损耗对电机参数的影响.doc

损耗对电机参数的影响张文海（成都电机厂，四川成都610051）1引言损耗的存在会对电机的参数产生重要影响。例如，损耗增大，信号电机的输出相位移会变大；损耗增大，力能电机的温升会增高，但损耗增大，可提高交流电机的功率因数。2损耗对信号电机输出相位移的影响信号电机的输出相位移是一项重要指标，旋转变压器、自整角机，特别是多极旋转变压器，都提出对输出相位移的要求。例如28ZC30P差动式自整角机，技术标准要求每台考核输出相位移，8。信号电机的输出相位移，主要由电机的损耗（阻抗）产生。用交流电机的功率三角形说明如图1所示。图1中，有功功率P与视在功率S之间的夹角，称为功率因数角。而无功功率与视在功率S之间的夹角，则近似等于输出相移角。设输出相移角为，则90。式中，为电机的铁内损角，即空载激磁电流超前主磁通m的夹角，28ZC30P自整角机一般为5左右。功率因数角的大小，等于三角形中的反余弦=arccos。而输出相移角的大小，则略小于三角形中的反正弦arccos90。由图中的与的关系可知，1台电机的功率因数角越小，则输出相移角越大。反之功率因数角越大，则输出相移角越小。这个关系反应在信号电机中则有：损耗越大的电机，输出相移角越大。这是因为，损耗越大，反应在功率三角形中的P越大，这样功率因数角必然减小。因输出相移角90，减小，自然输出相移角会增大。表1是对一种28ZC30P差动式自整角机损耗与输出相位移关系的实验记录。选择电机8台，频率400Hz，激磁电压494V，输出电压12V，激磁功率0.95W,激磁电流45mA，输出相位移8。从表1中可以看出，损耗最大的3、5电机，实测相移角最大；损耗最小的7电机，实测相移角最小，符合上述结论。但功率因数角越大输出相移角越小的结论，表1中大部分电机符合，少部分电机不符未实测。电机发热后，输出相移会变大。这是因为，电机发热后，R变大，等效于功率三角形中的P变大，功率因数角减小，故输出相移角变大。电机带负载后，功率三角形中的P变大，功率因数角减小，输出相移角变大。电机带负载后，功率三角形中的P变大，功率因数角减小，输出相移角会增大，但这仅是感性负载如此。阻性负载很特殊，带负载后输出相移角反而减小。可认为，因阻性负载与U接近同相，从而影响激磁电流与主磁通的夹角增大，等效于空载铁内损角增大，故输出相移角减小。表2是测试28ZC30P发热和负载变化对输出相移的影响。从表2中可以看出，阻性负载等效铁内损角大到1674。因为增大损耗，可以增大信号电机的输出相位移，所以旋转变压器误差测试的相位补偿中，用增大激磁电阻来增大补偿电机输出相位移进行相位补偿，其原理也是增大损耗。3损耗对感应电机功率因数的影响感应电动机的效率与功率因数是相互矛盾的。对于同一种电机，效率高，则功率因数低。反之效率低则功率因数高，功率高，对电机使用有好处；但功率因数低，会降低电网输送效率，因功率因数低，电网无功损耗大。因此对交流感应电机，既要对效率指标提出较高要求，也要对功率因数指标提出较高要求。电机效率低，说明损耗大。而对于交流电机，损耗是阻性的，这样，损耗越大，在功率三角形中的P越大，功率因数角则越小，功率因数cos越高。反之，效率高，说明损耗小，在功率三角形中P也越小，功率因数角则变大，功率因数cos变低。表3是测试二种交流电机损耗与功率因数关系的实验记录。一种是电容运转脱水机电机YYG50，一种是三相550W分子泵电机YZB55。从表3中可以看出，二种电机均表现为：效率高，功率因数低；效率低，功率因数高。在电机制造中，为了满足这2项指标，往往顾此而失彼。如要提高功率因数，则应减小电机气隙，增加每相串联匝数。而要提高效率，则应增大电机气隙，这样可减小谐波杂散损耗，因谐波杂散损耗与气隙的1516次方成正比。二者措施刚好相反。一般三相感应电机效率高，空载损耗很小，所以空载功率因数cos很低，一般小于05。而单相罩极电机，因有罩极短路环，效率很低，空载损耗很大，所以空载功率因数很高，cos可达09。电容运转电机，有的空载损耗也很大，如表3中的YYG50脱水机电机，2台效率均为65左右，空载损耗大，所以空载功率因数均较高。1电机，电压220V，空载电流052A，空载输入功率98W，cos086。2电机，电压220V，空载电流054A，空载输入功率103W,cos087。一般，信号电机空载损耗很小，故功率因数很低，cos02左右。如表1中的28ZC30P差动式自整角机的功率因数即如此。故测试信号电机的输入功率时，应选用低功率因数瓦特表。4损耗对温升的影响电机是一种能量转换机械，在能量转换过程中，必然要产生损耗，不管这些损耗以什么形式表现，最终都是以热能的形式散失掉。如铜耗、铁耗、机械耗等，最终都是使电机发热。因此，对于同一种电机，损耗越大的电机，发热越严重，则温升越高，而效率越低，如表3中的二种电机温升均如此。如果在温升测试中得出相反的结果，则说明测试不准确，应找出原因重新测试。三相电机温升测试，三相电阻一样，电流一样,铜板一样,故用电阻法测温升可选择任何一相测试即可。电容运转电机测温升,则不能任意选择一相测温升.因电容运转电机主、副相铜耗并不一样，铜耗大的温升高，铜耗小的温升低。故电容电机测温升，应该择铜耗大的一相测温升才合理。表4是对一种FC6-1211，120V、60Hz电容运转电机各绕组温升测试的比较记录。从表4中可以看出，铜耗大的主相温升最高，达74.4K，铜耗小的副相温升最低，只有45.6K，相差近30K。主、副相串接测温升，则是二者的平均温升54.2K。可见，电容运转电机测温升，不能任意选择一相测温升，也不能主、副相组串接测温升，一定要选择铜耗大的一相测温升才是真正的温升。另外，电容运转电机，空载与负载主、副相电流变化并无一定规律。有的电机负载后主相电流增大，副相电流减小。有的则相反，负载后主相电流减小，副相电流增大。有的则负载后主、副相电流同时增大。对于前两种情况，电机空载时其中一相电流比负载更大，铜耗更大。所以有的电容运转电机空载温升很高，有时甚至高于负载温升，这就是有的电容运转电机不能空载，空载反而出现烧毁电机的现象的原因。直流电机长期运转后，电刷接独变差，接触损耗变大，换向器温升很高，故出现换向器发红，刷辫焊锡熔脱现象。如一种永磁24V、200W直流自行车电动机，电枢电阻0.09，寿命减验初始测动态电阻为0.13，接触电阻为0