电网质量对电机损耗也有直接的影响。比如,电压波动、三相电压不平衡、电网中含有谐波,都会导致三相异步电动机损耗增加。
1.电压波动对各种损耗的影响
(1)对铁损耗的影响
从上式可以看出,当电源电压升高时,铁损耗增加。当电源电压降低时,铁损耗减少。但输出转矩以二次方的比例下降,转速下降,电流增大,铜损耗增加,总损耗增加。
(2)对机械损耗的影响
当电源电压波动时(比如±5%),转速变化不大,对机械损耗影响不大。
(3)对定子铜损耗的影响
在外加负载转矩不变的条件下,当电源电压升高时,定子励磁电流增加,转速增加,定子铜损耗略有增加。
(4)对转子铜损耗的影响
在外加负载转矩不变的条件下,当电源电压升高时,转速增加,转差率略有下降,转子铜损耗略有下降。
(5)对杂散损耗的影响
当电源电压升高时,与转子铜损耗一样,杂散损耗减小。
式中,P′Fe,PFe,P′fw,Pfw,P′Cu1,PCu1,P′Cu2,PCu2,P′s,Ps分别对应U′和UN的各种损耗。从上面的公式中可以看出:当电源电压升高时,总损耗呈增加趋势;电压降低时,电动机的铁损耗按电压二次方减少,在负载一定时,运行电压下降,电动机转矩下降,转差率变大,定子、转子的铜损耗将增加,因此一台电动机在恒负载运行时,电压下降将使总损耗增加。只有在负载率很低的情况下当电压下降时,电动机的总损耗才能降,效率才相应提高。
2.三相电压不平衡对耗的影响(www.daowen.com)
三相电力系统中,三相电压或电流都存在不同程度的不平衡,三相电压不平衡直接影响电动机的损耗和性能。国家标准(GB/T 15543—2008)对三相电压不对称的定义是,三相电压在幅值上不同或相位差不是120度,或兼有之。对于不平衡的三相电压,先将其分解为正序、负序和零序分量,再根据负序和零序分量与正序分量的相对关系分析不平衡度。三相电压不平衡度定义如下:
式中 εU——负序电压不平衡度;
U1——三相电压的正序分量方均根值(V);
U2——三相电压的负序分量方均根值(V)。
国家标准中规定,电网正常运行时,负序电压不平衡度不超过2%。如果超过国家标准限定值,对电动机损耗的影响是非常大的。有关分析表明,在电动机绕组中,很小的负序电压分量将会引起较大的负序电流。如负序电压分量达到5%时,其负序电流将达20%~35%额定电流,因而将在绕组中产生较大损耗及过热现象。
负序电流将产生负序磁场,负序磁场产生的转矩为负值,是一个制动转矩。由于负序分量所产生的机械功率为负值,它将吸取一部分机械功率,使转子负载电流增加,转子铜损耗增加。
负序分量在转子上引起额外的铁损耗、铜损耗和杂散损耗,同时也会在定子上增加损耗。如有3.5%不平衡电压加在电动机上,那么将使电动机总损耗增加20%,效率下降3%~4%。
总之三相异步电动机在不平衡电压下运行,其性能恶化,过载能力下降,效率下降,并存在局部过热危险。
对于零序分量不平衡度,国家标准中有定义式,但没有限制。原因是零序分量可以通过绕组的连接方式加以抑制。
由此可见,在三相异步电动机的节能监测中要关注三相电压的不平衡度。
3.谐波电流对异步电动机损耗的影响
电网中有许多用户的用电设备是非线性负载,这些负载将产生谐波电流并注入电网,从而在系统的阻抗上产生出相应频率的谐波电压,使系统电压波形畸变。由于谐波源通常容量较大,因而造成的谐波影响不容忽视。
谐波电流进入三相异步电动机后,将产生频率较高的旋转磁场,使杂散损耗剧增,使齿、槽局部过热,甚至烧坏电动机。
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