通常所说的“大马拉小车”是指电动机的功率大于负载功率。那么电动机功率比负载大多少才算是“大马拉小车”呢?严格地讲,电动机经济运行就是对“大马拉小车”的最好判定。比如在例题3-2中,负载率在10%~40%认为对电能利用是不经济的,说明这台电动机(Y2-250M-4)负载率小于40%,被认为是“大马拉小车”。对于不同功率、不同极数的电动机,其非经济运行临界点是不同的。非经济运行临界点可能出现在负载率为40%、45%或者50%的某一点上。这与通常所说的“大马拉小车”还有一定的差异。
为了讨论这个问题,再来分析三相异步电动机效率和功率因数曲线的特点。三相异步电动机(Y280S-6)为45kW/6极,其效率和功率因数曲线如图4-1所示。
图中三相异步电动机的效率是随输出功率变化而变化的。效率曲线大致可以分成三段,a-o段、a-b段和b-c段。a-o段为效率急剧下降段,或者是说效率随负载增加而快速增加段;a-b段效率变化明显段,效率明显增加或明显下降;b-c段为效率变化平缓段,效率接近于额定值。把效率将变化的转折点a称为临界点,a点所对应的负载率称为临界负载率βa,当负载率β>βa时,效率变化不大,这是电动机的可变损耗和不变损耗的对比关系所决定的。当负载率β<βa时,效率急剧下降。当β大于βa时,尽管效率较高,但功率因数较低,只有0.53。此时综合效率要比额定效率低10%。
图4-1 Y280S-6效率和功率因数曲线
通常几千瓦至几十千瓦的三相异步电动机使用量较多,为此我们再看一个例子。三相异步电动机Y100L-4为3kW/4极,其效率和功率因数曲线如图4-2所示。(www.daowen.com)
图4-2中,效率曲线大体上也可分成三段,a-o段、a-b段和b-c段。与图4-1区别之处在于效率和功率因数随负载率上升速度变慢。βa由0.2右移至0.3,βb由0.4右移至0.5。研究表明,几千瓦至几十千瓦的三相异步电动机的效率和功率因数曲线与图4-1、图4-2大体相同,功率越大,效率和功率因数上升越快。
总而言之,电动机“大马拉小车”的界线不能只考虑效率,还要考虑功率因数。对于不同功率和极数的三相异步电动机,效率和功率因数曲线都是有差异的。严格地讲“大马拉小车”没有确切的比例。但一般来说,对于普通Y系列(Y、Y2、Y3和YX)1.5kW以上的电动机,β≤50%,就认为是“大马拉小车”。
那么,“马”与“车”的比例是多少比较合适呢?从功率配合的角度看,负载率取70%~80%比较合适。电动机效率处于最高段,功率因数也比较高。负载率取70%~80%,电动机的功率留一些余量,以防负载发生波动。虽然成本有所提高,但能够提高电动机拖动系统的可靠性。
图4-2 Y100L-4效率和功率因数曲线
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