X+508.7331

3）3號(hào)電機(jī)

二次曲線方程y=0.0168X2-5.3764X+532.5854

限于篇幅列舉出1號(hào)電機(jī)各個(gè)電壓下的參數(shù)來分別比較曲線擬合與實(shí)測(cè)值、國(guó)標(biāo)值與實(shí)測(cè)值的誤差，見表4。

表4

4 結(jié)論

本文通過大量實(shí)際測(cè)試得出的鐵損耗值出發(fā)，提出了曲線擬合的思路，并對(duì)曲線擬合得出的方程進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明擬合曲線方程計(jì)算誤差遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)[1]提出的鐵損耗與電壓平方比成正比的關(guān)系。本文的擬合曲線方程只能對(duì)一種類型的電動(dòng)機(jī)來使用，有一定的局限性。但在分析電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下要準(zhǔn)確測(cè)試電動(dòng)機(jī)鐵損耗情況下有一定的實(shí)用依據(jù)。

[1]GB/T 1032—2005. 三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法[S].2005.

[2]白連平, 朱濤, 王林, 等. 電機(jī)機(jī)械損耗的對(duì)拖試驗(yàn)方法研究[J]. 電機(jī)技術(shù), 2008(5): 53-55.

[3]李曉竹, 矯樹人. 異步電動(dòng)機(jī)損耗的確定[J]. 中小型電機(jī), 1997, 24(6): 40-41.

[4]應(yīng)崇實(shí). 電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 31989.