高效变频电机系统的评价指标

1、高效变频电机系统的评价指标效率、节电率、温升和损耗的关系电机系统以前的电机系统就是一个电机，由工频网电供电。变频的电机系统是由变频器和电机组成。变频器由工频电供电，变频器输出变频 的电能驱动电机。电机或电机系统能量流动图变频电机变频器工频电机工频电源负载负载变频电机系统输入电功率P0输入电功率P0输出机械功率P2输出机械功率P2电机输入功率=变频器输出功率P1环境电机损耗Ps2电机损耗Ps2环境变频器损耗Ps1电机系统的效率和损耗系统效率：Eff0=P2/P0100%变频器效率：Eff1=P1/P0100%电机效率：EFF2=P2/P1100%Eff0=EFF1Eff2另外各功率和损耗的关系为

2、：P0=P2+PS1+PS2=P1+PS1P1=P2+PS2总损耗PS=PS1+PS2影响电机系统的效率的因素电机系统的效率是由变频器效率和电机效率相乘得到。所以其不仅取决于电机效率，还取决于变频器效率。仅仅电机效率的提高，不能够一定带来整体系统效率的提高。变频器和电机的效率不仅取决于变频器和电机本身，还取决于变频器驱动电机的方法，好的方法可以降低电机和变频器的损耗，提高系统效率。节电率和效率的关系1/3节电率是对2个电机系统（工频电机可以看做特殊的没有变频器的电机系统）在一定时间T以一定工作方式拖动一个负载完成一个相同的任务的耗电对比所形成的概念。设第一个系统耗电是W1，第二个系统耗电是W2

3、，W2W1，那么第二个系统的节电率是：K=（W1-W2）/W1100%节电率和效率的关系2/3设在整个工作时间内T内，两个对比电机系统的平均效率为EFF0_AV1，EFF0_AV2，且 EFF0_AV1 EFF0_AV2平均输出功率均为P2_AVW1=P2_AV/EFF0_AV1TW2=P2_AV/EFF0_AV2T可以看到W1W2，K2 =（W1-W2）/W1100%0节电率和效率的关系3/3从上面分析可知，在同样时间内，平均系统效率越高的电机系统，其耗电越小，即输入电能越小，更加节约能源，节约运营成本。平均系统效率是电机系统在整个工作范围内所有工作点效率的时间平均。电机系统在工作点范围内系

4、统效率越高，其就越节能。系统损耗分析1/2假设某个设备完成某个任务所需的输出机械能量为WT，而两个不同的电机系统的输入电能为W1和W2，可得采用不同的电机系统时这个设备在一定时间T内完成某个任务产生的损耗为WS1=W1-WTWS2=W2-WT可以看到采用节电多的电机系统，即采用平均系统效率较高的电机系统，其设备在一定T内产生的损耗较小。系统损耗分析2/2系统总损耗能量WS等于电机系统散发到周围环境中的热量，也就说明设备采用平均系统效率较高的电机系统，单位时间内散发到周围环境中的热量较少。损耗和车间温度控制的关系1/3某些工厂为了维持车间的恒温，需要把设备产生的热量通过空调设备转移到厂房外面。空

5、调的制冷量和耗电电能是确定能效比KX。对应到某个具体的设备的电机系统，空调的制冷量等于该电机系统产生的热量WS。其空调的耗电功率WCS=WS/KX可见WS越小，空调的耗电功率越小；也就是说电机系统的平均效率越高，空调的耗电功率越小。损耗和车间温度控制的关系2/3某些工厂为了维持车间的恒温，需要把设备产生的热量WS通过通风设备转移到厂房外面。Qv=PS/（CadT）PS为损耗功率，Qv是所需冷却介质的流量；Ca是冷却介质的比热容；dT是冷却介质通过电机系统后的温升，Ca和dT是确定值。PV=ZQv3，Z为散热路径的风阻或者流阻，为确定值。PV是风扇或者泵的功率。可见损耗功率PS越小，所需的散热的

6、风扇或者泵的耗电功率PV越小。所以考虑设备工作的整个时间T，损耗能量WS越小，所需的散热风扇或者泵的耗电电能WV越小。损耗和车间温度控制的关系3/3综上所述，损耗能量越小，为了维持车间温度所需的设备的耗电越小。即电机系统的平均效率越高，其输入的电能越小，而且为了维持其环境温度的设备的耗电也越小，从而整个工厂为了使用整个电机系统所需要的总电能最小。电机的温升和效率1/4电机的效率越高，其损耗越小，也就说其需要散发的热量越小。电机散发的热量的方式有传导、对流、辐射。而对于电机表面的热量，主要通过对流和辐射散热。电机单位时间内在单位面积A散发的热量ps称为热量密度q，q=ps/A电机的温升和效率2/

7、4辐射散热的公式：q=v（T4-T04）对流散热的工时：q=（T-T0）T为发热体绝对温度，T0为周围介质绝对温度。v、为物理系数。从上可见，q越小，发热体温度T越小。q取决于损耗功率ps和该散热面积大小。损耗功率ps越小，q越小；散热面积越大，q越小。电机的温升和效率3/4综上说明：电机的表面温度不仅取决于损耗，还取决于表面积。同样效率的电机，表面积越小的电机，其表面温度越高。电机的寿命很大程度上取决于绝缘的寿命，绝缘的寿命与温度之间是呈指数关系。若工作温度每超过F级12，其使用寿命就要平均缩短1半。反之如果每低F级12，其寿命就要平均增加1倍。一般目前电机至少采用F级绝缘，其温升限度是15

8、5，考虑到国标规定的最高环境温度40，再加上15度电机最热定子线圈内部温度的温差，其电阻法测量的定子线圈温度不应超过100K。电机的温升和效率4/4一般目前设计的永磁同步电动机定子线圈温度都控制在80K，甚至到60K。要低于F极绝缘要求的定子线圈温升100K的限制20K40K的温差。F级绝缘的电机在F极绝缘的温升限度，即100K下面可长期运行；该种方案设计的电机具有最经济的成本；F级绝缘的电机在B级绝缘的温升限度，即80K下面可非常绝对可靠地长期运行；该种方案具有既有比较经济的成本，又能长寿命安全可靠运行，还能一定适应各种特殊偶然的超载工况。总结电机和变频器作为一个电机系统来综合考虑；电机系统的效率，特别是所有工作点的平均效率是评价电机系统能效的唯一指标；电机系统平均效率越高，