在大型电动机机械设备中(如球磨机、压力机等)，电动机作为主要的动力源起着重要的作 用,尤 其是三相笼型感应电动机,以其结构简单,工作可靠,应用更为广泛。在机械行业中,作为分析 、设计机械设备先进性的重要指标之一——机械工作效率的计算方法却非常粗糙。一般的做法是让电动机空载运转,记录此时的空载输入功率P′v，再将在不同负载点时的输入功率P′1减去P′v,即P′2=P′1-P′v作为电动机在该点输 出的机械功率,即机械设备的输入功率；更有甚者直接以电动机的电功率输入作为机械设备的输入功率。实际是将电机的各种损耗全部忽略。而第一种方法实际是忽略了电机在由空载到负载这一变化过程中,损耗的变化,必然导致误差加大。由此可见,机械设备输入功率的准确计算是工作效率精确计算的前提条件。本文阐述的分析计算法对各种损耗加以分析与修正从而使计算结果更加准确。
2理论分析
对感应电动机进行损耗分析时,常依据能量流程图,即依次是：定子铜损PCu1,定子铁耗PFe；转子铜耗PCu2，附加损耗Pad和机械损耗Pmec。在由空载到负载变化过程中,因电压维持不变,我们则认为PFe=常数。同时感应电机在正常工作范围内转差率变化很小(0.01～0.05),认为机械损耗Pmec也保持不变，这样空载时的输入功率P0中有两项是保持不变的，电机的定子铜耗 PCu=3I2R。在负载时,电机的定子电流I要增加,同时电阻也随温升增加而加大,可见定子铜损变化较大；又因为转子铜损PCu2=SPCu，当负载加大时,转差率s加大,电磁功率也要增加,故PCu2变化也较大。致于附加损耗Pad ,一般国家标准与电动机输入功率成正比。该系数依据电机的功率、极数和转子型式而取相应的数值。在分析计算前,应先做空载特性曲线,经坏值剔除,曲线拟合后,分离出额定电压点的铁耗与机械损耗值。以此连同电动机的额定电流、额定功率、冷阻、室温、绝缘等级以 及 空载后的定子阻值作为分析计算的原始数据，为该分析计算程序赋予初值。当电机负载时, 再将输入电流I及输入功率P′、转速n作为程序变量赋值，程序则可自动计算出该点电机实际输出功率。
3 分析计算程序设计
先对定子电阻进行温差修正,计算此时定子铜耗PCu1，再依据输入功率P1及空载时额定电压点的铁耗值,推导出电磁功率Pem,从而得出转子铜耗PCu2=sPem。而附加损耗Pad=K2P1，除去所有的损耗,电机的输出功率即机械设备的输入功率则为
P2=P1-3I21R-sPem-PFe-Pmec-K2P1(I/I1)2
程序流程如图所示。
图 程序流程图
4 实验验证
对一台三相笼型感应电动机(PN=18.5kW, p=8)进行分析计算,与用50kg．m的转矩传感实测结果对比见下表。
|
P/kW |
实测法 |
18.5 |
16.2 |
12.7 |
10.8 |
6.9 |
4.2 |
|
分析法 |
18.46 |
16.16 |
12.62 |
10.64 |
6.73 |
4.01 |
从上述对比可看出,分析计算与用传感器实测数据基本吻合,最大误差＜4.24%，这在工程上 是允许的。
5结 论
由于扭矩传感器(在机械装置内)不便于与机械设备连接,故采用分析计算法不仅提高计算精度,而且简单。为机械行业的科研设计提供了方便,计算程序的设计与应用,又免除了处理试验数据的繁琐劳动。
