機加廠房負荷計算分析

1、誖2011年第9BUILDING期ELECTRICITY機加廠房負荷計算分析逯霞（中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，北京市100120）LoadCalculationandAnalysisofaMachiningPlantLuXia（ChinaAviationPlanningandConstructionDevelopmentCo.，Ltd.，Beijing100120，China）AbstractThispaperanalyzesanddiscussesavarietyofloadcalculationmethodsformachiningplants，andsummarizestheappli

2、cablescopeofvariousloadcalculationmethods.KeywordsPowerfactormethod摘驗負荷計算公式Pc=P+Kx+負荷計算5。表12（1-Kx）n進行MachiningplantLoadcalculationUtilizationfactorTab.1工業(yè)用電設(shè)備的Kx、cos及tan0.651.17DemandfactormethodKx，cosandtanofindustrialelectricequipmentEmpiricalformulamethod要Loadrate用電設(shè)備組名稱小批生產(chǎn)的金屬冷加工機床大批生產(chǎn)的金屬冷加工機床分析

3、探討機加廠房各種負荷計算方法，機加廠房負荷計算功率因數(shù)負荷率需要總結(jié)各種負荷計算方法的適用范圍。關(guān)鍵詞系數(shù)法利用系數(shù)法經(jīng)驗計算公式法小批生產(chǎn)的金屬熱加工機床大批生產(chǎn)的金屬熱加工機床負荷計算是建筑電氣設(shè)計的基礎(chǔ)，負荷計算結(jié)果的準確性直接影響建筑電氣設(shè)計的合理性及投資成本。負荷計算的方法較多，如何正確利用各種計算方法成為電氣設(shè)計的關(guān)鍵。注：Kx需要系數(shù)；cos功率因數(shù)；tan用電設(shè)備功率因數(shù)角相對應(yīng)的正切值。表2利用系數(shù)Kl、cos及tancostan1負荷計算的方法機加廠房即以機械加工為主的廠房，其主要動力Tab.2UtilizationfactorKl，cosandtan用電設(shè)備組名稱一般工作

4、制小批生產(chǎn)用金屬切削機床（小型車、刨、插、銑、鉆床、砂輪機等）一般工作制大批生產(chǎn)用金屬切削機床重工作制金屬切削機床（沖床、自動車床、六角車床、粗磨、銑齒、大型車床、刨、銑、立車、鏜床）小批生產(chǎn)金屬熱加工機床（鍛錘傳動裝置、鍛造機、拉絲機、清理轉(zhuǎn)磨筒、碾磨機等）大批生產(chǎn)金屬熱加工機床Kl0.10.12設(shè)備包括各種機床，如：車床、刨床、鏜床、磨床、銑床、插床、切斷機床，以及各種數(shù)控機床等。設(shè)計過程中我們經(jīng)常會遇到機加設(shè)備的配電及機加廠房負荷計算問題，負荷計算的方法有：需要系數(shù)法、利用系數(shù)法、單位指標法等。在工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊第三版中給出了運用需要系數(shù)法和利用系數(shù)法確定機床設(shè)備的計算負荷，系數(shù)取

5、值如表1及表2所示。除了采用需要系數(shù)法和利用系數(shù)法，也可根據(jù)經(jīng)0.16注：Kl用電設(shè)備組在最大負荷班內(nèi)的利用系數(shù)。作者信息逯霞，女，中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司，工程師。供電與配電如何正確的使用上述3種負荷計算方法和表1、表2給出的參數(shù)，成為做好機加廠房配電系統(tǒng)設(shè)計的主要因素。電動機的空載損耗，kW；P0電動機的額定效率；N電動機的功率因數(shù)，cos=cos電動機的視在功率，kVA；S電動機空載時的無功損耗，kvar。Q0式（1）、（2）電動機的特性曲線可用圖1表示。2設(shè)備計算電流確定眾所周知，三相交流設(shè)備的電流計算公式為：P1；SIN=PN%，在正確應(yīng)用此公式之前我們需要先明確三相異步電動機的

6、幾個基本概念：額定功率PN：電動機在額定工況下運行時，額定電壓UN：電動機在額定工況下運行時，額定電流IN：電動機在額定工況下運行，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸輸出的機械功率。施加在定子繞組上的線電壓。軸輸出額定功率時，流入定子繞組的線電流。額定功率因數(shù)cosN：電動機在額定工況下額定效率N：電動機在額定工況下運行時，圖1電動機的特性曲線運行時，定子側(cè)的功率因數(shù)。Fig.1Characteristiccurvesofelectrmotors由圖1可以看出，對于一臺給定的電動機而言，其運行效率、功率因數(shù)均取決于電動機的負荷率，分析如下：轉(zhuǎn)軸輸出的機械功率（額定功率）與定子側(cè)輸入的電功率（額定輸入功率）的比值。明確上述

7、基本概念之后電動機輸入電流的計算公式應(yīng)該為IN=a.電動機負荷率低于40%時，其運行效率才PN姨UNcosNN%，其中電動機的額定迅速下降。當電動機負荷率達到40%以上時，運行效率較高。功率PN在銘牌上給出，電動機的效率、功率因數(shù)b.效率曲線的最高點為電動機的最高運行效率，cos可以分別用式（1）、式（2）表示：=PN+P0+2P2P1其對應(yīng)的負荷率為最佳負荷率，用e表示，從曲線可以看出e一般在60%80%之間。c.電動機空載時功率因數(shù)很低，在10%20%PN1-1PN-P0NN（1）之間，隨著負荷率增加，功率因數(shù)也增大，當為80%以上時功率因數(shù)達到最高。根據(jù)資料統(tǒng)計，車床、銑PN+P0+2c

8、os=1-1%PN-P0姨姨床滿載時的電動機效率為（2）%70%80%，鉆床為80%85%，磨床為80%90%，刨床、插床為65%75%。姨%PN+P0+22-1PN-P0%+Q0+2NNtgN-Q0N式中：電動機的效率；電動機的有功輸出功率，kW；P2電動機的有功輸入功率，kW；P1電動機的負荷率，=對于給定的機床設(shè)備，可根據(jù)電動機的特性曲線及公式（1）、（2）求出機床電動機的功率因數(shù)，然P2；PN后利用公式IN=PN姨UNcosN%計算得出機床設(shè)備的額定電流。有的數(shù)控機床設(shè)備商直接給出機床設(shè)備的額定電流，作為設(shè)計依據(jù)。機加廠房負荷計算分析（逯霞）電動機的額定功率，kW；PN537誖2011

9、年第9BUILDING期ELECTRICITY3分析舉例下面舉例說明機床設(shè)備的負荷計算。某廠房有特性曲線的分析可知，其cos=0.65×0.80.9×0.8=0.520.72，所以在應(yīng)用公式進行電流計算時不能直接利用表1和表2給出的功率因數(shù)0.50n條生產(chǎn)線，其中較為典型的生產(chǎn)線機床設(shè)備負荷如表3所示，所有機床設(shè)備的額定電壓均為三相380V。表3設(shè)備號0.65，否則計算結(jié)果會偏大，從而使得開關(guān)和導(dǎo)線選擇均偏大，造成不必要的浪費。同時也不能直接典型生產(chǎn)線機床設(shè)備負荷表/kWTab.3Typicalloadsheetofmachinetoolsofproduction-line

10、/kW1生產(chǎn)線號利用公式I=P姨Ucos%，將電動機功率因數(shù)按照220320456789合計cos=0.8進行計算，這樣計算電流則偏小。32整條生產(chǎn)線的配電生產(chǎn)線的配電計算可以采用需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和經(jīng)驗公式法。abc72864112813405.513118142588276648321運用需要系數(shù)法計算注：表中20kW以上的設(shè)備均為數(shù)控機床，銘牌值PN/IN分別為：20kW/45A、40kW/89A、64kW/143A、72kW/161A。運用需要系數(shù)法計算時，設(shè)：cos=0.60，Kx=0.25，則：a生產(chǎn)線的計算有功功率Pc=112kW；b生產(chǎn)線的計算有功功率Pc=KxP=0.25

11、×88=22kW；c生產(chǎn)線的計算有功功率Pc=KxP=0.25×276=69kW。其中b生產(chǎn)線的計算有功功率小于最大單臺設(shè)備的額定功率，計算電流為56A，如果6號設(shè)備（40kW該案例的配電包括單臺設(shè)備的配電、生產(chǎn)線的配電，以及整個廠房的配電。其中整個廠房的配電及負荷計算采用表1、表2給出的需要系數(shù)法或利用系數(shù)法計算，在此不再列出。下面就單臺設(shè)備的配電和生產(chǎn)線的配電進行具體的分析計算。單臺設(shè)備配電按照電流的計算公式I=/89A）額定運行時整條生產(chǎn)線會因為過電流而斷電。由此可見需要系數(shù)法的負荷計算結(jié)果不夠合理，利用此計算結(jié)果進行導(dǎo)線和開關(guān)的選擇都不合理。但表1給出的需要系數(shù)的取

12、值為經(jīng)驗值，我公司幾十年實踐應(yīng)用證明：考慮電動機的特性曲線（圖1）及機床設(shè)備的工作特點（多臺電機不可能同時額定功率運行）后，需要系數(shù)法的計算結(jié)果一般能夠滿足生產(chǎn)線的負荷需求，但隨著數(shù)控機床的大量應(yīng)用以及數(shù)控機床功率的不斷增加，需要系數(shù)法用于功率相差較大的、設(shè)備較少的生產(chǎn)線的負荷計算，其計算結(jié)果不夠合理，31P姨Ucos%，對于數(shù)控機床，如a生產(chǎn)線的2號數(shù)控機床，銘牌已經(jīng)給出P、U、I值，通過上式可以反推出設(shè)備的cos=0.68，若cos=0.8，則=0.85，滿足電動機的特性曲線。可按照額定電流進行保護開關(guān)的整定及導(dǎo)線截面的選擇。那么，對于一般的機床設(shè)備，根據(jù)上述電動機表4典型生產(chǎn)線利用系數(shù)法

13、負荷計算結(jié)果Tab.4Loodcalculationresultsoftypicalproduction-lineusingutilizationfactormethod用電設(shè)備中，用電設(shè)備用電設(shè)備n1臺設(shè)備用電設(shè)備平均計算用電設(shè)備單臺設(shè)備功率n1臺數(shù)的的總設(shè)備Pn1功率最大系數(shù)利用系數(shù)的有效有效臺數(shù)生產(chǎn)組的設(shè)備利用系數(shù)有功功率不小于最大相對值臺數(shù)的相對值功率臺數(shù)相對值線號功率KmKl一臺設(shè)備功率nKavnPc/kWP/kW11288276一半的臺數(shù)n1Pn1/kW7240192Pnyxnyxlabc3891131124712446供電與配電出現(xiàn)了過電流跳閘事故。e.變電所負荷計算可以采用利用

14、系數(shù)法、需要322運用利用系數(shù)法計算系數(shù)法、經(jīng)驗計算公式。此時的經(jīng)驗計算公式系數(shù)已經(jīng)接近需要系數(shù)法的需要系數(shù)值，因為經(jīng)驗計算公式Pc=PKx+由于利用系數(shù)法的計算系數(shù)與設(shè)備臺數(shù)和功率均有關(guān)，所以計算結(jié)果比較準確。運用利用系數(shù)法計算所得的部分生產(chǎn)線的負荷計算結(jié)果見表4。從表4可以看出，利用系數(shù)法的計算結(jié)果大于需要系數(shù)法。b、c生產(chǎn)線的計算結(jié)果分別為47kW/119A、2（1-Kx），當n越大時，Kxn+2（1-Kx）越接近Kx，n為無窮大時，即等于Kx。n1周希章，周全，編著.常用電機的選擇和應(yīng)用M.124kW/314A，此值較需要系數(shù)法的計算結(jié)果更加合理。以往的實踐證明利用系數(shù)法的計算結(jié)果一般

15、能夠滿足生產(chǎn)線的負荷需求。323運用經(jīng)驗公式法計算北京：機械工業(yè)出版社，2007.運用經(jīng)驗公式Pc=PKx+2（1-Kx）n2周希章，周全，等編著.如何正確選用電動機M.北京：機械工業(yè)出版社，2007.3中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院，組編.工業(yè)與（n4）計算，因為系數(shù)與設(shè)備臺數(shù)有關(guān)，其計算結(jié)果較需要系數(shù)法合理，但還是不能體現(xiàn)與單臺設(shè)備容量的關(guān)系。具體計算結(jié)果為：b生產(chǎn)線的計算有功功率Pc=PKx+民用配電設(shè)計手冊M.北京：中國電力出版社，2005：3-10.4孫旭東，王善銘，編著.電機學(xué)M.北京：清華大學(xué)出版社，2006.5吳元標.工廠電力負荷計算方法的探討J.建2（1-Kx）=88×

16、0.438n=38.5kW；c生產(chǎn)線的計算有功功率Pc=PKx2（1-Kx）=276×0.417=115kW。+n筑電氣，1985（2）：5.2011-01-15來稿2011-07-22修回4總結(jié)a.單臺機床設(shè)備的電流計算應(yīng)采用公式：2222222222222222222222I=P姨UIcosb.%建筑電氣雜志社遷址公告19812011，金秋10月，建筑電氣迎來她第。對于多臺機床設(shè)備（n4）、單臺機床設(shè)備的功率相差不大的配電干線進行負荷計算時可以采用需要系數(shù)法、利用系數(shù)法和經(jīng)驗公式，計算結(jié)果誤差在工程允許范圍內(nèi)。30個生日。值此30周年刊慶之際，建筑電氣雜志社將喜遷新址辦公。新辦公地址：成都市天府大道北段866號C座4層郵編：610042電話：辦公室編輯部廣告部發(fā)行部網(wǎng)絡(luò)部c.對于多臺機床設(shè)備（n4）、單臺機床設(shè)備的功