问题的提出
本文所涉及的对象为采用立式异步电动机驱动的大中型立式水泵,限于种种原因或工厂的测试条件,很多大中型立式机泵组的性能试验须在现场安装后才能完成测试。对于大中型尤其是立式安装的机泵,测试时,一般只能测出水泵电机的输入功率和水泵的出水流量,压力(即水泵的输出功率)等参数,也就是说,可以直接测出机泵组的整体效率,但进行电机和水泵效率分离时,须进行一些必要的测试和计算,据此分别得出电机和水泵的效率。由于此结论涉及电机厂和水泵厂家的利益,因此,怎样根据现场条件,依据有关标准准确的完成电机水泵的效率测试,具有很大意义。
2、电机、水泵效率测试方法
对于立式安装的泵机组,由于电机输入功率和水泵的流量、扬程等参数是可测量的,因此,泵机组的整体效率不难计算出来,由于水泵电机的各种损耗是可以测试分析出来的,因此,我们可以据此计算出电机的效率,进而计算出水泵的效率。
2.1 电机效率测试与分析
对于异步电动机,我们知道:
P2= P1-PCU1-PFe-PCU2-PΩ-PS
式中 P2:电机输出轴功率
P1:电机输入功率
PCU1:电机定子铜损耗
PCU2:电机转子铜损耗
PΩ :电机机械损耗
PS:电机杂散损耗
PFe: 电机铁损耗
电动机的输入功率可以直接由三相功率计读出,下面,我们测试,分析电机各种损耗。
2.1.1 定子铜耗
PCU1=3I12r1
式中 PCU1:电机定子铜耗
I1:电机定子相电流
r1:电机定子相电阻
测试时,调节机泵组至所须测试的工况点,待电机,水泵运行至稳定状态后,同时读取电机输入功率,定子电压,定子电流,转差率,水泵流量,出水扬程等参数,停车后,迅速量取定子相电阻,在此工况下的定子铜耗即可算出。
依据GB1302《三相异步电动机试验方法》,电机定子铜耗必须换算到电机铭牌上标明的绝缘等级的基准工作温度时的数值,也就是说对于B级绝缘(或F级绝缘按B级考核温升)必须将定子铜耗折算至75℃,F级绝缘的电机必须将定子铜耗折算成115℃时的数值。
2.1.2 电机铁耗及机械耗
PΩ+ PFe=P0-3I02r1
式中 PΩ:电机机械损耗
PFe:电机铁耗
P0:电机空载损耗
3I02r1 电机空载时铜损耗
由于现场没有可调压电源,很难将定子铁耗及机械耗进行分离。进行水泵电机铁耗及机械耗测试时,由于不需要连接负载,因此,一般在电机厂内已进行过测试,故电机铁耗及机械可采用电机厂家提供的数据,如果现场电压与额定电压发生偏离时,定子铁耗按与电压平方成正比的关系进行折算,在各工况点下进行测试时,由于负载不同而引起转速的变化进而导致的电机机械损耗的变化,可以忽略不计。
如果对厂家提供的机铁耗数值有异议,也可以由现场测得机铁耗之和,按厂家所提供的机铁耗的比例进行分离,这样对电机效率结果的影响也可以忽略不计。
实验时,电机空载运行,至稳定后,读取三相功率(低功率因数表),三相电流,电网电压值,停车后量取定子电阻,依据述公式便可计算出机铁损耗之和。
2.1.3 杂散损耗
GB755-87《旋转电机基本技术要求》规定,对于中心高630mm及以下异步电动机,可按实测法确定杂散损耗,亦可按额定输入的0.5%进行计算,对于中心高大于630mm的电机,按额定输入的0.5%进行计算。在现场条件下,不可能有条件进行实测,因此,一般按额定输入的0.5%进行计算。
值得注意的是,对于所测试的各工况点,由于电机的输出功率不是额定功率,因此此时的杂散损耗须要进行折算,折算公式为:
Ps1=(In1/In)2Ps
式中,Ps1 , In1: 为对应某工况点的杂散损耗和定子电流
Ps ,In 为电机额定输出时的杂散损耗和额定定子电流
2.1.4 转子铜耗
Pcu2=(P1-Pcu1-PFe)S
式中 Pcu2: 转子铜耗
P1: 电机输入功率
Pcu1: 电机定子铜耗
PFe: 定子铁耗
S: 转差率
为了减小误差,转差率的测量宜采用闪频法,用一盏日光灯和秒表即可。最好不要用瞬时测速仪,采用瞬时测速类仪表测取转速时,一定要同时量取电网频率,否则会造成较大误差。
计算转子铜耗时,必须将实测到的转差率换算到电机基准温度时的转差率。