梁光耀，陳林云，馬立權，張海龍

（ 1.上海電動工具研究所（集團）有限公司，上海 200233 2.山海關船舶重工有限責任公司，河北 秦皇島 066206 ）

電壓不平衡對電機雜散損耗試驗結果的影響

梁光耀1，陳林云1，馬立權2，張海龍1

（ 1.上海電動工具研究所（集團）有限公司，上海 200233 2.山海關船舶重工有限責任公司，河北 秦皇島 066206 ）

在異步電動機的型式試驗中，測試電壓的不平衡度對電機雜散損耗產生較大影響。通過探討此種影響的理論依據，說明不同試驗設備對異步電機產生不同的試驗結果，尤其是采用變頻電源和普通調壓器作為電機測試電源對電機試驗結論的差異。

型式試驗，三相電壓不平衡，電機效率、雜散損耗、變頻電源

0 引言

縱觀電機測試技術發(fā)展的過程，電機測試系統(tǒng)已逐漸從初期的使用調壓器或發(fā)電機發(fā)展到使用以電力電子器件IGBT為核心的變頻電源。變頻電源具有使用簡便、可靠性好、自動化程度高等諸多優(yōu)點，采用變頻電源技術組建電機試驗站已成為趨勢。

1 概述

在異步電機的實測過程中，常發(fā)現(xiàn)一些較有規(guī)律的問題，即：同一臺異步電機在不同的測試設備中，測試結果均有不同。這對于變頻電源設備的制造或供應商而言，驗收時就有必要為客戶提供一個嚴謹合理的解釋。

2 測試分析

通過同一臺電機在某老式測試設備（第三方）和變頻設備這兩套不同設備上的試驗數(shù)據和分析結果的差異，經過比對，從總的測試結果來看，除了雜散損耗差異較大外，兩組數(shù)據在效率、損耗、溫升等數(shù)值上雖有一定差異，但仍在合理的偏差范圍內，是可以接受的。具 體數(shù)值見表1。

表1 負載效率測試分析數(shù)據

由表1可見，兩種測試臺之間電機滿載電流、輸入功率及電機效率分析數(shù)據相差不多，但“負載雜散損耗”的數(shù)據差別很大，分別占總輸入功率的1.2 152%、0.8 476%，二者相差近50%。通過核查發(fā)現(xiàn)在空載試驗數(shù)據中，部分數(shù)據差異較大，對比結果見表2。

由表2可見，額定電壓下的空載輸入電流和空載輸入功率具有明顯差異，基于此初步推斷，造成負載雜散損耗差別的原因在于空載數(shù)據差異。

根據GB/T 1032《三相異步電動機試驗方法》要求，負載雜散損耗以負載剩余損耗與轉矩平方的關系經過線性回歸來計算，負載剩余損耗計算公式如下：

式中 P0’—空載風摩耗與鐵耗之和損耗

PL—剩余損耗

P1—輸入功率

P2—輸出功率

Pfw—風摩耗

Pfe—鐵耗

Pcu1—定子損耗

Pcu2—轉子損耗

當前“雙創(chuàng)”事業(yè)如火如荼，大學生創(chuàng)業(yè)項目數(shù)量眾多，但是真正能一直堅持做下去的并沒有多少。據統(tǒng)計，很多項目都是一些短平快、體驗性的，充斥著不扎實、創(chuàng)業(yè)動機并不純等因素，很多大學生在畢業(yè)后并不會選擇繼續(xù)從事創(chuàng)業(yè)事業(yè)。而且大學生創(chuàng)業(yè)團隊成員中除了引導者以及個別積極的隊員之外，大都是基于興趣愛好、跟風湊熱鬧來參與此項目，專業(yè)性并不強，也很難堅持下去。創(chuàng)業(yè)雖然門檻低，但是競爭激烈，商業(yè)模式、盈利模式認識不到位，再加上技術性隊員的缺失，很難把握市場時機、發(fā)掘人才優(yōu)勢，進而找不到解決問題的對策和提出可行性方案。

式中，鐵耗Pfe和風摩耗Pfw來源于空載試驗數(shù)據。Pfe與Pfw和值(P0’)增加，PL必然減小。P0’一般為相對固定值（在GB/T 1032中，該值被認為恒定）且絕對數(shù)值較小，當電機輸出功率增大至額定功率甚至1.25倍額定功率時，此數(shù)據的影響相對較小。當電機逐漸減載至接近空載狀態(tài)時，數(shù)據差值的影響逐漸增大。對經過線性回歸計算后的直線而言，上端的影響相對較小，但底端被“抬高”，反映在回歸公式中，造成了回歸公式中斜率A的下降，而雜散損耗計算公式為：

可以看出，雜散損耗PS與斜率A成正比關系，斜率A的下降，必然造成雜散損耗PS的減小；核對試驗對比試驗數(shù)據的計算結果，可證實上述猜測是正確的，對比數(shù)據見表3所示。

表3 斜率、截距及相關系數(shù)

從表3可以看出，老式測試臺的測試數(shù)據由于空載損耗的增加，剩余損耗整體下降（從截距的大小對比可以明顯看出這一點），由于負載測試曲線中的末端更接近空載狀態(tài)，空載損耗的影響愈加明顯，造成斜率的變化。

通過表2分析空載損耗差異的原因，可以看到二者電流不平衡度差異極大。從電磁理論分析，當電流不平衡時，電機內部所建立的旋轉磁場將與理想的圓形產生偏差，偏差越大，電流所產生的磁場效率將降低。圖1所示為理想圓形磁場與橢圓形磁場對電機電流產生的電磁牽引力所帶來的影響。

圖1 圓形磁場與橢圓形磁場的旋轉力示意

由圖1可見，在圓形磁場中，定子電流產生的電磁力F1正交于轉子的軸向，形成轉子轉動的有效牽引力矩，而對于橢圓形磁場，電流形成的電磁力F1與形成轉子實際旋轉力矩的軸向力F1’之間形成一個夾角（記為α），即，真正形成有效力矩的電磁牽引力為F1×Cos α，這就必然引起了電機損耗的增加；進一步檢查原始試驗數(shù)據發(fā)現(xiàn)，在變頻電源試驗系統(tǒng)中，試驗系統(tǒng)輸出的三相電壓絕對差值在0.5 V以內，而總廠試驗臺的三相輸出電壓最大差值為2 V左右，老式試驗臺的三相輸出電壓最大差值大于3 V，對于同一臺被試電機來說，電流不平衡度的變化趨勢與試驗電壓的不平衡度是密切相關的。

從另一個角度來看，電壓不平衡是指在正序電壓中疊加了一個負序分量的電壓，而負序分量的電壓對于電機而言是一個反向的磁場作用。相同的電壓在電機中的作用有很大區(qū)別，從空載損耗上來看，電壓不平衡越大，空載損耗越大。

大量的試驗統(tǒng)計數(shù)據表明，同一臺電機在同樣的試驗條件下，流過定子的電流越大，電流的平衡度越好?？蛰d狀態(tài)下，電壓的不平衡度對電機參數(shù)的影響大于其負載狀態(tài)。

從負載雜散損耗推薦值來判斷，GB/T 1032中關于負載雜散損耗的推薦值計算公式（在電機的額定功率1 kW

P1—輸入功率

PN—電機額定功率

采用變頻電源試驗平臺所測試的數(shù)據計算結果，以變頻電源測試試驗報告的數(shù)據為例，額定負載下的輸入功率P1為15 123.2 W，負載雜散損耗Ps為183.22 W，負載雜散損耗占輸入功率的1.2 152%。

按某老式測試臺測試數(shù)據計算，額定負載下的輸入功率P1為15 123.2 W，負載雜散損耗Ps為128.41 W，負載雜散損耗占輸入功率的0.8 476%。

按照推薦值法來計算額定點的負載雜散損耗比值：

相對而言，采用變頻電源試驗臺的測試數(shù)據更接近推薦值的計算結果，從側面證明，電壓平衡度對電機試驗結果的影響非常明顯的。

從電源的本質上看，變頻電源與老式試驗臺電源是有區(qū)別的，圖2為兩種電源基本原理示意圖。

圖2 變頻電源與老式試驗臺電源基本框圖

通過圖2可以看出，變頻電源基于IGBT為功率器件，采用全數(shù)字控制模式，其電壓波形的生成采用數(shù)字化計算所得。在PWM輸出階段，輸出波形的電壓平衡度基本接近0，后續(xù)的濾波器升壓變才是其產生不平衡的因素，通過反饋可實時調整輸出電壓的平衡度，所以在其輸出端電壓平衡度可保證在0.1%以內。老式試驗臺由發(fā)電機或市網加調壓器組成，其不平衡度完全靠機械部件保證，不平衡度較變頻電源大。具體差別見表4。

表4 不平衡度差異

為了驗證電壓不平衡對測試的影響，通過利用現(xiàn)有的變頻電源試驗系統(tǒng)對一臺11 kW/380 V三相異步電機分別進行標準試驗及人為形成電壓不平衡輸出方式試驗。兩種試驗的接線方式如圖3和圖4所示（負載側的供電電源未畫出，為標準試驗接線方式）。

圖3 標準試驗方式接線

圖4 人為不平衡試驗方式接線

在圖4所示的人為不平衡試驗接線方式中，在其中一相輸出線路中串聯(lián)一臺單相自耦調壓器TB，調整TB的輸出電壓，使其產生大約3 V左右的電壓差值，重新對電機進行試驗，兩組試驗的分析數(shù)據如表5所示。

表5 對比試驗

表5結果顯示：判斷正確。

3 結語

在GB/T 1032標準中，對試驗電壓的負序分量做出了嚴格的規(guī)定（≤0.5%），從上述分析可以看到，試驗系統(tǒng)輸出電壓自身的平衡度對于電機試驗數(shù)據，尤其是空載試驗數(shù)據的影響非常明顯。變頻電源構成的電機試驗系統(tǒng)采用了交——直——交變流方式，輸出電壓與電網隔離，輸出采用全數(shù)字控制，故而輸出電壓的平衡度完全不受外界環(huán)境的影響，可以達到相對理想的試驗條件，測試結果更能反映被測電機的內在特性。

[1]王傳軍．三相異步電機負載雜散損耗測量不確定度評定[J]．電機與控制應用．2011.38(9).

[2]李海成,王慶東,尹志華．中小型籠型異步電機雜散損耗的降低措施[J]．電機與控制應用．2015.42(4).

[3]陳世坤．電機學[M]．北京：機械工業(yè)出版社．1997.

The Influence of Voltage Unbalance on Motor Stray Loss Test Results

Liang Guangyao1, Chen LinYun1, Ma Liquan2, Zhang Hailong1

(1.SETRI(Group) Co.Ltd., Shanghai 200233, China 2. Shanhaiguan Shipbuilding Industry Co., Ltd., Qinhuangdao 066206, China)

In the type-test of the asynchronous motor, where the motor stray loss in the actual test finds that the test voltage unbalance has a great impact on it. By discussing the theoretical basis of this influence, this paper illustrated the different test equipments may have different test results for asynchronous motors, especially the use of variable frequency power supplies and the general regulators as the test power.

Type-test, Three-phase voltage unbalance, Motor efficiency, Stray-load loss, Variable-frequency power supply

TM306

A

1674-2796（2017）03-0001-04

2017-02-17

梁光耀（1971—）男，大學本科，工程師，主要從事電力電子產品的開發(fā)與研究。