电动机效率的测算方法的探讨

阮锡山

摘要：由于现实中水厂的测量设施、设备比较有限，很难准确测量出电机的工作效率，本文主要介绍通过测定电机的常用运行参数并结合推理计算的方法，推算出比较准确的电机实际运行效率。

关键词：电机效率 数据的测定 推理计算

【前言】

在水厂生产成本中，电能占很大的比重,而机组(水泵及电机的用电量是最主要的，因此，测量及研究分析机组的效率(水泵及电机的效率)对节电具有重大的现实意义。

一般地，在水厂中，机组的综合效率(即水泵及电机的综合效率，其值为水泵效率及电机效率之积)是比较容易测定的，但我们往往还要更仔细地测定及分析水泵或电机各自的效率，这样才能更准确地，更有针对性地解决问题。

我们只要测出水泵或电机的效率就可以算出另一方的效率，相对地说,在水厂的条件下，水泵效率的测定是很困难的，电机效率的测定就比较容易。因此，电机效率的测定，就成为我们经常研究的课题了。

电机效率的测定虽有多种方法，但很多都由于技术难度高而且设施、设备要求高，在一般水厂中是很难实施的，有的测试方法虽然简单,但都是以电机出厂的额定数据为依据而推算的效率,因电机使用时间长，额定数据发生变化的可能性大，再以此为依据推算效率，就变得说服力不足,不够科学了。

【有效的测试方法】

以下介绍一种电机效率的测算方法，该方法主要由相关数据的测定及推理计算组成，而不需要以原有的出厂额定数据为依据，可以说方法简单，准确且易于实施，在一般水厂中较实用，其方法如下：

一、用双臂电桥测得电机定子直流电阻值r1（每相），单位为Ω。

二、通过空载试验求得PFe0（空载铁损）及PW0（空载机械损），异步电动机空载运行时，可以认为:

P10－3I102 r1≈PFe0＋PW0＝f(U12)

式中：

P10—电机对应电压为U1时的空载输入有功功率，可由电表测出，单位为W.

I10—电机对应于电压为U1时的空载电流，由电流表测出，单位为A.

U1—加在电机定子绕组上的电压，电压表可测出，单位为KV，

由于PFe0与U12成正比，PW0与U1大小无关，仅与电机转速n有关，空载状态下n≈n0 (n0为同步转速，对于每台电机而言是恒定不变的，可查表或计算出)，可认为转速n也是恒定的，因此，我们可认为PW0在空载下是恒定不变的。

改变输入电压U1，可得出不同U1下的P10、I10值,因此有如下方程组:

PFe0＋PW0≈P10－3I102r1

P′Fe0＋PW0≈P′10－3I′102r1

PFe0＝P′Fe0(U1/ U1′)2

PFe0, P′Fe0分别对应于输入电压为U1及U1′时的铁损,

P10 与P′10分别对应于输入电压为U1及U1′时的空载输入功率,

I10 与I′10分别对应于输入电压为U1及U1′时的空载电流,

由上列方程组可解得:

PW0的值……(1)式

对应U1时的PFe0值……(2)式

对应U1′时的P′Fe0值……(3)式

也可绘出f(U12)＝PFe0＋PW0的曲线图如下：

再从曲线中得出U1时的PFe0的值及PW0值。

三、电机效率的推算，

即对应于电压为U(KV)工作电流为I(A)时的η的测算：

1、PM＝P1-Pcu1-PFe

式中：

PM—电磁功率,单位为W.

P1—输入有功功率,可由电表测出,单位为W.

Pcu1— 定子铜耗,单位为W,由Pcu1＝3I2r1求得.

PFe— 定子铁损, 单位为W,由PFe= P′Fe0(U/ U1′)2 =

PFe0(U/ U1)2求得.

因此有:

PM=P1－3I2r1- PFe0(U/ U1)2

可解得PM……(4)

2、P2＝PM-Pcu2-Pw-PΔ

式中：

P2－输出功率,单位W.

Pcu2－转子铜耗,单位W,由Pcu2=SPM=((n0- n)/ n0) PM求得.

其中n为电压为U、电流为I时电机的转速,可由转速计测得.

PW－机械损耗，单位W，由PW＝PW0(n/n0)2.

PW0－空载机械损，单位W，已由（1）式求得.

PΔ－附加损耗,单位W,一般取PΔ≈0.5P2(经验数据).

∴P2＝PM－((n0- n)/ n) PM－ PW0 (n/n0)2－0.5P2

∴P2＝2/3[(n/ n0) PM－ PW0 (n/n0)2]

因此可求得:

η= （P2/ P1) ×100%

η－对应于电压为U,电流为I时的电机效率。

【应用效果及结论】

该效率测试方法在中山中法供水有限公司中经过多次试用,其中在2009年5月对二级泵房的机组进行效率测试,发现其中两台水泵及电机型号都相同的机组在同一工况区内效率相差达标10%,我们决定采用上述方法对效率低的机组的电机进行测试,测算出电机的效率与额定值对比均属正常,由此,我们推算是由水泵效率低所引起的,随后我们更换了水泵的叶轮后再测试机组的效率,结果机组的效率平均提高8%,可以说,这是一个非常成功的测试。

多次的实践表明，此方法较准确,误差在2％以内,效果明显,具有较好的推广价值。

参考文献

【1】《电机试验手册》中国电力出版社

ISBN7-80125-506-2/TM.281

【2】《电动机节能改造实用手册》上海科学技术出版社

ISBN7-5323-3966-1/TM.98

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。