电机工作特性的计算方法

胡 浩, 杨斌文



电机工作特性的计算方法

胡 浩*, 杨斌文

(湖南文理学院 机械工程学院, 湖南 常德, 415000)

电动机的工作特性通常要经过试验测得. 本文介绍了一种由产品目录数据计算三相异步电动机工作特性的方法, 包括转速特性、转矩特性、效率特性、功率因数特性和定子电流特性, 并举一应用实例说明其准确性.

三相异步电动机; 工作特性; 计算方法

三相异步电动机的工作特性是衡量电机运行性能好坏的重要指标. 对于电机工作特性的求取, 通常是按照国家标准GB/T1032-2005《三相异步电动机试验方法》的要求进行测量, 测试时需要用到较多的器件与仪表, 且过程较长. 本文依据电机学方面的有关知识, 介绍了由电机产品目录数据计算三相异步电动机工作特性的方法, 简便实用, 准确度高.

1 计算方法

1.1 转速特性

设电动机的输出功率2与额定功率e之比为负载系数. 由于电动机在额定负载附近运行时, 其转差率≈e, 由转速=0(1-)可得:

式中,0为电动机同步转速,e为电动机额定转差率.

1.2 转矩特性

电动机的电磁转矩等于空载损耗转矩0与输出转矩2之和, 即:

=0+2,0= 9 550(W+D),2= 9 5502/.= 9 550(W+D+2)/. (2)

式(2)中,Ω为机械损耗, 约为(0.8%～1%)e;D为附加损耗, 对于大容量异步电动机取0.5%e, 中小容量异步电动机取(1%～2%)e.

1.3 效率特性

首先计算效率参数:

式中,为电动机的不变损耗与可变损耗之比, 同步转速在600 r/min及以下的电动机选取0.5; 750 r/min选取0.7; 1 000与1 500 r/min时, 选取1.0; 3 000 r/min选取2.0. 那么效率:

式中,e为电动机的额定效率.

1.4 功率因数特性

电动机的有功功率与无功功率的表达式为:

1=2/(5)

=0+ (e-0)2. (6)

1.5 定子电流特性

只要在负载系数在0.3～1.1之间选取5～6点值, 按照式(1)—(8)就可计算出电动机这5个方面工作特性数据, 并绘成曲线.

2 应用举例

某一合成纤维板厂有一台6极异步电动机,e= 40 kW,e= 380 V,e= 73.8 A,e= 90.5%, ce= 0.87,m= 1.8,I= 6.5,M= 1.4,e= 1.91%. 工作特性的计算如下: 取= 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.1共6点负载情况考虑, 当= 0.3时:

(a)=0(1 – 0.3e) = 1 000(1 – 0.3 × 1.91%) = 994 r/min.

(b)= 9 550(W+D+ 0.3e)/= 9 550 × (0.8% + 1% + 0.3) × 40/994 = 122 N·m.

(c)= (0.3 +/0.3)/(1 +) = (0.3 + 1/0.3)/(1 + 1) = 1.82,= 1/(1 + 1.82(1/0.905-1)) = 84%.

同理可计算出= 0.5, 0.7, 0.9, 1.0, 1.1时电动机工作特性5个方面的值. 按照GB/T1032-2005《三相异步电动机试验方法》对该电动机的工作特性实际测量, 结果见表1. 从表1可知, 按产品目录数据所计算的值与实际测量的值相接近.

表1 电机工作特性的计算值与测量值

注:的实测值用转矩测量仪测得,的实测值通过测量2与1的值后计算出来的.

另外, 按计算值绘出该电动机工作特性5个方面的曲线(见图1—5), 特性曲线直观地体现出了转速、转矩、效率、功率因数cos和定子电流1随负载系数的变化情况.

图1 转速特性

图2 转矩特性

图3 效率特性

图4 功率因数特性

图5 定子电流特性

3 结语

根据电机学方面的有关知识, 推导出了三相异步电动机工作特性所属的转速特性、转矩特性、效率特性、功率因数特性和定子电流特性的相关计算公式. 然后在0.3～1.1之间取不同的负载系数值, 按照相关公式进行计算, 求得了电机的工作特性值, 并绘制出了工作特性曲线. 该计算方法与实际测量相比较, 两者的准确性很接近, 但省去了测量所需器件仪表, 还节省了时间, 完全能满足工程应用的需要.

[1] 顾绳谷. 电机及拖动基础[M]. 北京: 机械工业出版社, 2010: 147—149.

[2] 傅丰礼. 异步电动机设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2008: 205—208.

[3] 王益全. 电动机原理与实用技术[M]. 北京: 科学出版社, 2007: 182—185.

Calculation method of the work characteristics for electrical machines

HU Hao, YANG Bin-wen

(College of Mechanical Engineering, Hunan University of Arts and Science, Changde 415000, China)

The work characteristics for electrical machines is always obtained by examination. The method of calculating three-phase induction motor’ work characteristics with product catalog data is introduced, including Speed characteristicsand, torque characteristics, efficiency characteristics, power factor characteristics and Stator current characteristics. An applied example is given to illustrate its accuracy.

three-phase induction motor; work characteristics; calculation method

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.01.008

TM 343

1672-6146(2013)01-0031-04

email: hh0822@126.com.

2012-11-21

湖南文理学院教改项目(JGYB1221)

(责任编校:刘刚毅)