SmartPlant Electrical电气负荷计算方法浅析

郝增学

摘要：梳理INTERGRAPH公司开发的三维工厂设计配套电气系统设计软件SmartPlant Electrical中电气负荷计算方法，并比较该方法与传统需要系数法电气负荷计算方法的异同，给电气设计人员提供一个新的思路。

关键词：负荷计算；功率因数；需要系数；PF；DF

中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0124-01

为实现数字化集成设计，公司引进了一套智能化工厂设计软件。作为该套软件的组成部分，SmartPlant Electrical电气系统设计软件在协同设计中能实现高效的负荷计算、自动生成负荷报表等功能，大大地提高了设计效率。

由于该系列软件及相关资料均为英文版，给初学者带来了一定的难度。笔者初步整理出了软件中电气负荷计算的方法，现在总结出来以方便软件初学者共同学习，并给使用传统电气负荷计算方法的电气设计人员提供一个电气负荷计算思路。

1 软件中电气计算功能简述

软件基于输入的负载数据进行电气负荷计算，成套设备资料以及电动机的数据需要生产厂家提供，照明配电箱等负荷数据需要电气设计人员根据电气设计自己提供。

2 软件需要输入的数据

下面以电动机为例说明软件需要输入的数据：

（1）Motor rated power：指电动机能提供的最大机械功率Ur；

（2）Brake power：指在demand point上需要电动机提供的机械功率。

（3）Demand factor：指将Brake power和Motor rated power进行比值运算得到的比值，下面用DF表示。该比值表示软件用来进行计算的电动机operating point。

（4）Power factor：软件将根据电动机分别在50%、75%和100%的额定功率下的功率因数计算出电动机在实际操作点的功率因数，下面用PF表示。

（5）Efficiency：软件将根据电动机分别在50%、75%和100%的额定功率下的效率因数计算出电动机在实际操作点的功率因数，下面用EF表示。

除上述数据外，还有Rated voltage、Frequency等，在此不再赘述。

3 功率因数计算方法

软件通过假定电动机分别在50%、75%和100%的額定功率下的功率因数和效率为线性关系并利用线性插值法进行操作点上的功率因数和效率计算。如果操作点低于50%的额定功率，软件将通过50%和75%额定功率之间的斜率进行外推。

（1）参与功率因数计算的参数有：

PF50：50%额定功率下的功率因数； PF75：75%额定功率下的功率因数；

PF100：100%额定功率下的功率因数；DF：指Demand factor；

PF@DF：在DF下的功率因数；EF@OP：在操作点上的功率因数。

（2）软件计算不同DF下的功率因数公式分为如下三种情况：

DF<50%时：；

50%≤DF<75%时：

75%≤DF≤100%时，

效率的计算方法与上面计算功率因数的方法类似，在此不再赘述。

4 软件中计算方法与需要系数法计算实例对比

为简化计算，方便对两种计算方法对比，假定用电设备为500台同样的离心水泵，额定电压Ur=380V、额定功率Pr=2.2kW，额定频率f=50Hz，需要系数取Kx=0.8，电动机工作制采取连续工作制S1：

（1）电动机实际从电源吸收的无功功率

（2）按需要系数法计算如下：

为保证有比较性，有功功率同时系数取1，则该500台水泵电动机的有功功率

（3）比较：

1）软件计算法计算过程较复杂，适合计算机计算，需要系数法较简便，适合手算；

2）计算机计算方法考虑了电动机在不同负载率情况下无功功率及机械效率的变化，以及电动机额定功率不等于负载功率这一现实，较精确；

3）计算机计算需要的电动机分别在50%、75%、100%负载情况下的功率因数和效率数据难获取，这是一大难点；

4）从计算结果来看，计算机计算结果较小，根据该结果进行电气设备选型可降低投资，节省项目建设费用。

5 结语

前面介绍的计算机软件自带计算方法，计算条件数据难获取，需要国内厂家通力合作，目前较难推广采用。但是在国家越来越注重节能环保的今天，其较精确的计算中考虑了电动机功率大于负载功率这一特点，而工厂中电动机设备占比重较大，因此其计算结果一般较小。这样在设备材料选型时能节省设备容量和材料使用，节省投资，具有较好的应用前景。

参考文献

[1]天津电气传动设计研究所.电气传动自动化技术手册（第3版）[M].机械工业出版社，2012.