高效變頻電機系統(tǒng)的評價指標

1、高效變頻電機系統(tǒng)的評價指標效率、節(jié)電率、溫升和損耗的關(guān)系電機系統(tǒng)以前的電機系統(tǒng)就是一個電機，由工頻網(wǎng)電供電。變頻的電機系統(tǒng)是由變頻器和電機組成。變頻器由工頻電供電，變頻器輸出變頻 的電能驅(qū)動電機。電機或電機系統(tǒng)能量流動圖變頻電機變頻器工頻電機工頻電源負載負載變頻電機系統(tǒng)輸入電功率P0輸入電功率P0輸出機械功率P2輸出機械功率P2電機輸入功率=變頻器輸出功率P1環(huán)境電機損耗Ps2電機損耗Ps2環(huán)境變頻器損耗Ps1電機系統(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影響電機系統(tǒng)的效率的因素電機系統(tǒng)的效率是由變頻器效率和電機效率相乘得到。所以其不僅取決于電機效率，還取決于變頻器效率。僅僅電機效率的提高，不能夠一定帶來整體系統(tǒng)效率的提高。變頻器和電機的效率不僅取決于變頻器和電機本身，還取決于變頻器驅(qū)動電機的方法，好的方法可以降低電機和變頻器的損耗，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2個電機系統(tǒng)（工頻電機可以看做特殊的沒有變頻器的電機系統(tǒng)）在一定時間T以一定工作方式拖動一個負載完成一個相同的任務(wù)的耗電對比所形成的概念。設(shè)第一個系統(tǒng)耗電是W1，第二個系統(tǒng)耗電是W2

3、，W2W1，那么第二個系統(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)在整個工作時間內(nèi)T內(nèi)，兩個對比電機系統(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，在同樣時間內(nèi)，平均系統(tǒng)效率越高的電機系統(tǒng)，其耗電越小，即輸入電能越小，更加節(jié)約能源，節(jié)約運營成本。平均系統(tǒng)效率是電機系統(tǒng)在整個工作范圍內(nèi)所有工作點效率的時間平均。電機系統(tǒng)在工作點范圍內(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)某個設(shè)備完成某個任務(wù)所需的輸出機械能量為WT，而兩個不同的電機系統(tǒng)的輸入電能為W1和W2，可得采用不同的電機系統(tǒng)時這個設(shè)備在一定時間T內(nèi)完成某個任務(wù)產(chǎn)生的損耗為WS1=W1-WTWS2=W2-WT可以看到采用節(jié)電多的電機系統(tǒng)，即采用平均系統(tǒng)效率較高的電機系統(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等于電機系統(tǒng)散發(fā)到周圍環(huán)境中的熱量，也就說明設(shè)備采用平均系統(tǒng)效率較高的電機系統(tǒng)，單位時間內(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)生的熱量通過空調(diào)設(shè)備轉(zhuǎn)移到廠房外面?？?/p>

5、調(diào)的制冷量和耗電電能是確定能效比KX。對應(yīng)到某個具體的設(shè)備的電機系統(tǒng)，空調(diào)的制冷量等于該電機系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量WS。其空調(diào)的耗電功率WCS=WS/KX可見WS越小，空調(diào)的耗電功率越小；也就是說電機系統(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)通過電機系統(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?？梢姄p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)備工作的整個時間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，從而整個工廠為了使用整個電機系統(tǒng)所需要的總電能最小。電機的溫升和效率1/4電機的效率越高，其損耗越小，也就說其需要散發(fā)的熱量越小。電機散發(fā)的熱量的方式有傳導(dǎo)、對流、輻射。而對于電機表面的熱量，主要通過對流和輻射散熱。電機單位時間內(nèi)在單位面積A散發(fā)的熱量ps稱為熱量密度q，q=ps/A電機的溫升和效率2/

7、4輻射散熱的公式：q=v（T4-T04）對流散熱的工時：q=（T-T0）T為發(fā)熱體絕對溫度，T0為周圍介質(zhì)絕對溫度。v、為物理系數(shù)。從上可見，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??；散熱面積越大，q越小。電機的溫升和效率3/4綜上說明：電機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，表面積越小的電機，其表面溫度越高。電機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F級12，其使用壽命就要平均縮短1半。反之如果每低F級12，其壽命就要平均增加1倍。一般目前電機至少采用F級絕緣，其溫升限度是15

8、5，考慮到國標規(guī)定的最高環(huán)境溫度40，再加上15度電機最熱定子線圈內(nèi)部溫度的溫差，其電阻法測量的定子線圈溫度不應(yīng)超過100K。電機的溫升和效率4/4一般目前設(shè)計的永磁同步電動機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級絕緣的電機在F極絕緣的溫升限度，即100K下面可長期運行；該種方案設(shè)計的電機具有最經(jīng)濟的成本；F級絕緣的電機在B級絕緣的溫升限度，即80K下面可非常絕對可靠地長期運行；該種方案具有既有比較經(jīng)濟的成本，又能長壽命安全可靠運行，還能一定適應(yīng)各種特殊偶然的超載工況?？偨Y(jié)電機和變頻器作為一個電機系統(tǒng)來綜合考慮；電機系統(tǒng)的效率，特別是所有工作點的平均效率是評價電機系統(tǒng)能效的唯一指標；電機系統(tǒng)平均效率越高，