郁建周，沈勇，盛露华，张永炼

（ 1.上海宝准电源科技有限公司，上海 200233 2.中船澄西船舶修造有限公司，江苏 江阴 214433 ）

铁耗测量的准确度研究

郁建周1，沈勇2，盛露华1，张永炼2

（ 1.上海宝准电源科技有限公司，上海 200233 2.中船澄西船舶修造有限公司，江苏 江阴 214433 ）

通过对铁耗测量的精确研究，建立数学模型，找到负载下电枢电压与感应电压的对应关系，以提高铁耗测量的准确度，同时也提高了效率的测量准确度。

铁耗；低功率因素；效率

0 引言

出于节约能源和保护环境的考虑，目前世界上许多国家（包括中国在内）都积极投身到电机系统节能工作中。IEC 60034-30标准将电动机的效率分为IE1、IE2、IE3、IE4四个等级。美国、加拿大、澳大利亚等国市场为IE2效率等级，并成为该国的最低强制标准，欧洲于2008年起强制执行IE2效率等级标准，中国从2011年7月1日起执行IE2及以上标准。

1 概述

从国际和国内发展趋势来看，在我国推广高效率电动机是非常有必要的。数据显示，我国电机耗电占全国耗电量的60%以上，其中小型三相异步电机耗电约占35%，是耗电大户，所以开发中国高效电动机是提高能源利用率的重要措施之一。目前，世界各国都在致力于研究和开发高效率电机，电机效率的准确测试则为高效率电机的设计提供基础的保证。

2 空载铁耗测试方法

由异步电动机的运行理论及其运行特性分析可知，当异步电动机在空载状态下旋转时，空载输入功率是电动机空载运行时的总损耗。由减去试验温度下的定子损耗，得到风摩耗（包括绕线转子电动机的电刷摩擦损耗）和铁耗之和。

认为风摩耗与负载无关，在不同负载下的风摩耗是相同的。

图1 空载特性曲线

在电机的效率计算中通常假定电机铁耗不变，即：在求取电机效率时使用的铁耗，可用空载试验下求得铁耗参与计算。实际中负载试验下的铁耗和空载试验下的铁耗有较大的区别，将对电机效率的计算产生一定影响。

2 负载铁耗计算

电机铁耗包含磁滞损耗和涡流损耗，磁滞损耗是铁磁材料在磁化过程中由磁滞现象引起的能量损耗。磁滞指铁磁材料的磁性状态变化时，磁化强度滞后于磁场强度，它的磁通密度B与磁场强度H之间呈现磁滞回线关系。经一次循环，每单位体积铁芯中的磁滞损耗等于磁滞回线的面积。这部分能量转化为热能，使设备升温，效率降低。又因为铁芯本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上感应电势，该电势在铁芯断面形成闭合回路并产生电流，称为“涡流”。“涡流”使电机铁芯发热，电机温升增加。由“涡流”所产生的损耗称为“涡流损耗”。在IEEE 112B法中，假定铁芯上的感应电势等于电机电枢电压，由于铁耗仅与铁芯上的感应电势有关，在额定电压负载试验下负载的铁耗近似等同于空载试验的铁耗。铁芯是导体，存在阻抗，铁芯上的感应电势不等于电机电枢电压，为了更准确测定负载下铁耗，必须找到铁芯感应电势与电机电枢电压的关系，通过电机电枢电压推算出负载试验下铁芯的感应电势，然后通过空载试验曲线查找试验点的铁耗。

由电机的T型等效电路（见图2）和矢量图（见图3）可得到式（5）方程。

图2 T型等效电路

图3 矢量图

在正常工作范围内，定子漏抗基本为一常值，所以定子漏抗可由额定频率堵转试验近似求得，堵转试验中由于转差s=1，图2可转化为图4。

图4 感应电机T形等效电路

将式（5）的矢量方程转化为代数方程得到式（9）。

式中

3 测试数据对比

以额定电压380 V、额定功率75 kW电机空载和负载的试验数据对上述2种方法的计算数据加以对比。

3.1 负载电压和感应电势以及负载铁耗和空载铁耗对比

在空载试验中测得在额定电压下的铁耗为1 537.0 W，机械耗为882.4 W。在负载试验下将负载电压修正至铁芯感应电势，试验数据如表1所示。

表1 负载电压和感应电势以及负载铁耗和空载铁耗

由表1可以看出，负载下电机端电压380 V时，不同负载点的铁芯感应电势略低于额定电压，不同负载点的铁耗也低于空载试验的铁耗。如在电机性能计算中认为铁耗为不变的损耗，仅利用空载试验的铁耗代替负载下的铁耗势必对计算的结果产生一定影响。

以下对由于负载铁耗的不同而对电机性能计算中的输入功率、转子铜耗和效率加以分析。

3.2 对转子铜耗和输入功率影响

IEEE 112B法中对定、转子损耗的规定如下：

由式（10）～（12），转子绕组损耗随着负载铁耗的减小而减小。

3）输入功率

表2 修正前后输入功率和转子铜耗对比数据

由表2可以看出，由于负载试验中通过铁心感应电压求取的铁耗比空载试验铁耗低，修正后输入功率和转子铜耗比直接利用空载铁耗计算的值略低。

3.3 对效率影响

效率=输出功率/输入功率×100% （17）修正前后效率对比数据见表3。

表3 修正前后效率对比数据

由表3可以看出不同负载点修正至铁芯感应电压后的效率比修正前高0.04%～0.05%。

3.4 不同规格电机试验验证

为了验证负载铁耗对电机性能测试的影响，在0.75 kW～315 kW不同规格100台电机试验数据中抽样10台进行修正前后效率对比，表4列出了不同功率下铁耗修正前后效率的对比图。

表4 不同功率下修正前后效率对比

通过上述试验数据分析可以得出结论：由于负载电枢电压不等于负载感应电压，负载试验下的铁耗不可采用空载试验的铁耗代替，否则计算得出的电机效率将偏低。该种情况在0.75 kW～90 kW的电机试验中较明显，从表4可以看出0.75 kW电机修正后的效率比修正前的效率提高了0.51%，而对于90 kW以上的电机影响较小，修正后比修正前提高0.02%～0.04%。

采用本文所述的计算方法对负载铁耗进行修正，对提高中小电机测试的准确性有较大提升，且上述计算方法不仅可用于IEEE 112B法，也可用于E法对负载铁耗进行修正。但上述计算方法忽略了定子铁芯的感抗，随着电机测试技术的不断发展，如能在试验中测得或计算出定子铁芯感抗，再对上述计算方法略加修正，负载试验的铁耗可更加精确。

4 结语

IEC 60034-30:2008标准的实施对我国的电机企业既是一个挑战也是一个机遇。为适应标准，我国大部分电机企业都在研究和开发高效电机，以满足国内市场和对外出口的需求，相配套的电机试验方法也在不断地发展和完善。我国已经提出高效电机必须采用IEEE 112B法，对于负载铁耗的修正在GB/T 1032-2010中已经提及，电机效率的准确测试将为我国的电机制造企业对高效及超高效电机的设计提供基本的保证。

[1]王传军,金惟伟,陈亘,等.高效和超高效电机低不确定度效率测试系统的研究与设计[J].电机控制与应用,2010,37(4):1-5.

[2]顾德军.不同测试方法对电动机效率的影响[J].电机控制与应用.2010.37(5):52-54.

[3]国际电工委员会.单速三相鼠笔式感应电动机的有效等级(IE代码)[S].北京：中国标准出版社,2008.

[4]Rotating electricalmachines-Part 2-1:Standard methods for determining losses and efficiencyfrom tests (excluding machines for traction vehicles):IEC60034-2-1-2007 [S].

The Study of the Iron Loss Measurement

Yu Jianzhou, Shen Yong, Sheng Luhua, Zhang Yonglian
( 1.Shanghai Bao Zhun Power Technology Co., Ltd., Shanghai 200233, China 2.Chengxi shipyard Co. Ltd. Jiangyin 214433, Jiangsu )

Through the study of the iron loss test, a mathematical model is bulit, while the correspondence between the armature voltage and the induction voltage under load test has also been discovered. By doing so, the test accuracy of iron loss measurement has been improved and efficiency measurement.

Iron loss; Low power factor; Efficiency

TM306

A

1674-2796（2017）04-0005-05

2017-02-18

郁建周（1981—），男，大学本科，工程师，主要从事电机试验系统设计工作。