变频器供电交流电动机的损耗、 确定各负载点损耗和效率的范例.pdf

GB/T 32877XXXX/IEC 60034-2-3:2020 11 A A 附录A （资料性） 交流电动机的损耗 A.1 概述 本附录给出电机产生损耗的物理效应的基本信息， 当单个损耗分量已由计算或测量获知时， 可作为 基础被用于计算各种速度和负载（转矩）下的损耗下文提到的损耗分量并非适用于所有种类的交流电 动机 本方法假定使用的是恒磁通控制，这意味着用这种控制方式的感应电动机可能相对计算精度高于 其它电动机，如同步电动机 A.2 定子和转子绕组I 2R 损耗PLSR(PLS+PLR) 这些损耗与频率无关且随转矩平方而变化（因为电流基本上随转矩而变化）但是，磁化电流的偏 移量（空载电流）必须要考虑 因此，任意负载点的绕组损耗PLSR（n，T）可由额定速度nN和额定转矩TN下的绕组损耗PLSR插值计算： a） 定子绕组损耗按公式（A.1）计算 LS(，) = LS(N，N) (0 N) 2 + (1 (0 N) 2) 2 (A.1) b） 转子绕组损耗按公式（A.2）计算 LR(，) = LR(N，N) 2 (A.2) c） 总绕组损耗按公式（A.3）计算 LSR(，) = LS(N，N) (0 N) 2 + (1 (0 N) 2) 2 + LR(N，N) 2 (A.3) A.3 铁耗PLfe 铁耗可分为两部分，可按公式（A.4）计算： 磁滞损耗PLfecfe，和频率（转速）成正比； 涡流损耗PLfe（1-cfe），和频率（转速）平方成正比。

若不知道这两部分的准确分布，实践中按相等分布（cfe =0.5）应能得到满意的结果 在恒磁通（基准频率或恒定转矩）范围内，铁耗与磁通（B场，B-field）无关 Lfe(，) = fe Lfe(N，N) + (1 fe) Lfe(N，N) 2 (A.4) A.4 附加负载损耗PLL 附加负载损耗是指支撑机构（外壳、法兰）中的损耗和副作用（转子导条间的环流、永磁体中的涡 流等等）引起的损耗 附加负载损耗可分为两部分，可按公式（A.5）计算： 附加负载损耗PLLcLL，由正比于频率（转速）的损耗和正比于转矩平方的损耗构成； 附加负载损耗PLL（1-cLL）， 这部分损耗由涡流所导致，因此与频率（转速）和转矩成正 比 若不知道这两部分附加负载损耗的准确分布，应假定为相等分布 注： 一小部分附加负载损耗发生在空载条件下，这部分损耗虽然大部分为涡流损耗但通常存在于风摩耗，因此也是 GB/T 32877XXXX/IEC 60034-2-3:2020 12 与频率的平方成正比的 LL(，) = LL LL(N，N) 2 + (1 LL) LL(N，N) 2 2 (A.5) A.5 风摩耗PLfw 风摩耗可分为两部分，可按公式（A.6）计算： 摩擦损耗PLfwcfw，正比于频率（转速）； 风耗PLfw（1-cfw），这部分损耗由涡流所导致，因此与频率（转速）和转矩成正比。

当无法通过试验来明确通风自冷电动机两部分风摩耗的准确分布时，可按表A.1给出的推荐值 表A.1 IC 411 通风自冷电动机风摩耗分布推荐值 额定转速（r/min） cfw （1-cfw） 3 000至3 600 0.7 0.3 1 500至1 800 0.5 0.5 1 000至1 200 0.3 0.7 1 000 0.2 0.8 当电动机带有辅助风扇（IC 416）时，风耗是固定的，与转速无关风耗可以由风扇电机的输出功 率和效率来计算 Lfw(，) = Lfw Lfw(N，N) + (1 Lfw) Lfw(N，N) 3 (A.6) A.6 附加高频损耗PLHL 附加高频损耗是由脉宽调制（PWM）变频器供电电源的非正弦性引起的高频电压，这基本上取决 于变频器的开关频率和控制策略， 在电动机绕组中产生附加高频电流， 此电流导致附加涡流和I 2R损耗 经验表明， 只要变频器开关频率保持不变， 在整个转矩和转速范围内附加高频损耗基本上是恒定的， 可按公式（A.7）计算： LHL(，) = LHL(N，N) (A.7) GB/T 32877XXXX/IEC 60034-2-3:2020 13 B B 附录B （资料性） 确定各负载点损耗和效率的范例 B.1 概述 本附录提供了如何确定不同负载点损耗和效率的范例。

下述数据是感应电动机制造商所提供的铭牌数据，见表B.1 表B.1 铭牌数据 参数 符号 数值 单位 额定转速 nN 3 000 r/min 额定功率 PN 5.5 kW 数据可以用来确定基准转速、基准功率和基准转矩，见表B.2 表B.2 基准值 参数 符号 数值 单位 基准转速 nref 3 000 r/min 基准功率 Pref 5 500 W 基准转矩 Tref =5 500/（23 000/60）=17.5 Nm 注： 若给定了额定功率来代替额定转矩，可由额定转矩和转速计算基准功率 B.2 确定插值系数 若还未能从制造商处得到插值系数，则可用电动机七个标准运行点的损耗来确定插值系数，见表 B.3这些信息应由电机制造商提供 示例，见表B.3 表B.3 七个运行点的损耗 参数 符号 损耗 （W） 插值函数的相对损耗 运行点1（2 700 r/min、17.5 Nm） P1 466 =466/5 500=0.08473 运行点2（1 500 r/min、17.5 Nm） P2 302 =302/5 500=0.05491 运行点3（7500 r/min、17.5 Nm） P3 237 =237/5 500=0.04309 运行点4（2 700 r/min、8.75 Nm） P4 248 =248/5 500=0.04509 运行点5（1 500 r/min、8.75 Nm） P5 160 =160/5 500=0.02909 运行点6（1 500 r/min、4.38 Nm） P6 96 =90/5 500=0.01745 运行点7（750 r/min、4.38 Nm） P7 69 =69/5 500=0.01255 插值系数可用相对损耗值按7.3给出的公式直接确定。

计算好的插值系数，见表B.4 GB/T 32877XXXX/IEC 60034-2-3:2020 14 表B.4 插值系数 参数 符号 数值 运行点1插值系数 cL1 -0.000157 运行点2插值系数 cL2 0.005375 运行点3插值系数 cL3 0.016506 运行点4插值系数 cL4 0.010439 运行点5插值系数 cL5 0.025448 运行点6插值系数 cL6 0.041480 运行点7插值系数 cL7 -0.004808 制造商也可提供七个插值系数，代替标准运行点的损耗由于有几种方法确定系数，其中有些方法 包括使用了附加测量数据，因此，若可能的话，总是首选使用供应商提供的系数 B.3 计算某些运行点的损耗和效率 例如，电动机的用户规定了下述运行点，见表B.5 表B.5 用户规定运行点 转速 （r/min） 转矩 （Nm） 相对运行时间 计算好的输出功率 （W） 400 1 10% =2 （400/60） 1=42 1 400 5 60% =2 （1 400/60） 5=733 2 800 15 30% =2 （2 800/60） 15=4398 用7.3给出的插值公式，可计算三个用户规定运行点的相对损耗，见表B.6。

表B.6 计算用户规定运行点的损耗 相对转速 相对转矩 相对 损耗 损耗 （W） 效率 =400/3 000=0.1333 =1/17.5=0.0571 0.0032 =0.0032 5 500=18 =42/(42+18)=70.3% =1 400/3 000=0.4667 =5/17.5=0.2856 0.0182 =0.0182 5 500=100 =733/(733+100)=88.0% =2 800/3 000=0.9333 =1/17.5=0.8568 0.0747 =0.00747 5 500=411 =4398/(4 398+411)=91.5% 电动机遵循每个负载点运行时间的循环（cycle）效率可计算如下： 每周期损耗：0.118+0.6100+0.3411=185（W）； 每周期输出功率：0.442+0.6733+0.34398=1 763（W）； 每周期总效率：1 763/(1 763+185) =90.5 % 此效率可用于比较不同的电动机是否符合能效损耗 GB/T 32877XXXX/IEC 60034-2-3:2020 15 参考文献 1 GB/T 212092017，用于电力传动系统的交流电机 应用导则 2 GB/T 32891.22019，旋转电机 效率分级（IE代码） 第2部分：变速交流电动机 3 IEC 61800-2:2015，调速电气传动系统 第2部分：一般要求 低压交流变频电气传动系统额定 值的规定 4 GB/T 12668.42006，调速电气传动系统 第4部分：一般要求 交流电压1 000 V以上但不超过 35 kV的交流调速电气传动系统额定值的规定 。