三相异步电动机损耗、效率和负载率分析

陈黎明

（马钢电气修造有限公司，安徽马鞍山243000）

三相异步电动机损耗、效率和负载率分析

陈黎明

（马钢电气修造有限公司，安徽马鞍山243000）

对三相异步电动机在不同负载率下的损耗和效率进行了分析，叙述了电动机是否经济运行的判别方法，以计算实例论证了电动机匹配性更换与高效再制造的节能效果。

损耗；效率；负载率；固定损耗；可变损耗

1 前言

电动机是风机、泵、压缩机、机床、传输带等各种设备的驱动装置，广泛应用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用设施等多个行业和领域，是用电量最大的耗电机械。据统计测算，2011年，我国电机保有量约17亿kW，总耗电量约3万亿kW·h，占全社会总用电量的64%，其中工业领域电机总用电量为2.6万亿kW·h，约占工业用电的75%。近年来在国家政策的支持下，我国电机能效水平逐步提高，但总体能效水平仍然较低，因此更换与负载相匹配的高效电动机或进行电动机高效再制造在越来越多的工业企业开展起来。但如何有效地开展电动机更换或改造以取得较好的经济效℃，首先我们必须对电动机各种损耗和效率进行分析。

2 三相异步电动机的损耗与效率

对三相异步电动机，总损耗∑P可表示为：

式中，Pcu1——定子绕组中电流通过所产生的铜耗；

Pcu2——转子绕组中电流通过所产生的铜（铝）耗；

PFe——铁芯中磁场所产生的涡流损耗和磁滞损耗；

PFw——由于风扇和轴承转动产生的通风和摩擦损耗；

Ps——由于气隙磁场多次谐波产生的负载杂散损耗。

电动机效率ŋ可表示为：

式中，P2——电动机输出功率；

P1——电动机输入功率。

对电动机各种损耗进一步分析可以看出：PFe是与电源电压有关的损耗，PFw是与电机转速有关的损耗，而交流电动机一般电源电压和转速是不变的，因此该部分损耗又称为固定损耗P0，P0=PFe+PFw；Pcu1、Pcu2、Ps是随负载的变化而改变的损耗，该部分损耗称为可变损耗Pr，Pr=Pcu1+Pcu2+Ps；可变损耗Pr随着负载电流I2或负载率β2关系而改变（其中负载率β=P2/PN，PN为电机额定功率）。因此电动机总损耗∑P又可以表示为∑P=P0+Pr。

3 电动机功率、效率与损耗、负载率的关系

对电动机，输入输出功率有如下关系式：

式中，PrN为额定功率下可变损耗，即额定可变损耗：PrN=ΣPN-P0，ΣPN为额定功率下总损耗：ΣPN=PN（1/ŋN-1）。

代入整理可得电动机损耗、功率、效率和负载率之间的关系：

4 计算实例

一台负载为100 kW的设备由180 kW电机驱动，有“大马拉小车”的现象存在，现欲更换为115 kW电机，以改变这种现象。通过计算，我们看是否能达到节能的目的。

原电机JS117-4，180 kW，查其标准数据（实际产品性能数据与之差别不大）：Pcu1=4.76 kW，Pal2= 2.87 kW，PFe=2.96 kW，Ps=1.26 kW，PFw=1.44 kW，ŋN=93.14%

（异步电动机最高效率点不一定在额定工作状态）

如更换为115 kW电机，其标准数据为：Pcu1= 4.34 kW，Pal2=2.26 kW，PFe=2.04 kW，Ps=0.806 kW，PFw=0.92 kW，ŋN=91.7%

可见更换后电机的损耗反而比不换更大，起不到节能的效果。

如果负载为50 kW，将180 kW换成115 kW电机，则：

这种负载情况下，更换电动机可实现节电2.05 kW，并且效率有所提高。

由以上电动机功率、损耗、效率与负载率之间的关系及计算实例可以看出，解决电机“大马拉小车”现象以取得节能效果，不是简单地提高负载率能实现的，因为负载率的提高使电机固定损耗降低（额定功率下降，铁损必然降低），但可变损耗将增大，其结果可能会造成损耗更大、效率更低。在负载不变情况下，由电机节约电能的计算公式△P=P(1/ŋ1-1/ŋ2)可知，要实现电动机的节能降耗，关键是提高电机的效率，即更换高效电机或进行电机高效再制造。但上述分析也表示，有时更换与负载更匹配的电动机也能起到节电的效果，这就有必要对电动机是否处于经济运行进行判别，具体可按照《三相异步电动机经济运行》（GB/T12497-2006）标准。在实际工作中，可用输入电流和额定电流之比来进行判断：工作电流低于额定电流的15%以内属经济使用范围，一般改造或更换节电效果不大；15%~35%以内属允许使用范围，有一定的改造或更换价值；低于35%属于非经济使用范围，有较大的节电空间和经济效℃。

5 结束语

高效电机的使用及电机高效再制造工作正在推行过程中，电机效率提高几个百分点就会取得良好的节电效℃。但开展这个节电项目时必须对电动机的损耗、效率与负载率的关系以及电动机运行的实际工况有一个综合的分析与判断，以取得较短的投资回收期和良好的经济效℃。

Analysis of the Wear and Tear,Efficiency and Load Factor of Three-phase Asynchronous Motors

CHEN Liming
(Masteel Electrical Equipment Manufacturing and Repair Company,Maanshan,Anhui 243000,China)

The wear and tear and efficiency of three-phase asynchronous motors under different load factors are analyzed,the methods for determining the operating economy of motors are described and the energy saving performance of motor matching replacement and high-efficiency reconstruction are demonstrated through case calculations.

wear and tear;efficiency;load factor;fixed loss;changeable loss

TM3

B

1006-6764(2014)11-0004-02

2014－08－05

陈黎明（1964－），男，1986年毕业于西安交通大学，高级工程师，现从事电气设备检修和管理工作。