三相异步电动机能效的不确定度评定

巩锐 陈峰

摘 要：能效是三相异步电动机的重要指标，能效测试是确定电机能效等级的前提。不确定度是对测量结果质量的定量表征，对电机能效测试结果进行不确定度评定具有重要意义。

关键词：三相异步电动机；能效测试；不确定度评定

1 引言

研发高效率电动机，能效测试是关键一环。IEC60034-30规定对高效、超高效电机的效率测试方法必须采用低不确定度的方法。所谓“测量不确定度”是对测量结果质量的定量表征，以确定测量结果的可信程度。测量结果的可用性很大程度上取决于其不确定度的大小，所以测量结果必须附有不确定度说明。

本文以某电机为例，对基于B法（输入输出损耗分析法）的三相异步电动机能效测试结果进行测量不确定度分析。

2 三相异步电动机能效测试

利用江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院（国家桥门式起重机械产品质量监督检验中心）研制的三相异步电动机能效测试系统，对某企业制造的一台三相异步电动机作为样机进行能效测试。该电机的参数如下：额定功率PN=3.0kW；额定电压UN=380VAC；额定电流IN=6.0A；额定转速ne=1450r/分钟；额定频率f=50Hz；极数2p=4；接线形式Y；绝缘等级F级；工作制S1；防护等级IP54。

符号说明：P1为输入功率（W）；P0为空载输入功率（W）；P2为输出功率（W）；PFe为铁耗（W）；Pfw为风摩耗（W）；PS为负载杂散损耗（W）；P0culs为空载定子I02R0损耗（W）；Pculs为规定温度下定子绕组I2R损耗（W）；Pcu2s为规定温度下转子绕组I2R损耗（W）；PT为总损耗（W）；η为效率；k为包含因子，本文取P=2。

采用B法（测量输入和输出功率的损耗分析法）测量电机效率。试验测得：P1=2664.4W，P0=176.9W，P2=2200W，P0culs=38.9W，Pcu1s=164.6W，Pcu2s=143.7W，PS=18.1W，Pfw=37.6W，PFe=100.4W。为简便起见，除特别说明外，以下各式中相同变量的含义与前文一致。

3 测量不确定度评定

在能效测试中，被测量的各个参数有的可以通过仪表直接测量，有的为间接测量，直接测量和间接测量两种情况下的B类标准不确定度的合成方法如下：

（1）直接测量参数的B类标准不确定度用其相关影响因素

的单项B类标准不确定度的“方和根”法合成，即，其中，u（x）为B类合成标准不确定度；uxi为各参数相关因素的单项B类标准不确定度；n为相关因素数。

（2）间接测量参数u（y）的B类合成标准不确定度符合

“不确定度传播律”：，其中，u（xi）为直接测量参数的B类合成标准不确定度。

综合（1）、（2）得到B类合成相对不确定度uref（y）的计

算公式：，其中，为间接测量参数，是多个直接测量参数的函数；uref（xj）为直接测量参数的B类合成相对不确定度。

（3）根据，

（4）uref（P1）为输入功率P1的B类合成相对不确定度，由于P1是直接测量得到，其不确定度是由电参数仪决定，此次试验采用的是YOKOGAWA的WT1800的电参数仪，根据其校准证书，其不确定度为0.2%，k=2，所以由计量标准引入的不确定度分量为0.1%。由于采用电流互感器，仪器在（380×10）W时为0.04%，则功率计不确定度uref（P1）=0.11%。

（5）定子I2R损耗的B类合成相对不确定度为

根据WT1800校准证书上，电流不确定度0.08%，k=2，所以由計量标准引入的不确定度分量为0.04%；此次测量电流<5A，由证书标准值4A，1路示值3.9998A，2路示值3.9999A，3路示值3.9979A，则仪器测量不确定度分量为0.02%，电参数测量电流时不确定度为0.04%。

对uref（R）产生影响的是电阻仪，此次试验采用的是杭州威格电子科技有限公司生产的直流低电阻测试仪，根据其校准证书，其不确定度为0.1%，k=2，所以由计量标准引入的不确定度分量为0.05%。由证书输入值10.00?，示值10.001?，则仪器引入的不确定度分量为0.01%，所以电阻测试仪不确定度为0.05%。由此可得到：

（6）转子I2R损耗的B类合成相对不确定度uref（Pcu2s）为：

其中，=2399.4W。uref（Pst）为转差率的B类合成相对不确定度，按电机转速不确定度计算，此次试验采用的是HBM的50Nm转速转矩传感器，由于此次测得转速>1000r/分钟，根据其校准证书，其不确定度为0.03%，k=2，所以由计量标准所引入的不确定度分量为0.015%。

（7）定义，uref（P0）为电动机铁耗和风摩耗的B类合成相对不确定度，uref（P0cu1s）为空载定子I02R0损耗的B类合成相对不确定度，且，从而可得：

（8）求取电动机杂散损耗的B类合成相对不确定度uref（Ps）。此次试验采用的是HBM的50Nm转速转矩传感器，根据其校准证书，其不确定度为0.14%，k=2，所以由计量标准引入的不确定度分量为0.07%。由于此次测得转矩<10Nm，由证书输入值10.00Nm，示值10.008Nm，则仪器的引入不确定度分量为0.08%，所以。最终可得：

此台电机效率测量的B类相对不确定度为

电机效率测量的B类相对扩展不确定度为

4 小结

本文对某电动机能效测试结果进行不确定评定，对影响电动机能效测试结果的每一个因素逐一建立相应的数学模型，并以各自的方式向最终能效测试结果传递，按照数理统计原理进行分析计算，给出了详细的能效不确定度评定过程。

参考文献

[1]GB 18613-2012 中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级[S].中华人民共和国国家标准，2012.

[2]倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京：中国质检出版社，2014.

（作者单位：江苏省特种设备安全監督检验研究院无锡分院）