CN102707233B - 一种三相异步电动机额定功率测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种三相异步电动机额定功率测定方法，属于三相异步电动机功率测定技术领域；所要解决的技术问题是：提供一种适用于现场快速测定三相异步电动机额定功率的方法；采用的技术方案是：功率测定方法包括以下步骤：第一步，用电桥测定三相异步电动机的定子直流电阻；第二步，对三相异步电动机进行空载试验，通过空载等效电路测试并计算可得出相应数据；第三步，对三相异步电动机进行两次负载试验，通过两次负载试验得出相应数据；第四步，利用上述三个步骤得出的数据结合异步电动机T型等值电路建立方程组：通过三相异步电动机的T型等值电路分析计算出三相异步电动机的额定功率；本发明应用于安装有三相高压异步电动机的场所。

Description

一种三相异步电动机额定功率测定方法

技术领域

本发明为一种三相异步电动机额定功率测定方法，属于三相异步电动机功率测定技术领域。

背景技术

目前国家对大宗工业用户实行两部制电费，即电力客户的电费由基本电费与电度电费两部分构成，其中基本电费按照客户接入电网的电压等级的变压器额定容量计算，高压电机额定功率视同变压器容量参加基本电费计算；有个别不法分子私自更改变压器、高压电机铭牌容量，用“大容量小标牌”的方法，偷漏基本电费，给供电企业造成重大损失；为了杜绝此类事件的发生，有必要对变压器和高压电机进行额定容量的准确测定。

目前，变压器容量测定方法及装置比较成熟，三相高压异步电动机是大宗工业用户最常用的电气设备，异步电动机构造比变压器复杂，一般对其功率的测定都需要在实验室中进行，而且试验条件比较复杂，要求进行堵转试验，并且测量和计算过程非常复杂繁琐，所以目前判定异步电动机的额定功率只能看厂家铭牌，无法实际测定，特别是无法快速测定现场安装后的三相异步电动机的额定功率。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是：提供一种适用于现场快速测定三相异步电动机额定功率的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种三相异步电动机额定功率测定方法，所述功率测定方法包括以下步骤，功率测定方法中测定电路为三相，数据记录均为折算到单相时的数据；

第一步，用电桥测定三相异步电动机的定子直流电阻                                                ；

第二步，对三相异步电动机进行空载试验，通过空载等效电路测试并计算可得出以下数据：三相异步电动机的空载电压，

三相异步电动机的空载电流，

三相异步电动机空载定子输入有功功率，

三相异步电动机的空载功率因数，

三相异步电动机的空载阻抗，

三相异步电动机的空载输入电阻，

三相异步电动机的空载输入电抗，

三相异步电动机励磁电阻；

第三步，对三相异步电动机进行两次负载试验，通过两次负载试验得出以下数据：

第一次负载试验时三相异步电动机的转差率，

第二次负载试验时三相异步电动机的转差率，

第一次负载试验时三相异步电动机的定子外施电压，

第二次负载试验时三相异步电动机的定子外施电压，

第一次负载试验时三相异步电动机的定子电流，

第二次负载试验时三相异步电动机的定子电流；

第四步，利用上述三个步骤得出的数据结合异步电动机T型等值电路建立方程组：

通过求解上述方程组得出三相异步电动机的T型等值电路的各个参数，通过三相异步电动机的T型等值电路分析计算出三相异步电动机的额定功率。

上述第四步中，采用迭代法对上述方程组进行求解。

所述迭代法求解方程组按以下步骤进行：

第一步，假设为一较小值，进行第一次迭代计算，得出三相异步电动机T型等值电路中等效阻抗的第一次迭代计算值，计算第一次迭代误差，如果第一次迭代误差小于1%，则停止迭代计算，得出三相异步电动机额定功率；如果第一次迭代误差大于1%，则进入第二步；

第二步，将上述的值增加一定数值，进行第二次迭代计算，得出三相异步电动机T型等值电路中等效阻抗的第二次迭代计算值，计算第二次迭代误差，如果第二次迭代误差小于1%，则停止迭代计算，得出三相异步电动机额定功率；如果第二次迭代误差大于1%，则进入第三步；

第三步，重复第二步进行的迭代计算，每次对上次计算的值增加一定数值，直到迭代误差小于1%，停止迭代计算。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：本发明中通过对三相异步电动机进行空载试验和两次负载试验，利用迭代法求出三相异步电动机的T型等值电路的各个参数，通过三相异步电动机的T型等值电路分析计算出三相异步电动机的额定功率，这种方法可以快速测定三相异步电动机的额定功率，而且不需要对三相异步电动机电路和位置做任何的改动，特别适用于现场安装后的三相异步电动机，解决了高压异步电动机额定功率测定的技术难题，整个方法实现简单，实用性强，为三相异步电动机额定功率的测量提供一种新的简便的方法。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明：

图1是本发明中三相异步电动机的T型等值电路图；

图2是本发明中三相异步电动机空载试验时的的等效电路图。

具体实施方式

一种三相异步电动机额定功率测定方法，功率测定方法中测定电路为三相，数据记录均为折算到单相时的数据；所述功率测定方法包括以下步骤：第一步，用电桥测定三相异步电动机的定子直流电阻。

第二步，对三相异步电动机进行空载试验，通过空载试验中等效电路得得出以下数据：

三相异步电动机的空载电压，

三相异步电动机的空载线电流，

三相异步电动机空载定子输入有功功率，

三相异步电动机的空载功率因数，

三相异步电动机的空载阻抗，

三相异步电动机的空载输入电阻，

三相异步电动机的空载输入电抗，

三相异步电动机励磁电阻。

三相异步电动机的T型等值电路图如图1所示，三相异步电动机空载试验时的等效电路图如图2所示，根据空载试验，可以直接测得三相异步电动机的空载电压，三相异步电动机的空载线电流，三相异步电动机空载定子输入有功功率，三相异步电动机的空载功率因数；

可以通公式：求得等效空载阻抗；

通过公式：求得空载输入电阻，其中机械损耗假设为0；

通过公式：求得空载电抗；

通过公式：求得励磁电阻；

第三步，对三相异步电动机进行两次负载试验，图1可作为为本发明中三相异步电动机负载试验时的T型等值电路图，通过两次负载试验结合转速仪测量电动机转速得出以下数据：

第一次负载试验时三相异步电动机的转差率，

第二次负载试验时三相异步电动机的转差率，

第一次负载试验时三相异步电动机的定子外施电压，

第二次负载试验时三相异步电动机的定子外施电压，

第一次负载试验时三相异步电动机的定子电流，

第二次负载试验时三相异步电动机的定子电流。

第四步，利用上述三个步骤得出的数据建立方程组：

通过求解上述方程组得出三相异步电动机的T型等值电路的各个参数，方程组中，已知的数有：、、、、、、、；未知的数有：、、、；四个方程相互独立，四个未知数，方程组确定有解；通过三相异步电动机的T型等值电路分析计算出三相异步电动机的额定功率。

三相异步电动机的额定输出功率在其定型出厂后实际为一确定的值，三相异步电动机T型等值电路是分析异步电动机工作、运行状态的经典数学模型，许多电机的基础理论与T型等值电路是一一对应的，因此，如果能确定三相异步电动机准确的T型等值电路参数，通过分析计算T型等值电路，可以判定出异步电动机工作在额定状态时的合理参数，通过此种分析方法，可反证出异步电动机的额定输出功率，下面通过一个算例来验证三相异步电动机T型等值电路分析判断异步电动机额定功率的可行性：

如图1所示，假设一台三相异步电动机，，定子星形连接，其T型等值电路参数如下：定子绕组电阻，定子绕组等效感抗为，等效励磁电阻，等效励磁感抗，折算到定子测的转子电阻，折算到定子测的转子等效感抗，则其额定功率是多少？

根据电机学的基本理论及运行经验，忽略机械损耗及风摩损耗，可认为电阻上消耗的有功功率近似等于转子轴上的输出功率，则我们可设法计算出不同的运行点上，转子轴上的输出功率，然后对其进行定性及定量分析；

通过三相异步电动机T型等值电路图，我们可以发现，不同的转差率与其在等效元件上的电压、电流、功率、电机的效率等存在一一对应的关系，事实上，不同的转差率客观上可以反应异步电动机带不同负载时的运行状态；经过计算，我们可以获得下表：

分析上表中所列数据，我们发现在转差率在0.03～0.04范围内时，这台异步电动机的效率及定子功率因数同时达到较高的数值，电动机运行在这个区域，技术上是经济合理的，但这个范围比较大，我们再取转差率等于0.035，再计算一行数据，得到如下表所示数据：

由上表数据可知，电机工作在转差率等于0.035的工作点时，定子功率因数及电机效率均为较高数值，对于电机而言，其长期工作时，效率的高低直接影响到电能的损耗，所以优先考虑效率较高的这个点，即转差率等于0.035的工作点为其额定工作点，然后兼顾到这个工作点的功率因数为最高值或次高值，此时转子轴输出功率为3.1KW，查电机手册取整为3KW，我们可推定此电机额定功率应为3KW；

通过上述算例证明通过三相异步电动机的T型等值电路，可计算分析出三相异步电动机长期运行的最优工作点，这个点上对应的转轴输出功率即可确定为电机的额定功率；考虑到根据三相异步电动机T型等值电路分析计算上述两个表中的各参数时要进行复数计算，为了提高计算效率和精确度，可考虑运用计算机进行运算。

上述第四步中，采用迭代法对上述方程组进行求解，本具体实施方式中，所述迭代法求解方程组按以下步骤进行：

第一步，假设为一较小值，进行第一次迭代计算，得出三相异步电动机T型等值电路中等效阻抗的第一次迭代计算值，计算第一次迭代误差，如果第一次迭代误差小于1%，则停止迭代计算，得出三相异步电动机额定功率；如果第一次迭代误差大于1%，则进入第二步；

第二步，将上述的值增加一定数值，进行第二次迭代计算，得出三相异步电动机T型等值电路中等效阻抗的第二次迭代计算值，计算第二次迭代误差，如果第二次迭代误差小于1%，则停止迭代计算，得出三相异步电动机额定功率；如果第二次迭代误差大于1%，则进入第三步；

第三步，重复第二步进行的迭代计算，每次对上次计算的值增加一定数值，直到迭代误差小于1%，停止迭代计算。

本具体实施方式中设，，使用空载试验和第一次负载试验获得的相关已知参数，求解T型等值电路中的未知参数，则有：

一、，上式中，过空载试验测量获得；

二、，上式中，是第一次负载试验时的外施平均线电压对应于T型等值电路的的折算值，是施加后产生的对应电流；为第一次负载试验时产生的励磁电压，上式中等式右侧数值均为已知，进行简单复数计算即可求得；

三、继续计算第一次负载试验时的励磁电流，

，

为空载试验测量计算所得，为电桥测量所得；

四、计算第一次负载试验时的转子侧等效电流：

；

五、计算第一次负载试验时的转子侧等效阻抗：

作为一个整体可以求出来，则用下式求得：

通过上述五步，完成第一次迭代计算，在假设，转差率情况下，异步电动机T型等效电路的所有电阻、电抗都已经求出；

六、将第一次迭代获得的等值阻抗值全部代入方程：

方程的左边为第一次计算等效阻抗，方程的右边为第一次实际等效阻抗，所以第一次迭代误差可以通过公式：

得出；可以设定允许迭代误差为1%，如果第一次迭代误差大于1%，则说明误差过大，我们假设的不够准确，需要进行第二次迭代计算；

第二次迭代中，假设，重复第一次迭代的全部步骤，最后最后验证第二次的迭代误差是否依然大于1%。如果仍然大于1%，则进入第三次迭代计算，如此反复类推，直到迭代误差小于1%，此时我们假设的已经比较接近于T型等效电路的真实值。此时我们认为最后一次迭代时的T型等值电路参数即可近似作为异步电动机等效电路参数，由于迭代法计算过程非常复杂，可以利用计算机进行迭代计算。

这种方法可以快速测定三相异步电动机的额定功率，而且不需要对三相异步电动机电路和位置做任何的改动，特别适用于现场安装后的三相异步电动机，解决了高压异步电动机容量测定的技术难题，整个方法实现简单，实用性强，为三相异步电动机额定功率的测量提供一种新的简便的方法。

Claims (3)

1.一种三相异步电动机额定功率测定方法，其特征在于：所述功率测定方法包括以下步骤，功率测定方法中测定电路为三相，数据记录均为折算到单相时的数据；

第一步，用电桥测定三相异步电动机的定子直流电阻                                               ；

第二步，对三相异步电动机进行空载试验，通过空载等效电路测试并计算可得出以下数据：三相异步电动机的空载电压，

三相异步电动机的空载电流，

三相异步电动机空载定子输入有功功率，

三相异步电动机的空载功率因数，

三相异步电动机的空载阻抗，

三相异步电动机的空载输入电阻，

三相异步电动机的空载输入电抗，

三相异步电动机励磁电阻；

第三步，对三相异步电动机进行两次负载试验，通过两次负载试验得出以下数据：

第一次负载试验时三相异步电动机的转差率，

第二次负载试验时三相异步电动机的转差率，

第一次负载试验时三相异步电动机的定子外施电压，

第二次负载试验时三相异步电动机的定子外施电压，

第一次负载试验时三相异步电动机的定子电流，

第二次负载试验时三相异步电动机的定子电流；

第四步，利用上述三个步骤得出的数据结合异步电动机T型等值电路建立方程组：

通过求解上述方程组得出三相异步电动机的T型等值电路的各个参数，通过三相异步电动机的T型等值电路分析计算出三相异步电动机的额定功率。

2.根据权利要求1所述的一种三相异步电动机额定功率测定方法，其特征在于：上述第四步中，采用迭代法对上述方程组进行求解。

3.根据权利要求2所述的一种三相异步电动机额定功率测定方法，其特征在于：所述迭代法求解方程组按以下步骤进行：

第一步，假设为一较小值，进行第一次迭代计算，得出三相异步电动机T型等值电路中等效阻抗的第一次迭代计算值，计算第一次迭代误差，如果第一次迭代误差小于1%，则停止迭代计算，得出三相异步电动机额定功率；如果第一次迭代误差大于1%，则进入第二步；

第二步，将上述的值增加一定数值，进行第二次迭代计算，得出三相异步电动机T型等值电路中等效阻抗的第二次迭代计算值，计算第二次迭代误差，如果第二次迭代误差小于1%，则停止迭代计算，得出三相异步电动机额定功率；如果第二次迭代误差大于1%，则进入第三步；

第三步，重复第二步进行的迭代计算，每次对上次计算的值增加一定数值，直到迭代误差小于1%，停止迭代计算。