高效變頻電機(jī)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

1、高效變頻電機(jī)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)效率、節(jié)電率、溫升和損耗的關(guān)系電機(jī)系統(tǒng)以前的電機(jī)系統(tǒng)就是一個(gè)電機(jī)，由工頻網(wǎng)電供電。變頻的電機(jī)系統(tǒng)是由變頻器和電機(jī)組成。變頻器由工頻電供電，變頻器輸出變頻 的電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)。電機(jī)或電機(jī)系統(tǒng)能量流動(dòng)圖變頻電機(jī)變頻器工頻電機(jī)工頻電源負(fù)載負(fù)載變頻電機(jī)系統(tǒng)輸入電功率P0輸入電功率P0輸出機(jī)械功率P2輸出機(jī)械功率P2電機(jī)輸入功率=變頻器輸出功率P1環(huán)境電機(jī)損耗Ps2電機(jī)損耗Ps2環(huán)境變頻器損耗Ps1電機(jī)系統(tǒng)的效率和損耗系統(tǒng)效率：Eff0=P2/P0100%變頻器效率：Eff1=P1/P0100%電機(jī)效率：EFF2=P2/P1100%Eff0=EFF1Eff2另外各功率和損耗的關(guān)系為

2、：P0=P2+PS1+PS2=P1+PS1P1=P2+PS2總損耗PS=PS1+PS2影響電機(jī)系統(tǒng)的效率的因素電機(jī)系統(tǒng)的效率是由變頻器效率和電機(jī)效率相乘得到。所以其不僅取決于電機(jī)效率，還取決于變頻器效率。僅僅電機(jī)效率的提高，不能夠一定帶來(lái)整體系統(tǒng)效率的提高。變頻器和電機(jī)的效率不僅取決于變頻器和電機(jī)本身，還取決于變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方法，好的方法可以降低電機(jī)和變頻器的損耗，提高系統(tǒng)效率。節(jié)電率和效率的關(guān)系1/3節(jié)電率是對(duì)2個(gè)電機(jī)系統(tǒng)（工頻電機(jī)可以看做特殊的沒(méi)有變頻器的電機(jī)系統(tǒng)）在一定時(shí)間T以一定工作方式拖動(dòng)一個(gè)負(fù)載完成一個(gè)相同的任務(wù)的耗電對(duì)比所形成的概念。設(shè)第一個(gè)系統(tǒng)耗電是W1，第二個(gè)系統(tǒng)耗電是W2

3、，W2W1，那么第二個(gè)系統(tǒng)的節(jié)電率是：K=（W1-W2）/W1100%節(jié)電率和效率的關(guān)系2/3設(shè)在整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)T內(nèi)，兩個(gè)對(duì)比電機(jī)系統(tǒng)的平均效率為EFF0_AV1，EFF0_AV2，且 EFF0_AV1 EFF0_AV2平均輸出功率均為P2_AVW1=P2_AV/EFF0_AV1TW2=P2_AV/EFF0_AV2T可以看到W1W2，K2 =（W1-W2）/W1100%0節(jié)電率和效率的關(guān)系3/3從上面分析可知，在同樣時(shí)間內(nèi)，平均系統(tǒng)效率越高的電機(jī)系統(tǒng)，其耗電越小，即輸入電能越小，更加節(jié)約能源，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。平均系統(tǒng)效率是電機(jī)系統(tǒng)在整個(gè)工作范圍內(nèi)所有工作點(diǎn)效率的時(shí)間平均。電機(jī)系統(tǒng)在工作點(diǎn)范圍內(nèi)系

4、統(tǒng)效率越高，其就越節(jié)能。系統(tǒng)損耗分析1/2假設(shè)某個(gè)設(shè)備完成某個(gè)任務(wù)所需的輸出機(jī)械能量為WT，而兩個(gè)不同的電機(jī)系統(tǒng)的輸入電能為W1和W2，可得采用不同的電機(jī)系統(tǒng)時(shí)這個(gè)設(shè)備在一定時(shí)間T內(nèi)完成某個(gè)任務(wù)產(chǎn)生的損耗為WS1=W1-WTWS2=W2-WT可以看到采用節(jié)電多的電機(jī)系統(tǒng)，即采用平均系統(tǒng)效率較高的電機(jī)系統(tǒng)，其設(shè)備在一定T內(nèi)產(chǎn)生的損耗較小。系統(tǒng)損耗分析2/2系統(tǒng)總損耗能量WS等于電機(jī)系統(tǒng)散發(fā)到周圍環(huán)境中的熱量，也就說(shuō)明設(shè)備采用平均系統(tǒng)效率較高的電機(jī)系統(tǒng)，單位時(shí)間內(nèi)散發(fā)到周圍環(huán)境中的熱量較少。損耗和車間溫度控制的關(guān)系1/3某些工廠為了維持車間的恒溫，需要把設(shè)備產(chǎn)生的熱量通過(guò)空調(diào)設(shè)備轉(zhuǎn)移到廠房外面。空

5、調(diào)的制冷量和耗電電能是確定能效比KX。對(duì)應(yīng)到某個(gè)具體的設(shè)備的電機(jī)系統(tǒng)，空調(diào)的制冷量等于該電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量WS。其空調(diào)的耗電功率WCS=WS/KX可見(jiàn)WS越小，空調(diào)的耗電功率越小；也就是說(shuō)電機(jī)系統(tǒng)的平均效率越高，空調(diào)的耗電功率越小。損耗和車間溫度控制的關(guān)系2/3某些工廠為了維持車間的恒溫，需要把設(shè)備產(chǎn)生的熱量WS通過(guò)通風(fēng)設(shè)備轉(zhuǎn)移到廠房外面。Qv=PS/（CadT）PS為損耗功率，Qv是所需冷卻介質(zhì)的流量；Ca是冷卻介質(zhì)的比熱容；dT是冷卻介質(zhì)通過(guò)電機(jī)系統(tǒng)后的溫升，Ca和dT是確定值。PV=ZQv3，Z為散熱路徑的風(fēng)阻或者流阻，為確定值。PV是風(fēng)扇或者泵的功率。可見(jiàn)損耗功率PS越小，所需的散熱的

6、風(fēng)扇或者泵的耗電功率PV越小。所以考慮設(shè)備工作的整個(gè)時(shí)間T，損耗能量WS越小，所需的散熱風(fēng)扇或者泵的耗電電能WV越小。損耗和車間溫度控制的關(guān)系3/3綜上所述，損耗能量越小，為了維持車間溫度所需的設(shè)備的耗電越小。即電機(jī)系統(tǒng)的平均效率越高，其輸入的電能越小，而且為了維持其環(huán)境溫度的設(shè)備的耗電也越小，從而整個(gè)工廠為了使用整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)所需要的總電能最小。電機(jī)的溫升和效率1/4電機(jī)的效率越高，其損耗越小，也就說(shuō)其需要散發(fā)的熱量越小。電機(jī)散發(fā)的熱量的方式有傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射。而對(duì)于電機(jī)表面的熱量，主要通過(guò)對(duì)流和輻射散熱。電機(jī)單位時(shí)間內(nèi)在單位面積A散發(fā)的熱量ps稱為熱量密度q，q=ps/A電機(jī)的溫升和效率2/

7、4輻射散熱的公式：q=v（T4-T04）對(duì)流散熱的工時(shí)：q=（T-T0）T為發(fā)熱體絕對(duì)溫度，T0為周圍介質(zhì)絕對(duì)溫度。v、為物理系數(shù)。從上可見(jiàn)，q越小，發(fā)熱體溫度T越小。q取決于損耗功率ps和該散熱面積大小。損耗功率ps越小，q越小；散熱面積越大，q越小。電機(jī)的溫升和效率3/4綜上說(shuō)明：電機(jī)的表面溫度不僅取決于損耗，還取決于表面積。同樣效率的電機(jī)，表面積越小的電機(jī)，其表面溫度越高。電機(jī)的壽命很大程度上取決于絕緣的壽命，絕緣的壽命與溫度之間是呈指數(shù)關(guān)系。若工作溫度每超過(guò)F級(jí)12，其使用壽命就要平均縮短1半。反之如果每低F級(jí)12，其壽命就要平均增加1倍。一般目前電機(jī)至少采用F級(jí)絕緣，其溫升限度是15

8、5，考慮到國(guó)標(biāo)規(guī)定的最高環(huán)境溫度40，再加上15度電機(jī)最熱定子線圈內(nèi)部溫度的溫差，其電阻法測(cè)量的定子線圈溫度不應(yīng)超過(guò)100K。電機(jī)的溫升和效率4/4一般目前設(shè)計(jì)的永磁同步電動(dòng)機(jī)定子線圈溫度都控制在80K，甚至到60K。要低于F極絕緣要求的定子線圈溫升100K的限制20K40K的溫差。F級(jí)絕緣的電機(jī)在F極絕緣的溫升限度，即100K下面可長(zhǎng)期運(yùn)行；該種方案設(shè)計(jì)的電機(jī)具有最經(jīng)濟(jì)的成本；F級(jí)絕緣的電機(jī)在B級(jí)絕緣的溫升限度，即80K下面可非常絕對(duì)可靠地長(zhǎng)期運(yùn)行；該種方案具有既有比較經(jīng)濟(jì)的成本，又能長(zhǎng)壽命安全可靠運(yùn)行，還能一定適應(yīng)各種特殊偶然的超載工況?？偨Y(jié)電機(jī)和變頻器作為一個(gè)電機(jī)系統(tǒng)來(lái)綜合考慮；電機(jī)系統(tǒng)的效率，特別是所有工作點(diǎn)的平均效率是評(píng)價(jià)電機(jī)系統(tǒng)能效的唯一指標(biāo)；電機(jī)系統(tǒng)平均效率越高，