电动机输入电压运行分析

韩宏飞

（1.华北电力大学，北京102206；2.陕西榆林供电局，陕西 榆林 719000）

电动机输入电压运行分析

韩宏飞1，2

（1.华北电力大学，北京102206；2.陕西榆林供电局，陕西 榆林 719000）

电力系统对用户电压合格范围的规定是：6～10kV为±7%；380V为+10%、-20%。那么，对于用户而言，究竟在什么范围内电动机运行较经济，这是一个值得探讨的问题。

1 电动机损耗计算

一般认为电压高一些较好，因此多数用户将自己的母线电压调到1.0～1.1倍的额定电压（Ue），以为这样最好用，也较放心。那么这样做的结果，是对电动机的运行是有利？还是比较经济？我们通过试验来回答这个问题。

1.1 电动机铁损计算分析

笔者曾对一台JR114-4绕线型转子异步电动机进行调压试验。试验数据见表1。

表1 电动机空载调压试验表Tab.1 Motor no-load voltage regulation testing table kW

目前各生产厂家的电动机，其合格电压范围均在额定电压范围内。若超过额定电压损耗就迅速增加，特别是空载损耗增加得更为迅速。

一般认为，定子铁损PFe与电压的平方成正比

然而，试验数据就不完全符合式（1）的情况。特别是当电压超过额定值时，运行中的异步电动机铁损就大幅度增加。

图1为JR114-4电动机的运行曲线，当电压从1.1倍额定电压值降至0.95倍额定电压值时其铁损值为

图1 JR114-4电动机空载曲线图Fig.1 JR114-4Motor no-load curve

按式（1）计算，则为

显然，按式（1）所得数值偏小，但按照4次方关系计算，则为

这一数值与实际试验数据相似，说明铁损差值与电压的4次方之差成正比关系（近似）。

图2为YK3200-2/118高速电动机的运行曲线。由该曲线得出，当电压由1.1倍额定电压值降为0.95倍额定电压值时，其铁损差值为

若按式（1）计算，则为

此值显然偏小。若按3次方计算，则为

图2 YK3200-2/1180电动机空载曲线图Fig.2 YK3200-2/1180Motor no-load curve

这一计算值小于实际数值，但大于电压平方之差与额定电压铁损乘积。由此可见铁损差值与电压已超过平方关系。根据实验和有关资料介绍，电动机铁损的大小与电压的0.25～4次方成正比。同时可以看出，要想确定ΔPFe值，应该从实验中得出。

1.2 电动机铜耗计算

电动机的端电压降低后，在一定的负荷下其定子铜耗应当增加，定子铜耗决定于定子电流的平方，其损耗差值按式（2）确定

式中，PCuH为额定电流下的定子铜耗；I1、I2为偏离额定值的定子电流。

当负载一定时，按照一般规律，随着电压的降低，电动机的电流将增大，因此铜耗也增加。然而事实并非如此，经过反复试验得知，随着电压的降低，定子电流增加的速度逐渐减慢。当电压降到一定数值时，定子电流变化非常微小。这种现象对于不同的电动机表现不同。其共同特点是，有一个特定电压和临界负载功率。在此负载功率点，电压不同，而电流相等。临界负载功率有大有小，有的电动机临界负载功率就是额定功率。即在额定负载功率点，电压降低，而电流不变。有的电动机在临界功率点，随着电压降低，定子电流反而减小。因而，电动机铜耗差值ΔPCu在电压降低时，可以是正值，也可以是负值或等于0。

1.3 转差率损耗计算

电动机取决于机械特性的损耗为转差率的损耗，这种损耗产生于转子之中。由于转子的铜耗正比于电动机的额定轴功率与转差率，因此损耗为：

式中，PH为电动机的额定功率；β为电动机的负载率；S1、S2为电动机在不同负载情况下的转差率。

当电压降低时，一般S1＜S2，故ΔPP值常为负值。这是由于当电压降低时，电动机的频率必然有所降低，这样将会影响到具有确定特性的机械工作。

1.4 短路附加损耗计算

电动机的短路附加损耗，一般按0.5%额定功率选取。当负载不同于额定值时，它正比于定子电流的平方，即

ΔPf数值在电压降低的情况下，与ΔPCu的性质一样，可以是正的，也可以是负的或0。

1.5 无功损耗计算

当电动机的输入电压降低时，其所消耗的无功功率Q也将减小。一般无功功率的经济当量KQ在0.002～0.008kW/（kV·A），则无功损耗差为

由于电压降低时，一般Q1＜Q2，故ΔPQ将是正的。

2 电动机损耗计算公式

在上节讨论的基础上，可以总结出，在电压降低的情况下，各种损耗差值可以用式（6）表示式（6）中第3项，对于具有恒定阻力短机械的电动机而言取正号，对具有风机型阻力短的取负号。

由式（6）可以看出，当电压降低时，电动机的定子电流有可能是减小的。若式（6）中的各项均为正值，则PZ值越大。这时，由于电压降低而得到的经济效益也就越大。

由于降低电压所得到的相对经济效率可以表示为：

式中，η为电动机效率。

3 电动机运行经济分析

现在以JR114-4电动机、YK3200-2/1180水泵电动机为例，用以上公式进行计算，试验电动机的经济运行效果。

3.1 JR114-4电动机

PH=115kW；η=91%；工作负载0.75PH；当电动机从1.1Ue变到0.95Ue时，电动机电流从0.69IH～0.74IH；无功功率减小19kV·A；转差率从0.00284增加到0.00385；KQ=0.006kW/（kV·A）；额定铜耗PCuH=0.71kW。该电动机为风机动力。

从图1中找到ΔPFe=0.73kW，则

若每kW·h以0.4元计算，该机组每年运行7500h，则年节约电费为0.83×0.4×7500=2490（元）。

3.2 YK3200-2/1180水泵电动机

PH=3200kW；η=95%；工作负载0.72PH；当电动机从1.1Ue变到0.95Ue时，电动机电流从0.672IH增加到0.739IH；无功功率减小311kV·A；转差率从0.00283增加到0.00381；KQ=0.006kW/（kV·A）；额定铜耗PCuH=17.56kW。

从图2中找到ΔPFe=16.8kW，则

年节约电费约为17.75×0.4×7500=53250（元）。

通过对各类电动机进行试验，各种电动机在允许降低电压的情况下，损耗均有所降低，电动机在0.95Ue运行情况下，损耗降低幅度相对较大。特别是鼓风机、水泵类，降损更显著。通常，对鼓风机的ΔPZ降低4%，则δη便可增加3.5倍。

4 结论

用户可以在输入电压允许变化的范围内，合理调整电动机的输入电压，可以降低电动机损耗，提高电动机运行效率。从电动机的运行数据看出，电动机在0.95Ue下运行最经济。

除电动机输入电压外，影响电动机运行的外部因素还有系统电网电源的频率、谐波含量等，但电动机输入电压的大小是影响电动机运行的基础因素。各厂矿、农村在各级电压运行的电动机，其输入电压最合理是在0.95～1.0Ue范围内。对于降低起动的电动机，在选定起动电压时，应考虑电源电压降低的幅度，以防电动机因电压较低而起动困难。

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Operation Analysis of Motor Input Voltage

HAN Hong-fei1,2
（1.NorthChineElectricUniversity，Beijing102206,China；2.ShaanxiYulinPowerSupplyBureau，Yulin719000，ShaanxiProvince,China）

In this paper,test results of the input of the motor voltage regulator are analyzed to find out the law of motor operation with changes of the voltage input and the law of loss changes,and to obtain the energy-saving formula and determine the voltage range for the economical operation of motors and other precautions for the operation.Through repeated tests and quantitative analyses of the loss differences,it is concluded that the most efficient operation with the minimum loss should be that the motor operates at 0.95times of the rated voltage.

motor;input voltage;no-load;economics

通过对电动机进行输入电压调节试验分析，寻找电动机随着输入电压的变化，其损耗变化的规律，得出节电计算公式，确定电动机经济运行的电压范围及注意事项。经过反复试验与损耗差值定量分析，得出一般电动机在0.95倍额定电压下运行最经济，损耗最小。

电动机；输入电压；空载；经济性

1674-3814（2011）12-0081-03

TM 343

A

2011-02-05。

韩宏飞（1973—），男，华北电力大学在职硕士研究生，高级工程师，从事规划基建部工作。

（编辑 董小兵）