蘇文生

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變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)能效檢測研究

蘇文生

（中山市建斌中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東 中山 528400）

隨著節(jié)能技術(shù)日新月異的發(fā)展，在各類型電機(jī)控制系統(tǒng)中，變頻調(diào)速技術(shù)等開始被廣泛使用。而永磁同步電機(jī)與其他類型電機(jī)相比，它的功效會更高。因此，在實際使用過程中，永磁同步電機(jī)的需求量逐漸增長。變頻調(diào)速技術(shù)是我國著重推廣的節(jié)能技術(shù)之一，使用此技術(shù)能夠做到節(jié)能省電。因此，對變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)的能效進(jìn)行檢測就顯得至關(guān)重要。主要針對變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)能效的具體檢測進(jìn)行詳細(xì)研究，進(jìn)而提出變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)能效的檢測實例以供參考。

變頻驅(qū)動；永磁同步電機(jī)；能效檢測；變頻調(diào)速

在我國，各工業(yè)領(lǐng)域中使用最為廣泛的生產(chǎn)制造設(shè)備里的驅(qū)動裝置就是各類型電機(jī)，而各類型電機(jī)是所有設(shè)備里耗電量最大的設(shè)備。根據(jù)我國有關(guān)電力部門的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國電機(jī)所消耗的電能達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)用電總量的70%左右。但是通過比較各國電機(jī)效率平均水平發(fā)現(xiàn)，我國大約比其他國家的平均水平低4%，而我國拖動設(shè)備和電機(jī)之間的運(yùn)行效率比其他國家大約低15%.因此，我國的電機(jī)使用效率低、能耗大。

而相關(guān)專業(yè)人員通過計算得出，如果提升一個百分點的電機(jī)能效水平，我國平均每年可以節(jié)省大約2.6×1010kW的電能，因此我國的電機(jī)能效有著巨大的節(jié)能潛力。提高我國各類電機(jī)的運(yùn)行效率，對于我國的能源消耗和布局等有著非比尋常的意義，而對變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)的能效進(jìn)行檢測具有現(xiàn)實意義。

1 變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)能效的具體檢測

1.1 能效檢測的具體流程

在我國相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中提到，變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)的效率可以按照直接法——輸入-輸出（A法）進(jìn)行確定檢測。在進(jìn)行檢測的過程中，被檢驗的機(jī)器的供電都是由變頻器的電源所提供的。檢測時，開始先對其進(jìn)行熱試驗，然后觀察在一定的負(fù)載狀態(tài)下所達(dá)到的熱穩(wěn)定狀態(tài)，再對其進(jìn)行負(fù)載試驗，被檢測的電機(jī)在整個負(fù)載試驗過程中一般都是由最大的負(fù)載開始進(jìn)行試驗的，然后按照從最大負(fù)載到最小負(fù)載的順序逐漸進(jìn)行。在進(jìn)行負(fù)載試驗時，需要盡快完成所有試驗，以避免在整個檢測過程中，因為電機(jī)溫度的變化導(dǎo)致檢測結(jié)果不準(zhǔn)確的現(xiàn)象。在被檢測電機(jī)經(jīng)歷熱試驗與負(fù)載試驗后就可以得到具體的檢測數(shù)據(jù)，然后再修正電機(jī)處于負(fù)載狀態(tài)下的輸出與輸入功率，最終按照=（2/1）×100%進(jìn)行計算，得出電機(jī)的具體效率。在這個公式中，2與1分別為修正之后的輸出與輸入功率[1]。

1.2 負(fù)載試驗

變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)的負(fù)載試驗必須在一定的電壓與頻率下進(jìn)行，在得到負(fù)載試驗的具體數(shù)據(jù)之前，整個定子繞組的溫度和進(jìn)行熱試驗時的溫差大約在4 K左右，然后在電機(jī)上的6個負(fù)載點開始進(jìn)行負(fù)載試驗，在這6個負(fù)載點中有4個負(fù)載點都在25%～100%的負(fù)載之間均勻分布，之后另外兩個負(fù)載點則是在其他高于100%但是不超出150%的負(fù)載之間進(jìn)行選擇[2]。

2 確定輸出與輸入的功率

2.1 確定輸出功率的公式

確定輸出功率的公式有：

1=（d·1）/9.549. （1）

d=1+1. （2）

1=3－△1.（3）

式（1）（2）（3）中：1為修正之后的輸出功率；d為修正之后的轉(zhuǎn)矩；1為轉(zhuǎn)矩的整體讀數(shù)；1為轉(zhuǎn)矩的整體讀數(shù)修正值；1為修正之后的具體轉(zhuǎn)速；3為同步的具體轉(zhuǎn)速；△1為修正之后的轉(zhuǎn)差。

2.2 確定輸入功率的公式

確定輸入功率的公式有：

l=0+c－u. （4）

c=1.5·2·1·（0+i－1+25）/（0+i）. （5）

式（4）（5）中：l為修正之后的輸入功率；c為在一定程度溫度的時間里定子繞組的損耗；u為在進(jìn)行試驗的過程中溫度給定子所帶來的損耗；i為在一定程度負(fù)載熱試驗下定子繞組所達(dá)到的最高溫度；1為在結(jié)束熱試驗的過程中冷卻介質(zhì)的溫度；0為在導(dǎo)體材料處于0 ℃電阻的溫度倒數(shù)。

3 變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)能效的檢測實例

此次檢測使用了一臺變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)，這臺同步電機(jī)的基本參數(shù)如表1所示。

針對這臺檢測同步電機(jī)進(jìn)行熱試驗。在這次熱試驗中，定子繞組的最高溫度達(dá)到80 ℃左右，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速平均達(dá)到1 500 r/min。這次熱試驗的具體數(shù)據(jù)如表2所示。

對這臺檢測同步電機(jī)進(jìn)行負(fù)載試驗。在進(jìn)行負(fù)載試驗時，檢測能效的驅(qū)動器電壓是380 V，頻率是50 Hz。然后按照這次檢測得出的詳細(xì)數(shù)據(jù)就可以將整個系統(tǒng)的效率計算出來。在整個系統(tǒng)當(dāng)中包含了變頻器與同步電機(jī)[3]。這次負(fù)載試驗的具體數(shù)據(jù)如表3所示。

將以上所有表格當(dāng)中的數(shù)據(jù)用我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中的A計算法進(jìn)行計算，就可以計算出這臺變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)的效率值[4]。

檢測電機(jī)效率的結(jié)果如表4所示。

表1 檢測同步電機(jī)的基本參數(shù)

表2 檢測同步電機(jī)負(fù)載熱試驗數(shù)據(jù)

表3 檢測同步電機(jī)負(fù)載試驗數(shù)據(jù)

表4 檢測電機(jī)效率的結(jié)果

4 結(jié)束語

綜上所述，由于永磁同步電機(jī)在節(jié)能方面有著巨大的潛力，且變頻調(diào)速技術(shù)也是我國著重推廣的技術(shù)之一，所以我國的各工業(yè)領(lǐng)域?qū)ψ冾l驅(qū)動永磁同步電機(jī)的技術(shù)越來越重視，并已開始對變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)能效的檢測付諸實踐。但是在變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)中，基波與諧波等經(jīng)常會出現(xiàn)損耗現(xiàn)象，這樣就導(dǎo)致對能效的檢測工作顯得比較困難，但根據(jù)最新推出的相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)中的A法進(jìn)行計算，不僅可以縮短檢測的時間，還可以將整個檢測的流程簡化，為變頻驅(qū)動永磁同步電機(jī)能效檢測帶來極大的便利。

［1］程磊，姚磊，陳瑋，等.變頻驅(qū)動永磁同步電動機(jī)能效檢測研究［J］.日用電器，2016（8）：20-22.

［2］龔文忠，年曉紅.基于永磁同步電機(jī)的全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤驅(qū)動系統(tǒng)的研究［J］.科技與創(chuàng)新，2016（12）：14-15.

［3］李偉力，杜林奎，李棟，等.電流時間諧波對轉(zhuǎn)子帶護(hù)套伺服永磁同步電動機(jī)溫度場的影響［J］.北京交通大學(xué)學(xué)報，2017，41（2）：98-105.

［4］丁樹業(yè)，朱敏，江欣.永磁同步電機(jī)三維全域溫度場與溫度應(yīng)力耦合研究［J］.電機(jī)與控制學(xué)報，2018，22（1）：53-60.

TM341

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10.15913/j.cnki.kjycx.2018.22.134

2095－6835（2018）22－0134－02

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕